CN101377418A - 基于旋转-直线运动的接触式大型异型玻璃外廓检测装置和方法 - Google Patents

基于旋转-直线运动的接触式大型异型玻璃外廓检测装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于旋转－直线运动的接触式大型异型玻璃外廓检测装置和方法。其装置包括一台计算机和一台用于安置被测异型玻璃且可作直线运动和旋转运动的测试台。计算机通过总线连接一个运动控制卡，运动控制卡通过I/O口与一个连接板连接，连接板与一个直线运动伺服驱动器、一个旋转运动伺服驱动器和一个位移传感器相连接，直线运动伺服驱动器连接驱动测试台作直线运动的第一个伺服电机，旋转运动伺服驱动器连接驱动测试台作旋转运动的第二个伺服电机，位移传感器检测与被测异型玻璃外廓保持接触的接触轮的位移。采用本装置进行检测，利用接触轮采集待测玻璃外廓信息，通过测试台和接触轮的运动状况，结合旋转运动与直线运动获得采样点实时位置，经计算机的数据计算处理和拟合，得到异型玻璃的外廓曲线。本发明无需模板、占用空间较小、结构简单，成本低，使用方便。

Description

基于旋转-直线运动的接触式大型异型玻璃外廓检测装置和方法
技术领域
本发明涉及接触式异型玻璃外廓检测装置和方法，更具体地说是一种基于旋转-直线运动的，极坐标下数据采样和直角坐标下数据拟合的，针对于大型异型玻璃的外廓检测装置和方法。
背景技术
目前在异型曲线外廓检测中应用较广的是接触式测量，例如眼镜镜片磨边中对镜框外廓的检测，用扫描器的扫描探针对全框镜架进行三维扫描，在微电脑控制下进行数据计算，得出镜框的形状数据，但该方法检测范围小，仅适用于镜框这样的小工艺产品，不适用于大型平板件的检测。
市场上可以找到的能用于异型玻璃外廓加工的设备，都是采用传统的靠模原理，由靠模头从靠模取得玻璃外廓信号，经转换，再由刀具执行加工。但是用靠模法需要制作专门的模板，当生产产品品种较多时，不但制作模板费用较高，而且管理、更换模板也较麻烦，如果加工的产品较大，除了加工工作台外还要制作模板台面，使整个设备的占用空间过大，此外，其形成的产品轮廓图形不能进行查询、修改以及更进一步的分析工作。该方法只能对现有产品进行简单的拷贝加工，很难用于对产品进行再开发和改进，不符合现代化生产管理的需要。
发明内容
本发明的目的是提供一种不需要靠模模板，能够对大型异型玻璃外廓直接进行在线检测，能得到实际轮廓信息，并能将轮廓信息保存进行进一步分析处理和应用的、设备占用空间较小的，基于旋转-直线运动的接触式大型异型玻璃外廓检测装置和方法。
为达到上述目的，本发明的构思是：数据在直角坐标下易于进行曲线拟合，但在该坐标下检测大型玻璃外廓，要求X、Y两个方向量程都较大，因此设备所占用的空间较大；极坐标下各点位置由极角和极径构成，由于对圆而言，角度的大小和半径的长短无关，若在检测大型玻璃时，分别测量其极坐标下的极角和极径，那么只要保证极经的量程适合即可，因此设备所占用的空间较小。利用旋转运动和直线运动分别实现对采样点极角和极径的测量，可获得采样点实时的极坐标位置，故本发明的检测方法为基于旋转-直线运动的接触式测量，鉴于直角坐标和极坐标可以相互转换，该方法采用极坐标下的外廓数据采样和直角坐标下的采样数据拟合。
本发明装置的结构由测试台机构和接触轮机构两部分组成。测试台机构中，测试台可沿导轨做直线运动，同时又可绕转轴做旋转运动；接触轮机构的接触轮可沿弹簧做小范围直线运动，该检测装置通过接触轮与待测件外廓接触，并采集外廓信息传送到计算机。检测时，测试台作为一个工作平台，将玻璃固定于测试台上，通过测试台机构实现玻璃的直线运动和旋转运动。
根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：
一种基于旋转-直线运动的接触式大型异型玻璃外廓检测装置，包括一台计算机和一台用于安置被测异型玻璃且可做直线运动和旋转运动的测试台。其特征在于：所述计算机通过总线连接一个运动控制卡，所述运动控制卡通过I/O口与一个连接板连接，所述连接板与一个直线运动伺服驱动器、一个旋转运动伺服驱动器和一个位移传感器相连接，所述直线运动伺服驱动器连接驱动测试台作直线运动的第一个伺服电机，所述旋转运动伺服驱动器连接驱动测试台作旋转运动的第二个伺服电机，所述位移传感器检测与被测异型玻璃外廓保持接触的接触轮的位移。
上述测试台有一个安置被测异型玻璃而由所述第二伺服电机驱动的旋转平台，所述旋转平台通过其转轴安装在一个移动平台上，所述移动平台由所述第一伺服电机驱动而在导轨上移动。
上述位移传感器上有一个深孔安置一个弹簧，所述接触轮的连接体后端由所述弹簧支撑。
一种基于旋转-直线运动的接触式大型异型玻璃外廓检测方法，采用上述的检测装置进行检测，其特征在于检测步骤如下
①检测指令，控制测试台回到零位；
②控制测试台的移动平台靠近接触轮，直至接触轮接触被测玻璃产生的位移到达起测点XP0后，测试台停止移动；
③测试台旋转平台开始保持一定速度沿同一方向旋转；同时开始实时记录采样数据；
④进行接触轮位移阀值判断，控制测试台移动平台直线运动，当接触轮位移超过最大阀值XP2时，控制测试台移动平台后退直至位移到达起测点XP0后停止；当接触轮位移小于最小阀值XP1时，控制测试台移动平台前进直至位移到达起测点XP0后停止；
⑤当测试台旋转平台旋转一周360度时，停止测试台旋转平台运动，停止采样；
⑥数据计算处理和拟合
⑦得到外廓曲线和尺寸
上述步骤⑥中的数据计算处理和拟合是：采用极坐标下的外廓信息采样，直角坐标下的外廓数据拟合；检测正式开始，通过转轴零位与接触轮的初始距离、测试台移动平台直线位移、接触轮直线位移，计算出采样点在极坐标下的极径，测试台旋转平台转过的角度为采样点在极坐标下的极角；经计算处理后，将采样点的极坐标信息转换为直角坐标信息，通过拟合，得到异型玻璃的轮廓曲线及尺寸。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：本发明的原理是利用旋转-直线运动求得点的极坐标位置。用刚性较大的接触轮扫描玻璃外廓，在接触轮后固定弹簧装置，使接触轮受弹簧支持力作用与待测玻璃保持接触。利用位移传感器采集接触轮的位移信息，利用编码器采集测试台运动信息，实时地输出采样数据(接触轮直线位移、测试台直线和旋转位移)到计算机，通过计算机处理将采样得到的外廓信息转换为直角坐标下的轮廓坐标点，并通过曲线拟合方法拟合出玻璃外廓。该方法无需模板，利用旋转-直线运动，直接从待测玻璃处提取外廓信息，既减小了机械设备的占用空间又提高了生产柔性，且成本低、可靠性高、能适用于大型异型玻璃检测。
附图说明
图1是本发明一个实施例子的检测装置结构框图
图2是图1示例中的测试台和位移传感器的结构原理示意图
图3是图1示例接触轮位移阀值判断示意图
图4是图1示例的采样示意图
图5是测试控制流程图
具体实施方式
本发明的一个具体实施例结合附图详述如下：参考图1，本基于旋转-直线运动的接触式大型异型玻璃外廓检测装置，包括一台计算机1和一台用于安置被测异型玻璃9且可做直线运动和旋转运动的测试台7；所述计算机1通过总线连接一个运动控制卡2，所述运动控制卡2通过I/O口与一个连接板3连接，所述连接板3与一个直线运动伺服驱动器4、一个旋转运动伺服驱动器5和一个位移传感器6相连接，所述直线运动伺服驱动器4连接驱动测试台7作直线运动的第一个伺服电机13，所述旋转运动伺服驱动器5连接驱动测试台7作旋转运动的第二个伺服电机14，所述位移传感器6检测与被测异型玻璃9外廓保持接触的接触轮11的位移。
参考图2，上述测试台7有一个安置被测异型玻璃9而由所述第二伺服电机14驱动的旋转平台，所述旋转平台通过其转轴10安装在一个移动平台上，所述移动平台由所述第一伺服电机13驱动而在导轨8上移动。上述位移传感器6上有一个深孔安置一个弹簧12，所述接触轮11的连接体后端由所述弹簧12支撑。
参见如图2，测试台7移动平台沿导轨运动，形成直线运动X1(X-Y坐标下)；测试台7旋转平台以转轴10为圆心转动，形成旋转运动ω；接触轮11沿弹簧12方向运动，形成直线运动X2(X’-Y’坐标下)。
参见图2，图3，将待测异型玻璃9固定于测试台7旋转平台上，检测命令发出时，测试台7回到转轴10零位，此时转轴10零位与接触轮11初始距离为S0。计算机1控制测试台7移动平台从转轴10零位出发向接触轮11靠近，当接触轮11与异型玻璃9相接触，并且其传感器6测得的接触轮11位移到达设定的起测点(停止点)XP0时，检测正式开始，测试台7旋转平台以一定角速度ω做顺时针或逆时针旋转，计算机1开始记录数据，此时测试台7移动平台直线位移为S1，则极径为S0-S1，即起始点的极坐标位置为(0，S0-S1)，该坐标位置是在以转轴10轴心和接触轮11轮心连线为极轴，以测试台7移动平台到达起测点(停止点)XP0时的转轴10轴心O位置点为极点的极坐标内。利用接触轮11与玻璃9外廓接触，测试台7旋转平台以速度ω转动，接触轮11将在玻璃9推力和弹簧12支持力的组合作用下，实现接触轮11的进退直线运动，此时第一伺服电机上编码器测出测试台7移动平台直线位移为X1(X-Y坐标下)，传感器6测出接触轮11的直线位移为X2(X’-Y’坐标下)，则转动时间t后，玻璃外廓极径ρ＝(S0-X1+X2)。本发明的采样示意图如图4，测试台转过的角度ωt为采样点的极角；由ρ＝(S0-X1+X2)，经转换，采样点的实时直角坐标位置为(ρcosωt，ρsinωt)。
参见图5，本基于旋转-直线运动的接触式大型异型玻璃外廓检测方法，采用上述检测装置进行检测，其具体检测步骤如下：
⑧检测指令，控制测试台回到零位；
⑨控制测试台的移动平台靠近接触轮，直至接触轮接触被测玻璃产生的位移到达起测点XP0后，测试台停止移动；
⑩测试台的旋转平台开始保持一定速度沿同一方向旋转；同时开始实时记录采样数据；
Figure A200810200317D0007163658QIETU
进行接触轮位移阀值判断，控制测试台移动平台直线运动，当接触轮位移超过最大阀值XP2时，控制测试台移动平台后退直至位移到达起测点XP0后停止；当接触轮位移小于最小阀值XP1时，控制测试台移动平台前进直至位移到达起测点XP0后停止；
Figure A200810200317D0007163702QIETU
当测试台旋转平台旋转一周360度时，停止测试台旋转平台运动，停止采样；
数据计算处理和拟合
得到外廓曲线和尺寸
上述步骤⑥中的数据计算处理和拟合是：采用极坐标下的外廓信息采样，直角坐标下的外廓数据拟合；检测正式开始，通过转轴10零位与接触轮11的初始距离、测试台7移动平台直线位移、接触轮11直线位移，计算出采样点在极坐标下的极径，测试台7旋转平台转过的角度为采样点在极坐标下的极角；经计算处理后，将采样点的极坐标信息转换为直角坐标信息，通过拟合，得到异型玻璃的轮廓曲线及尺寸。
本发明与其他平板件的外廓检测方法相比有以下特点：
1.无需靠模模板，可直接对工件进行在线测量。
2.极坐标下的测量，直角坐标下的数据拟合。
3.基于旋转运动与直线运动的组合，增大了测量的范围，减小了设备占用的空间。
4.数据可保存，为进一步分析和加工所应用，易于管理。
5.本检测方法的检测精度可达到±0.05mm。

Claims (5)

1、一种基于旋转-直线运动的接触式大型异型玻璃外廓检测装置，包括一台计算机(1)和一台用于安置被测异型玻璃(9)且可作直线运动和旋转运动的测试台(7)。其特征在于所述计算机(1)通过总线连接一个运动控制卡(2)，所述运动控制卡(2)通过I/O口与一个连接板(3)连接，所述连接板(3)与一个直线运动伺服驱动器(4)、一个旋转运动伺服驱动器(5)和一个位移传感器(6)相连接，所述直线运动伺服驱动器(4)连接驱动测试台(7)作直线运动的第一个伺服电机(13)，所述旋转运动伺服驱动器(5)连接驱动测试台(7)作旋转运动的第二个伺服电机(14)，所述位移传感器(6)检测与被测异型玻璃(9)外廓保持接触的接触轮(11)的位移。
2、根据权利要求1所述的基于旋转-直线运动的接触式大型异型玻璃外廓检测装置，其特征在于所述测试台(7)有一个安置被测异型玻璃(9)而由所述第二伺服电机(14)驱动的旋转平台，所述旋转平台通过其转轴(10)安装在一个移动平台上，所述移动平台由所述第一伺服电机(13)驱动而在导轨(8)上移动。
3、根据权利要求1所述的基于旋转-直线运动的接触式大型异型玻璃外廓检测装置，其特征在于所述位移传感器(6)上有一个深孔安置一个弹簧(12)，所述接触轮(11)的连接体后端由所述弹簧(12)支撑。
4、一种基于旋转-直线运动的接触式大型异型玻璃外廓检测方法，采用根据权利要求1所述的基于旋转-直线运动的接触式大型异型玻璃外廓检测装置进行检测，其特征在于检测步骤如下：
①检测指令，控制测试台回到零位；
②控制测试台的移动平台靠近接触轮，直至接触轮接触被测玻璃产生的位移到达起测点
XP0后，测试台停止移动；
③测试台的旋转平台开始保持一定速度沿同一方向旋转；同时开始实时记录采样数据；
④进行接触轮位移阀值判断，控制测试台移动平台直线运动，当接触轮位移超过最大阀值XP2时，控制测试台移动平台后退直至位移到达起测点XP0后停止；当接触轮位移小于最小阀值XP1时，控制测试台移动平台前进直至位移到达起测点XP0后停止；
⑤当测试台旋转平台旋转一周360度时，停止测试台旋转平台运动，停止采样；
⑥数据计算处理和拟合
⑦得到外廓曲线和尺寸
5.根据权利要求4所述的基于旋转-直线运动的接触式大型异型玻璃外廓检测方法，其特征在于：所述步骤⑥中的数据计算处理和拟合是：采用极坐标下的外廓信息采样，直角坐标下的外廓数据拟合；检测正式开始，通过转轴(10)零位与接触轮(11)的初始距离、测试台(7)移动平台直线位移、接触轮(11)直线位移，计算出采样点在极坐标下的极径，测试台(7)旋转平台转过的角度为采样点在极坐标下的极角；经计算处理后，将采样点的极坐标信息转换为直角坐标信息，通过拟合，得到异型玻璃的轮廓曲线及尺寸。
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