CN102721380B - 镭射平面度量测系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种镭射平面度量测方法，包括：将量测工件所需的治具装夹到量测设备的工作台上并固定，建立坐标系，其中，该量测设备带有两个镭射头；于工件的水平、垂直方向各设置两组扫描点，每组扫描点由起始点和结束点组成；将量测设备的工作台分别移动到各组扫描点，控制两个镭射头从各组的起始点扫描至结束点，并记录各扫描点的X、Y、Z轴坐标值；根据上述各扫描点的X、Y、Z轴坐标值校准所述坐标系；控制镭射头分别量测上述两个工件；根据校准后的坐标系及量测数据计算各工件的平面度；及根据预设的范围判断各工件的平面度是否合格，并提示判断结果。本发明还提供一种镭射平面度量测系统。利用本发明可提高量测效率。

Description

镭射平面度量测系统及方法

技术领域

本发明涉及一种影像量测系统及方法，尤其是一种镭射平面度量测系统及方法。

背景技术

由于现代生活对产品外观质量追求较高，因此对产品生产过程就会非常严格，当对产品某一平面的形状要求比较严格时就需对此平面做平面度检测，而现阶段的平面度常规检测方法都是一件一件的检测，检测速度慢、效率低。

发明内容

鉴于以上内容，有必要提出一种镭射平面度量测方法，可同时量测两个产品，提高了同种产品测量作业的效率。

鉴于以上内容，还有必要提出一种镭射平面度量测系统，可同时量测两个产品，提高了同种产品测量作业的效率。

一种镭射平面度量测方法，该方法包括步骤：将量测工件所需的治具装夹到量测设备的工作台上并固定，建立坐标系，其中，该量测设备带有两个镭射头，用于量测安装在治具上的两个相同工件；于工件的水平方向和垂直方向各设置两组扫描点，每组扫描点由起始点和结束点组成；将量测设备的工作台分别移动到各组扫描点，控制两个镭射头从各组的起始点扫描至结束点，并记录各扫描点的X、Y、Z轴坐标值；根据上述各扫描点的X、Y、Z轴坐标值校准所述坐标系；控制所述镭射头分别量测上述两个工件；根据所述校准后的坐标系及量测数据计算各工件的平面度；及根据预设的范围判断各工件的平面度是否合格，并提示判断结果。

一种镭射平面度量测系统，该系统包括：坐标系建立模块用于在将量测工件所需的治具装夹到量测设备的工作台上并固定后建立坐标系，其中，该量测设备带有两个镭射头，用于量测安装在治具上的两个相同工件；扫描点设置模块用于在工件的水平方向和垂直方向各设置两组扫描点，每组扫描点由起始点和结束点组成；控制模块用于将量测设备的工作台分别移动到各组扫描点，控制两个镭射头从各组的起始点扫描至结束点，并记录各扫描点的X、Y、Z轴坐标值；坐标系校准模块用于根据上述各扫描点的X、Y、Z轴坐标值校准所述坐标系；所述控制模块还用于控制所述镭射点分别量测上述两个工件；平面度计算模块用于根据所述校准后的坐标系及量测数据计算各工件的平面度；及量测结果显示模块用于根据预设的范围判断各工件的平面度是否合格，并提示判断结果。

相较于现有技术，本发明所提供的镭射平面度量测系统及方法，可在产品量测过程中，同时调整两个装夹治具的位置，使两个镭射头同时对准产品的同一位置，即一个镭射头对准一个产品，然后固定产品的治具位置，便于产品定位，方便取换工件，提高了同种产品测量作业的效率。

附图说明

图1是本发明镭射平面度量测系统较佳实施例的运行环境示意图。

图2是本发明镭射平面度量测系统较佳实施例的功能模块图。

图3举例说明坐标系建立方法。

图4是本发明镭射平面度量测方法较佳实施例的作业流程图。

主要元件符号说明

电子设备	1
		镭射平面度量测系统	10
存储装置	12
		处理器	14
量测设备	2
		镭射头	20

显示设备	3
		坐标系建立模块	100
扫描点设置模块	102
		控制模块	104
坐标系校准模块	106
		平面度计算模块	108
量测结果显示模块	110

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

参阅图1所示，是本发明镭射平面度量测系统较佳实施例的运行环境示意图。该镭射平面度量测系统10运行于一台电子设备1(如计算机)中，该电子设备1与一台量测设备2相连，该量测设备2带有两个镭射头20和一个工作台，用户可在镭射头20量测工件前将装有工件的治具装夹到该工作台上。本实施例中，该治具上可同时安装两个工件，所述两个镭射头20分别位于该两个工件的上方，用于对该两个工件进行扫描以量测该两个工件。例如，所述镭射头20包括a和b，安装在治具上的两个工件分别是c和d，其中，a位于c上方，b位于d上方，a用于扫描c，b用于扫描d。

在本实施例中，所述镭射平面度量测系统10以软件程序或指令的形式安装在存储装置12中，并由处理器14执行。在其他实施例中，所述存储装置12可以为电子设备1外接的存储器。所述镭射平面度量测系统10用于控制所述两个镭射头20量测工件，计算工件的平面度，并将计算出的平面度与预设的范围进行比较，以判断工件是否合格。该镭射平面度量测系统10的功能将在图2和图4中详细描述。

所述电子设备1还内接或外接一台显示设备3，该显示设备3提供一个用户界面，用于显示所述镭射平面度量测系统10的运行状况。

如图2所示，是本发明镭射平面度量测系统较佳实施例的功能模块图。本发明所称的模块是所述镭射平面度量测系统10中完成特定功能的各个程序段，比程序本身更适合于描述软件在电子设备1中的执行过程，因此本发明对软件的描述都以模块描述。

所述镭射平面度量测系统10主要包括：坐标系建立模块100、扫描点设置模块102、控制模块104、坐标系校准模块106、平面度计算模块108及量测结果显示模块110。

在用户将量测工件所需的治具装夹到量测设备2的工作台上并固定后，利用坐标系建立模块100建立坐标系。本实施例中，用户可于工件上任意建立一个坐标系。该工件如掌上电脑或其它电子产品的键盘。

所述扫描点设置模块102用于在工件的水平方向和垂直方向各设置两组扫描点，每组扫描点由起始点和结束点组成。如图3所示，扫描点设置模块102在工件的垂直方向设置了A、B两组扫描点，在水平方向设置了C、D两组扫描点，其中，A组扫描点由起始点1和结束点2组成，B组扫描点由起始点3和结束点4组成，C组扫描点由起始点5和结束点6组成，D组扫描点由起始点7和结束点8组成。

所述控制模块104用于将量测设备2的工作台分别移动到各组扫描点，控制两个镭射头20从各组的起始点扫描至结束点，并记录各扫描点的X、Y、Z轴坐标值。

所述坐标系校准模块106用于根据上述各扫描点的X、Y、Z轴坐标值校准所述坐标系。具体而言，坐标系校准模块106可根据Z值有无数据来判断镭射头20是否取到点，求取第一个有Z数据的点与最后一个有Z数据的点的中点，并依此方法找出每组扫描点中有Z数据的点的中点，所述中点如图3中各组扫描点的起始点和结束点间的圆点所示。所述坐标系校准模块106连接水平方向上的两个中点和垂直方向上的两个中点后得到一个交点，以该交点为原点，以所连成的两条线为X轴和Y轴建立坐标系，该坐标系即为校准后的坐标系。如图3所示，坐标系校准模块106连接垂直方向上的两个中点得到一条线L1，连接水平方向上的两个中点得到线L2，以线L1为Y轴，以线L2为X轴，以该两条线的交点O为原点，可建立一个坐标系。

其中，所述Z值有数据表示镭射头20扫描到了键盘，所述Z值无数据表示镭射头20没有扫描到键盘，而是扫描到键盘的间隙。

所述控制模块104还用于控制所述镭射头20分别量测上述两个工件，并记录量测数据。

所述平面度计算模块108用于根据所述校准后的坐标系及量测数据计算各工件的平面度。例如，为了量测工件，扫描点的数目可以大于3或小于等于3，当扫描点的的数目大于3时，可求取工件的平面度，如利用最小二乘法拟合平面后计算平面度。例如，假设在拟合的平面上有N个扫描点P_i(x_i，y_i，z_i)(i＝1，2，…，N)，理想平面的方程为z＝Ax+By+C，根据最小二乘法原理，目标函数F(A，B，C)的计算公式如下：

$F(A,B,C)=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{({\mathrm{Ax}}_i+{\mathrm{By}}_i+C-Z_i)}^2$

根据极值原理，欲使F(A，B，C)为最小值，则 解该方程组，可以确定该平面的三个参数为：

$\left.\begin{array}{c}A=\frac{S_{12}{S}_{23}-S_{13}{S}_{22}}{S_{12}^2-S_{11}{S}_{22}}\\ B=\frac{S_{12}{S}_{13}-S_{11}{S}_{23}}{S_{12}^2-S_{11}{S}_{22}}\\ C=\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{z}_i-A\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{x}_i-B\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{y}_i}{N}\end{array}\right\}$

其中： $S_{11}=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{x}_i^2-\frac{1}{N}{\left(\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{x}_i\right)}^2$

$S_{12}=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{x}_i{y}_i-\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{x}_i\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{y}_i$

$S_{13}=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{x}_i{z}_i-\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{x}_i\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{z}_i$

$S_{22}=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{y}_i^2-\frac{1}{N}{\left(\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{y}_i\right)}^2$

$S_{23}=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{y}_i{z}_i-\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{y}_i\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{z}_i$

该平面的单位法矢(l，m，n)为：

已知，平面度即所拟合平面上方最大距离点与该平面下方距离最大点到拟合平面的距离之和，其中，点到平面距离计算公式为：

由该公式即可计算出工件的平面度。

所述量测结果显示模块110用于根据预设的范围判断各工件的平面度是否合格，并提示判断结果。具体而言，若所计算的工件的平面度在预设的范围内，则于显示设备3的用户界面上利用一种颜色(如绿色)显示所计算出的平面度数据，以表示该工件合格，若所计算的工件的平面度不在该预设的范围内，则于显示设备3的用户界面上利用不同于上述的颜色(如红色)显示所计算出的平面度数据，以表示该工件不合格。

如图4所示，是本发明镭射平面度量测方法较佳实施例的作业流程图。

步骤S01，用户将量测工件所需的治具装夹到量测设备2的工作台上并固定，利用坐标系建立模块100建立坐标系，其中，该量测设备2带有两个镭射头20，用于同时量测安装在治具上的两个相同工件。

步骤S02，扫描点设置模块102于工件的水平方向和垂直方向各设置两组扫描点，每组扫描点由起始点和结束点组成，如图3所示，所设置的四组扫描点分别为垂直方向的A、B组扫描点，及水平方向的C、D组扫描点。

步骤S03，控制模块104将量测设备2的工作台分别移动到各组扫描点，控制两个镭射头20从各组的起始点扫描至结束点，并记录各扫描点的X、Y、Z轴坐标值。

步骤S04，坐标系校准模块106根据上述各扫描点的X、Y、Z轴坐标值校准所述坐标系。具体而言，坐标系校准模块106可根据Z值有无数据来判断镭射头20是否取到点，求取第一个有Z数据的点与最后一个有Z数据的点的中点，并依此方法找出每组扫描点中有Z数据的点的中点，所述中点如图3中各组扫描点的起始点和结束点间的圆点所示。所述坐标系校准模块106连接水平方向上的两个中点和垂直方向上的两个中点后得到一个交点，以该交点为原点，以所连成的两条线为X轴和Y轴建立坐标系，该坐标系即为校准后的坐标系。

步骤S05，所述控制模块104控制所述镭射头20分别量测上述两个工件，并记录量测数据，平面度计算模块108根据所述校准后的坐标系及量测数据计算各工件的平面度。

步骤S06，所述量测结果显示模块110根据预设的范围判断各工件的平面度是否合格，并提示判断结果。具体而言，若所计算的工件的平面度在预设的范围内，则于显示设备的用户界面上利用一种颜色(如绿色)显示所计算出的平面度数据，以表示该工件合格，若所计算的工件的平面度不在预设的范围内，则于显示设备的用户界面上利用不同于上述的颜色(如红色)显示所计算出的平面度数据，以表示该工件不合格。

最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。例如，将此方法应用于在清晰的边界线上寻找边界点。

Claims (4)

1.一种镭射平面度量测方法，其特征在于，该方法包括步骤：

将量测工件所需的治具装夹到量测设备的工作台上并固定，建立坐标系，其中，该量测设备带有两个镭射头，用于量测安装在治具上的两个相同工件；

于工件的水平方向和垂直方向各设置两组扫描点，每组扫描点由起始点和结束点组成；

将量测设备的工作台分别移动到各组扫描点，控制两个镭射头从各组的起始点扫描至结束点，并记录各扫描点的X、Y、Z轴坐标值；

根据上述各扫描点的Z值有无数据判断镭射头是否取到点，求取各组中第一个有Z数据的点与最后一个有Z数据的点的中点；

连接水平方向上的两个中点和垂直方向上的两个中点后得到一个交点，以该交点为原点，以所连成的两条线为X轴和Y轴建立坐标系，得到校准后的坐标系；

控制所述镭射头分别量测上述两个工件；

根据所述校准后的坐标系及量测数据计算各工件的平面度；及

根据预设的范围判断各工件的平面度是否合格，并提示判断结果。

2.如权利要求1所述的镭射平面度量测方法，其特征在于，所述根据预设的范围判断各工件的平面度是否合格，并提示判断结果的步骤包括如下步骤：

若所计算的工件的平面度在预设的范围内，则于显示设备的用户界面上利用一种颜色显示所计算出的平面度数据，以表示该工件合格；

若所计算的工件的平面度不在预设的范围内，则于显示设备的用户界面上利用不同于上述的颜色显示所计算出的平面度数据，以表示该工件不合格。

3.一种镭射平面度量测系统，其特征在于，该系统包括：

坐标系建立模块，用于在将量测工件所需的治具装夹到量测设备的工作台上并固定后建立坐标系，其中，该量测设备带有两个镭射头，用于量测安装在治具上的两个相同工件；

扫描点设置模块，用于在工件的水平方向和垂直方向各设置两组扫描点，每组扫描点由起始点和结束点组成；

控制模块，用于将量测设备的工作台分别移动到各组扫描点，控制两个镭射头从各组的起始点扫描至结束点，并记录各扫描点的X、Y、Z轴坐标值；

坐标系校准模块，用于根据上述各扫描点的Z值有无数据判断镭射头是否取到点，求取各组中第一个有Z数据的点与最后一个有Z数据的点的中点，连接水平方向上的两个中点和垂直方向上的两个中点后得到一个交点，以该交点为原点，以所连成的两条线为X轴和Y轴建立坐标系，得到校准后的坐标系；

所述控制模块，还用于控制所述镭射头分别量测上述两个工件；

平面度计算模块，用于根据所述校准后的坐标系及量测数据计算各工件的平面度；及

量测结果显示模块，用于根据预设的范围判断各工件的平面度是否合格，并提示判断结果。

4.如权利要求3所述的镭射平面度量测系统，其特征在于，所述量测结果显示模块通过以下步骤实现工件判断和提示判断结果：

若所计算的工件的平面度在预设的范围内，则于显示设备的用户界面上利用一种颜色显示所计算出的平面度数据，以表示该工件合格；

若所计算的工件的平面度不在预设的范围内，则于显示设备的用户界面上利用不同于上述的颜色显示所计算出的平面度数据，以表示该工件不合格。