CN104819689A - 一种形位公差测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种形位公差测量方法，包括：校正检测平台和检测架体，并将待测工件的模型设置在PC机内；校正检测架体的内侧面上设置的与待测工件的待测部位相对应的图像采集系统和测距系统，并将校正后的信息存储在PC机内，且所有图像采集系统和测距系统与PC机通讯；图像采集系统获取待测部位的图像信息，并记录检测架体的位移，图像信息和位移传输至PC机内，并在PC机内与检测架体、检测平台、待测工件的模型标定在一个三维坐标系下进行处理；每个测距系统偏心旋转至少一次获取与其相对应的待测部位的多组测距数据，并将多组测距数据传输至PC机，在PC机内标定在三维坐标系下进行数据处理。本发明的测量方法，速度快，精度高。

Description

一种形位公差测量方法

技术领域

本发明涉及形位公差的检测领域，特别是指一种形位公差测量方法。

背景技术

目前，对安装要求精度高的工件，其形位公差直接影响到整个设备安装及运行的稳定性、可靠性和一致性，因此需要检测该工件的形位公差。目前，对形位公差的检测方法主要利用直角尺、游标卡尺、三坐标测量仪来进行检测，直角尺的测量误差大；游标卡尺对尺寸较大的工件测量困难且费时费力；三坐标测量仪中的接触式逐点测量操作复杂、测量速度慢、测头易磨损、测头校正频繁、测量范围受限、测量精度低；三坐标测量仪中的非接触式测量受到照明、表面状态反射、阴影、挡光、对谱线吸收等因素的影响，测量精度低。

发明内容

本发明提出一种形位公差测量方法，解决了现有技术中形位公差的检测精度低、速度慢的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种形位公差测量方法，包括以下步骤：

步骤一：校正检测平台和设置在检测平台上移动的检测架体，并将待测工件的模型设置在PC机内；

步骤二：校正所述检测架体的内侧面上设置的与待测工件的待测部位相对应的图像采集系统和测距系统，并将校正后的信息存储在PC机内，且所有图像采集系统和测距系统与PC机通讯；

步骤三：所述图像采集系统获取待测部位的图像信息，并记录检测架体的位移，所述图像信息和位移传输至PC机内，并在所述PC机内与所述检测架体、 检测平台、待测工件的模型标定在一个三维坐标系下进行处理，用于判断待测工件的对称度和工件上的安装孔的精度；

步骤四：每个所述测距系统偏心旋转至少一次获取与其相对应的待测部位的多组测距数据，并将所述多组测距数据传输至PC机，在PC机内标定在所述三维坐标系下进行数据处理，用于判断该待测部位的垂直度；

步骤五：更换同类型的待测部件时，重复执行步骤三至步骤四；更换不同类型的待测部件时，在步骤一中，将更换的待侧部件的模型设置在PC机内，并重复执行步骤三至步骤四。

优选的是，所述的形位公差测量方法中，还包括：

步骤六：在所述PC机内建立数据库，将所述步骤三或步骤四中处理后的信息储存在该数据库中，并按照预定的方式判断处理后的信息的合格性和不合格性，且将不合格的信息进行标注。

优选的是，所述的形位公差测量方法中，所述步骤二中，所述检测架体的内侧面上设置的与待测工件的待测部位相对应的图像采集系统和测距系统，分布在所述检测架体上的一对相对的侧壁上和顶部的内侧上，其中，分布在顶部的内侧上的图像采集系统和测距系统在所述顶部的一端至另一端之间运动，并在所述检测架体的顶部设置有记录位移量的光栅尺。

优选的是，所述的形位公差测量方法中，所述步骤三中，所述图像信息和位移传输至PC机内，并在所述PC机内与检测架体、检测平台、待测工件的模型标定在一个三维坐标系下进行处理的方式为：将所述图像采集系统的校正信息、图像信息和待测工件的模型在一个三维坐标系下进行比对处理，确定所述待测工件的基准线，判断所述待测工件的对称度；若某一个待测部位上设置有安装孔，识别该待测部位的图像信息，计算处所述安装孔的孔径，并根据获取该待测部位的图像信息时检测架体的位移，计算出所述安装孔的相对孔距，得到所述安装孔的精度。

优选的是，所述的形位公差测量方法中，所述步骤四中，每个测距系统偏心旋转所获取与其相对应的待测部位的多组测距数据传输至PC机，且在PC机内标定在所述三维坐标系下进行数据处理的方式为：每个测距系统的旋转路径 为平滑的曲线，将每个测距系统偏心旋转所获取的与其相对应的待测部位的多组测距数据在所述三维坐标系下拟合为曲线，若该曲线平滑则待测部位平整，若该曲线出现凸起或凹陷的情形则该待测部位不平整；针对不平整的待测部位，根据测距系统测量的距离计算出不平整的待测部位的垂直度。

优选的是，所述的形位公差测量方法中，所述步骤二中，校正所述检测架体的内侧面上设置的与待测工件的待测部位相对应的图像采集系统和测距系统的方式为：检测架体的内侧面上设置的与待测工件的待测部位相对应的图像采集系统和测距系统与所述检测架体固接，所述待测工件活动的设置在所述检测平台上，并通过放置在所述检测平台上的基准垫块调节待测工件的高度，以使放置在检测平台上的待测工件的侧部与图像采集系统和测距系统水平对应设置。

优选的是，所述的形位公差测量方法中，所述步骤二中，所述校正后的信息包括：所述图像采集系统相对于检测平台的安装距离和相对于检测架体的安装角度；所述测距系统相对于检测平台的安装距离和相对于检测架体的安装角度。

优选的是，所述的形位公差测量方法中，分布在顶部的图像采集系统包括支撑架体，设置在支撑架体上的平行光镜头、第一环形光源和第一CCD相机，所述平行光镜头垂直向下放置，所述第一环形光源设置在所述平行光镜头前侧，所述第一CCD相机设置在平行光镜头后侧并与平行光镜头电连接；分布在侧部的图像采集系统包括垂直部具有通孔的L型支架、第二CCD相机、高清镜头、第二环形光源，所述L型支架的水平部固定在检测架体内侧且垂直部向上延伸，所述第二CCD相机设置在所述检测架体的一个内侧面，并与所述通孔对应设置，所述高清镜头设置在所述第二CCD相机的前方，所述第二环形光源设置在所述通孔内，并位于所述高清镜头的前方。

优选的是，所述的形位公差测量方法中，所述测距系统包括：固定在所述检测架体上的伺服电机；与所述伺服电机连接的联轴器；与所述联轴器固定的固定板；固定在固定板上，并与所述伺服电机偏心轴设置的激光位移传感器；与激光位移传感器电连接的放大器；以及与放大器电连接的通讯器。

优选的是，所述的形位公差测量方法中，所述基准垫块的结构形状根据待测工件的不同而不同，且所述基准垫块的强度应能满足至少60Kg的工件摆放后的形变小于0.04。

本发明的有益效果为：本发明提出的形位公差测量方法，测量速度快，测量精度高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种形位公差测量方法的结构示意图；

图2为本发明中分布在顶部的图像采集系统的结构示意图；

图3为本发明中分布在侧部的图像采集系统的结构示意图；

图4为本发明中检测架体的结构示意图；

图5为检测平台、检测架体、测距系统和图像采集系统的整体结构示意图。

图中：

1、支撑架体；2、平行光镜头；3、第一环形光源；4、第一CCD相机；5、L型支架；6、第二CCD相机；7、高清镜头；8、通孔；9、第二环形光源；10、基准垫块；11、检测平台；12、检测架体；13、测距系统。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示的一种形位公差测量方法，包括以下步骤：步骤一：校正检测平台和设置在检测平台上移动的检测架体，并将待测工件的模型设置在PC机内；步骤二：校正检测架体的内侧面上设置的与待测工件的待测部位相对应的图像采集系统和测距系统，并将校正后的信息存储在PC机内，且所有图像采集系统和测距系统与PC机通讯；步骤三：图像采集系统获取待测部位的图像信息，并记录检测架体的位移，图像信息和位移传输至PC机内，并在PC机内与检测架体、检测平台、待测工件的模型标定在一个三维坐标系下进行处理，用于判断待测工件的对称度和工件上的安装孔的精度；步骤四：每个测距系统偏心旋转至少一次获取与其相对应的待测部位的多组测距数据，并将多组测距数据传输至PC机，在PC机内标定在三维坐标系下进行数据处理，用于判断该待测部位的垂直度；步骤五：更换同类型的待测部件时，重复执行步骤三至步骤四；更换不同类型的待测部件时，在步骤一中，将更换的待侧部件的模型设置在PC机内，并重复执行步骤三至步骤四；步骤六：在PC机内建立数据库，将步骤三或步骤四中处理后的信息储存在该数据库中，并按照预定的方式判断处理后的信息的合格性和不合格性，且将不合格的信息进行标注。

本发明中的形位公差测量方法利用图像采集系统和测距系统相结合的方式对待测工件进行形位公差的测量，提高检测精度；利用PC机对图像采集到的图像信息和测距系统偏心旋转采集到的距离标定在同一个三维坐标系下进行处理，实现对图像采集系统或测距系统获取的信息进行融合处理；图像采集系统和测距系统设置在检测架体上，检测架体相对检测平台移动，扩大检测范围；校正检测平台、检测架体、图像采集系统、以及测距系统后，更换待测部件时不需要重复校正，节省时间，提高检测速度；数据库的建立，便于操作人员记录和查看。检测架体的移动可通过气缸直接驱动，也可利用伺服电机驱动丝杆进而驱动检测架体的方式实现。检测架体可以由两个竖杆和连接两个竖杆的横杆组成，也可以是内部中空的框架。

在步骤二中，检测架体的内侧面上设置的与待测工件的待测部位相对应的图像采集系统和测距系统，分布在检测架体上的一对相对的侧壁上和顶部的内侧上，且分布在顶部的内侧上的图像采集系统和测距系统在顶部的一端至另一端之间运动。检测架体的内侧面上设置的与待测工件的待测部位相对应的图像 采集系统和测距系统，是针对同种类型的工件或与该工件类似的其他工件，使用范围有限。而分布在检测架体上的图像采集系统和测距系统随着检测架体的移动相对待测工件移动，用于测量待测工件在检测架体的移动方向上的待测部位；分布在顶部的内侧上的图像采集系统和测距系统在顶部的一端至另一端之间运动，用于检测放置在检测平台上的待测部件上方的未被随着检测架体移动时检测到的待测部位，提高适用性，实现对不同形状或结构的工件进行形位公差的测量。

如图2至图4所示，图像采集系统可利用不同的器件来实现，分布在顶部的图像采集系统包括支撑架体1，设置在支撑架体1上的平行光镜头2、第一环形光源3和第一CCD相机4，平行光镜头2垂直向下放置，第一环形光源3设置在平行光镜头前侧，第一CCD相机4设置在平行光镜头2后侧并与平行光镜头2电连接；分布在侧部的图像采集系统包括垂直部具有通孔8的L型支架5、第二CCD相机6、高清镜头7、第二环形光源9，L型支架5的水平部固定在检测架体12内侧且垂直部向上延伸，第二CCD相机6设置在检测架体12的一个内侧面，并与通孔8对应设置，高清镜头7设置在第二CCD相机6的前方，第二环形光源9设置在通孔8内，并位于高清镜头7的前方。

分布在顶部的图像采集系统，避免使用体型较大的远心镜头搭配点光源的标准方式，最大限度的控制设备的体积，并且能够不影响光路的平行度，实现了精确获取放置在检测平台上的待测工件的上部的图像信息；分布在侧部的图像采集系统，结构稳定，清晰的获取放置在检测平台上的待测工件的侧部的图像信息。

在步骤二中，校正检测架体12的内侧面上设置的与待测工件的待测部位相对应的图像采集系统和测距系统的方式为：检测架体的内侧面上设置的与待测工件的待测部位相对应的图像采集系统和测距系统与检测架体固接，待测工件活动的设置在检测平台上，并通过放置在检测平台上11的基准垫块10调节待测工件的高度，以使放置在检测平台上的待测工件的侧部与图像采集系统和测距系统水平对应设置。校正检测架体的内侧面上设置的与待测工件的待测部位相对应的图像采集系统和测距系统的方式为：调节图像采集系统和测距系统的位置使图像采集系统和测距系统与待测工件相对应；或调节待测工件的位置使 待测工件与图像采集系统和测距系统相对应。本发明中采用调节待测工件的方式，不影响图像采集系统和测距系统的安装精度，更换待测工件后不需要对图像采集系统和测距系统再次进行校正，提高检测速度。基准垫块的结构形状根据不同的工件而不同，基准垫块的强度应能满足至少60Kg的工件摆放后的形变小于0.04，利用结构限定降低待测工件的形变，提高对待测工件的形位公差的测量精度。

在步骤二中，校正后的信息包括：图像采集系统相对于检测平台的安装距离和相对于检测架体的安装角度；测距系统相对于检测平台的安装距离和相对于检测架体的安装角度。校正后的信息便于PC机对图像采集系统或测距系统获取的信息的处理。

在步骤三中，图像信息和位移传输至PC机内，并在PC机内与检测架体、检测平台、待测工件的模型标定在一个三维坐标系下进行处理的方式为：将图像采集系统的校正信息、图像信息和待测工件的模型在一个三维坐标系下进行比对处理，确定待测工件的基准线，判断待测工件的对称度；若某一个待测部位上设置有安装孔，识别该待测部位的图像信息，计算安装孔的孔径，并根据获取该待测部位的图像信息时检测架体的位移，计算出安装孔的相对孔距，得到安装孔的精度。图像采集系统的校正信息与图像采集系统获取的图像信息相关，因此需放置一个三维坐标系下进行处理；检测架体的位移的测量方式为：将一个光栅尺放置在检测架体移动的方向上，测量检测架体的位移或直接测量安装孔的相对孔距；或根据驱动检测架体移动的设备，记录或计算检测架体的位移，进而计算安装孔的相对孔距。

在步骤四中，每个测距系统13偏心旋转所获取与其相对应的待测部位的多组测距数据传输至PC机，且在PC机内标定在三维坐标系下进行数据处理的方式为：每个测距系统的旋转路径为平滑的曲线，将每个测距系统偏心旋转所获取的与其相对应的待测部位的多组测距数据在所述三维坐标系下拟合为曲线，若该曲线平滑则待测部位平整，若该曲线出现凸起或凹陷的情形则该待测部位不平整；针对不平整的待测部位，根据测距系统测量的距离计算出不平整的待测部位的垂直度。该测量垂直度的方法快速、精度高。每个测距系统偏心旋转至少一次，旋转多次进一步提高测量精度。

测距系统的偏心旋转的方式为通过偏心驱动电机驱动，也可利用测距系统和电机的不同轴设置来实现。测距系统包括：固定在检测架体上的伺服电机；与伺服电机连接的联轴器；与联轴器固定的固定板；固定在固定板上，并与伺服电机偏心轴设置的激光位移传感器；与激光位移传感器电连接的放大器；以及与放大器电连接的通讯器。本发明中的测距系统，可靠性强，旋转稳定。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种形位公差测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：校正检测平台和设置在检测平台上移动的检测架体，并将待测工件的模型设置在PC机内；

步骤二：校正所述检测架体的内侧面上设置的与待测工件的待测部位相对应的图像采集系统和测距系统，并将校正后的信息存储在PC机内，且所有图像采集系统和测距系统与PC机通讯；

步骤三：所述图像采集系统获取待测部位的图像信息，并记录检测架体的位移，所述图像信息和位移传输至PC机内，并在所述PC机内与所述检测架体、检测平台、待测工件的模型标定在一个三维坐标系下进行处理，用于判断待测工件的对称度和工件上的安装孔的精度；

步骤四：每个所述测距系统偏心旋转至少一次获取与其相对应的待测部位的多组测距数据，并将所述多组测距数据传输至PC机，在PC机内标定在所述三维坐标系下进行数据处理，用于判断该待测部位的垂直度；

步骤五：更换同类型的待测部件时，重复执行步骤三至步骤四；更换不同类型的待测部件时，在步骤一中，将更换的待侧部件的模型设置在PC机内，并重复执行步骤三至步骤四。

2.根据权利要求1所述的形位公差测量方法，其特征在于，还包括：

步骤六：在所述PC机内建立数据库，将所述步骤三或步骤四中处理后的信息储存在该数据库中，并按照预定的方式判断处理后的信息的合格性和不合格性，且将不合格的信息进行标注。

3.根据权利要求1所述的形位公差测量方法，其特征在于，所述步骤二中，所述检测架体的内侧面上设置的与待测工件的待测部位相对应的图像采集系统和测距系统，分布在所述检测架体上的一对相对的侧壁上和顶部的内侧上，其中，分布在顶部的内侧上的图像采集系统和测距系统在所述顶部的一端至另一端之间运动，并在所述检测架体的顶部设置有记录位移量的光栅尺。

4.根据权利要求1所述的形位公差测量方法，其特征在于，所述步骤三中，所述图像信息和位移传输至PC机内，并在所述PC机内与检测架体、检测平台、待测工件的模型标定在一个三维坐标系下进行处理的方式为：将所述图像采集系统的校正信息、图像信息和待测工件的模型在一个三维坐标系下进行比对处理，确定所述待测工件的基准线，判断所述待测工件的对称度；若某一个待测部位上设置有安装孔，识别该待测部位的图像信息，计算处所述安装孔的孔径，并根据获取该待测部位的图像信息时检测架体的位移，计算出所述安装孔的相对孔距，得到所述安装孔的精度。

5.根据权利要求1所述的形位公差测量方法，其特征在于，所述步骤四中，每个测距系统偏心旋转所获取与其相对应的待测部位的多组测距数据传输至PC机，且在PC机内标定在所述三维坐标系下进行数据处理的方式为：每个测距系统的旋转路径为平滑的曲线，将每个测距系统偏心旋转所获取的与其相对应的待测部位的多组测距数据在所述三维坐标系下拟合为曲线，若该曲线平滑则待测部位平整，若该曲线出现凸起或凹陷的情形则该待测部位不平整；针对不平整的待测部位，根据测距系统测量的距离计算出不平整的待测部位的垂直度。

6.根据权利要求1所述的形位公差测量方法，其特征在于，所述步骤二中，校正所述检测架体的内侧面上设置的与待测工件的待测部位相对应的图像采集系统和测距系统的方式为：检测架体的内侧面上设置的与待测工件的待测部位相对应的图像采集系统和测距系统与所述检测架体固接，所述待测工件活动的设置在所述检测平台上，并通过放置在所述检测平台上的基准垫块调节待测工件的高度，以使放置在检测平台上的待测工件的侧部与图像采集系统和测距系统水平对应设置。

7.根据权利要求1所述的形位公差测量方法，其特征在于，所述步骤二中，所述校正后的信息包括：所述图像采集系统相对于检测平台的安装距离和相对于检测架体的安装角度；所述测距系统相对于检测平台的安装距离和相对于检测架体的安装角度。

8.根据权利要求3所述的形位公差测量方法，其特征在于，分布在顶部的图像采集系统包括支撑架体，设置在支撑架体上的平行光镜头、第一环形光源和第一CCD相机，所述平行光镜头垂直向下放置，所述第一环形光源设置在所述平行光镜头前侧，所述第一CCD相机设置在平行光镜头后侧并与平行光镜头电连接；分布在侧部的图像采集系统包括垂直部具有通孔的L型支架、第二CCD相机、高清镜头、第二环形光源，所述L型支架的水平部固定在检测架体内侧且垂直部向上延伸，所述第二CCD相机设置在所述检测架体的一个内侧面，并与所述通孔对应设置，所述高清镜头设置在所述第二CCD相机的前方，所述第二环形光源设置在所述通孔内，并位于所述高清镜头的前方。

9.根据权利要求3所述的形位公差测量方法，其特征在于，所述测距系统包括：固定在所述检测架体上的伺服电机；与所述伺服电机连接的联轴器；与所述联轴器固定的固定板；固定在固定板上，并与所述伺服电机偏心轴设置的激光位移传感器；与激光位移传感器电连接的放大器；以及与放大器电连接的通讯器。

10.根据权利要求6所述的形位公差测量方法，其特征在于，所述基准垫块的结构形状根据待测工件的不同而不同，且所述基准垫块的强度应能满足至少60Kg的工件摆放后的形变小于0.04。