CN104833308A - 一种智能计量检测单元的检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能计量检测单元的检测装置，包括本体(1)、电控机构(2)和检测头(3)，本体的后端与智能计量检测单元的坐标控制支撑装置(4)连接，本体上设有面向检测头方向的模式识别传感器、位置传感器和距离传感器；电控机构设置在本体内部，包括电源模块、数据处理模块和数据发送模块；检测头前端设有检测介质发射器(31)和检测介质反馈接收器(32)，分别与电控机构的数据处理模块电连接，多件检测介质发射器呈圆形均布设置在检测头的前端，检测介质反馈接收器设置在检测介质发射器的圆形范围内。本检测装置安装在智能计量检测单元上，能够实现非接触检测，智能化程度高，且检测精度及效率较高。

Description

一种智能计量检测单元的检测装置

技术领域

本发明涉及一种检测装置，具体是一种适用于制造业加工工厂的智能计量检测单元的检测装置，属于计量检测技术装备领域。

背景技术

通过对计量对像的对应参数进行一系列的反复测试，从而得到某种结果的过程成为计量检测，在机械制造领域通常为保证产品的质量及产品的设计要求对产品零部件的加工尺寸、装配尺寸等数据根据工艺要求进行检验。

零部件的加工质量包括加工精度和表面质量，其中加工精度的指标有尺寸精度、形状精度和位置精度，表面质量的指标有表面粗糙度、表面加工硬化的程度、残余应力的性质和大小，表面质量的主要指标是表面粗糙度。

现有技术中的计量检测通常是使用如游标卡尺、内外径千分尺、百分表、千分表、长度和角度块规量仪、角度仪、粗糙度仪等计量器具对零部件进行检验，通常的检验是接触式检验，即通过计量器具与待检验零部件的检测部位进行接触来量取被检验部位的具体尺寸是否在工艺要求的尺寸公差范围内。

这种传统的接触式计量检测存在以下缺陷：

1.计量器具在接触被检测零部件时会产生磨损，长时间使用检测精度会降低，因此需要定期对计量器具进行校验以保证其检测精度；

2.被检测零部件、特别是批量生产的零部件的需检测表面为了防止锈蚀通常会进行涂油处理，计量器具在接触被检测零部件时易被油污污染，且涂油处理易附着灰尘，若灰尘进入计量器具，则计量器具的检测结果会不准确，同时计量器具易损坏；

3.通常的接触式计量检测是人工操作，即检验人员或操作人员持计量器具进行检验，特别是针对批量生产的零部件抽检，检验效率较低，且不同的检验人员或操作人员使用同一计量器具检验的结果有可能不同，具有细微的人为个体检测差异性；

4.针对有铸造缺陷、焊接变形等制造缺陷、且具有多道加工工序的结构复杂零部件，加工过程中通常需要借尺寸以弥补缺陷、降低报废率，借尺寸后完成一道加工工序的零部件往往在其他加工工序中依然存在缺陷，这种结构复杂的零部件的形状精度和位置精度接触式计量检测通常不易直接准确测量，通常是靠机床的精度来保证，若加工机床的精度降低，则被加工的零部件的加工精度就无法保证，通常人为寻找超差原因会有个延迟，即，接触式计量检测不易在第一时间发现机床精度降低，进而造成批量零部件质量不合格。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种智能计量检测单元的检测装置，安装在智能计量检测单元上能够实现非接触检测，智能化程度高，且检测精度及效率较高。

为了实现上述目的，本智能计量检测单元的检测装置包括本体、电控机构和检测头；

所述的本体的后端与智能计量检测单元的坐标控制支撑装置连接，本体上设有面向检测头方向的模式识别传感器、位置传感器和距离传感器，模式识别传感器、位置传感器和距离传感器分别与智能计量检测单元的信息处理电控装置的中央处理器电连接；

所述的电控机构设置在本体内部，包括电源模块、数据处理模块和数据发送模块，电控机构与智能计量检测单元的信息处理电控装置的中央处理器电连接；

所述的检测头的后端安装在本体的前端，检测头前端设有检测介质发射器和检测介质反馈接收器，检测介质发射器设置为多件，多件检测介质发射器呈圆形均布设置在检测头的前端，检测介质反馈接收器设置在圆形均布的检测介质发射器的圆形范围内，检测介质发射器和检测介质反馈接收器分别与电控机构的数据处理模块电连接。

作为本发明的进一步改进方案，所述的本体后端设置成与数控机床主轴配合的莫氏锥度结构。

作为本发明的进一步改进方案，所述的检测头中设有反馈接收器伸缩机构，反馈接收器伸缩机构与智能计量检测单元的信息处理电控装置的中央处理器电连接，所述的检测介质反馈接收器安装在反馈接收器伸缩机构上。

作为本发明的进一步改进方案，所述的检测介质发射器通过角度调节机构与检测头的前端连接，角度调节机构与智能计量检测单元的信息处理电控装置的中央处理器电连接。

作为本发明的优选方案，所述的电控机构的电源模块包括可充电电池组，本体上还设有充电头，充电头与电控机构的电源模块的可充电电池组电连接，所述的智能计量检测单元的坐标控制支撑装置上设有与充电头配合的充电座，充电座与智能计量检测单元的信息处理电控装置的工业控制计算机电连接。

作为本发明的进一步改进方案，所述的本体前端通过快速连接机构与检测头后端连接。

作为本发明的一种实施方式，所述的检测介质发射器和检测介质反馈接收器是光源发射器和光源反馈接收器。

作为本发明的进一步改进方案，所述的多件检测介质发射器分别发射不同波长、频率的光源。

与现有技术相比，本智能计量检测单元的检测装置是通过检测头上的检测介质发射器发射如超声波或者是光源、红外线等检测介质，通过检测头上的检测介质反馈接收器接收定向打在被测工件检测面后反射回的检测介质，并转换为电信号、通过电控机构的数据处理模块接收反馈的信息生成第一层数据并通过数据发送模块将层数据发送至工业控制计算机存储，然后逼近一定距离后再次检测将层数据发送至工业控制计算机存储，以此类推，多组层数据发送至工业控制计算机存储，工业控制计算机将所有层数据通过数据连续性分析、特性分析及数值逼近生成样条数据并存储，并根据样条数据拟合成样条逼近函数，然后根据样条逼近函数计算最终检测数据并存储，完成工件的被测表面或孔的检测，是一种非接触式检测，避免了计量器具直接与被测工件接触产生的计量器具磨损、计量器具易损坏、计量结果存在人为个体检测差异性等缺陷；由于通过工业控制计算机来控制坐标控制支撑装置的动作实现本检测装置的动作，坐标控制支撑装置可以是受坐标控制的机械臂，也可以是受坐标控制的数控机床主轴等设备，因此将本检测装置安装在坐标控制支撑装置上即可实现自动化操作，减少了人工参与，检测效率较高，特别适用于数字总线工厂的检测单元。

附图说明

图1是本发明安装在机械臂上时的局部放大示意图；

图2是本发明安装在机床主轴上时局部放大示意图；

图3是本发明的剖视结构示意图；

图4是本发明安装在机械臂上时智能计量检测单元的整体结构示意图。

图中：1、本体，11、快速连接机构，2、电控机构，3、检测头，31、检测介质发射器，32、检测介质反馈接收器，33、反馈接收器伸缩机构，34、角度调节机构，4、坐标控制支撑装置，5、信息处理电控装置，6、工件。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

如图3所示，本智能计量检测单元的检测装置是智能计量检测单元的一部分，智能计量检测单元还包括坐标控制支撑装置4和信息处理电控装置5，坐标控制支撑装置4包括坐标控制机构，坐标控制支撑装置4可以是受坐标控制的机械臂，也可以是受坐标控制的数控机床主轴等设备，可以实现多坐标控制；信息处理电控装置5包括工业控制计算机、电源回路、检测装置位置控制回路、模式识别回路、分析规划检测参数回路、检测控制回路、数据分析处理回路、打印输出回路等，工业控制计算机分别与本体1上的模式识别传感器、位置传感器、距离传感器和电控机构2电连接，工业控制计算机与坐标控制支撑装置4电连接。

如图1所示，本智能计量检测单元的检测装置包括本体1、电控机构2和检测头3。

所述的本体1的后端与智能计量检测单元的坐标控制支撑装置4连接，本体1上设有面向检测头3方向的模式识别传感器、位置传感器和距离传感器，模式识别传感器可以是光学图像传感器、超声波传感器、X射线传感器等，模式识别传感器、位置传感器和距离传感器分别与智能计量检测单元的信息处理电控装置5的中央处理器电连接。

所述的电控机构2设置在本体1内部，包括电源模块、数据处理模块和数据发送模块，电源模块为数据处理模块和数据发送模块提供电能，电控机构2与智能计量检测单元的信息处理电控装置5的中央处理器电连接。

所述的检测头3的后端安装在本体1的前端，检测头3前端设有检测介质发射器31和检测介质反馈接收器32，检测介质可以是超声波或者是光源、红外线等介质，检测介质发射器31设置为多件，多件检测介质发射器31呈圆形均布设置在检测头3的前端，检测介质反馈接收器32设置在圆形均布的检测介质发射器31的圆形范围内，检测介质发射器31和检测介质反馈接收器32分别与电控机构2的数据处理模块电连接。

本智能计量检测单元的检测装置的工作原理：如图2、图3所示，将本检测装置安装在坐标控制支撑装置4上，待测工件6在检测工作台或机床工作台就位后，启动信息处理电控装置5的电源回路，本检测装置开始工作，坐标控制支撑装置4动作带动本检测装置首先通过本体1上的模式识别传感器、位置传感器和距离传感器反馈对待测工件进行模式识别、实体建模，分析规划检测参数回路规划检测路径及相关参数后，工业控制计算机控制坐标控制支撑装置4动作使本检测装置移动至程序设定的检测坐标基准点，按照检测路径依次对待检测工件6的检测点进行检测，检测路径终了时即完成工件6的检测，打印输出回路将检测数据结果打印输出。

系统未启动时(即零位置时)，坐标控制支撑装置4定位，检测头3位于面向待测工件6的零位置停滞状态；待测工件6就位后，启动信息处理电控装置5的电源回路，本智能计量检测单元的检测装置开始工作：

工业控制计算机发出指令使检测装置位置控制回路和模式识别回路开始工作，工业控制计算机控制坐标控制支撑装置4按照预定程序及计算坐标移动，本体1上的模式识别传感器即反馈工件6的形状、尺寸、位置等信息给工业控制计算机，分析规划检测参数回路工作，工业控制计算机首先通过模式识别传感器反馈的信息进行三维实体建模，生成样条实体函数并存储，样条密度取决于被检测工件的检测精度要求；

若待检测工件6的三维建模数据信息和样条实体函数是数据库中已存在的数据信息时，即数据库中存在被检测的工件6的三维实体模型和样条实体函数及该工件6的标准工件图纸信息，工业控制计算机根据已存在的数据信息进行比较、按照已存在的数据信息选定基准面或基准点，然后根据选定的基准面或基准点重新建立坐标系以最大限度减小机构累积误差，调用已存在的最优检测路径的起点、终点位置信息并计算该起点、终点位置相对于选定的基准面或基准点在重新建立的坐标系内的相对坐标值，调用检测头3至工件6被测表面或孔的逼近距离及逼近次数等信息参数；

若待检测工件6的三维建模数据信息和样条实体函数是数据库中没有的数据信息时，工业控制计算机根据该工件6的三维实体模型和样条实体函数选定多个基准面或基准点，然后根据选定的基准面或基准点重新建立多个坐标系，根据被测表面或孔在多个坐标系内相对位置关系校正重新建立的坐标系，最终生成最优坐标系以最大限度减小机构累积误差，然后规划最优检测路径的起点、终点相对于选定的基准面或基准点的相对坐标值、设定检测头3至工件6被测表面或孔的逼近距离及逼近次数等信息，存储相关检测信息程序并通过数字总线传递给中央控制计算机，通过中央控制计算机可以对此最优检测路径及检测头3至工件6被测表面或孔的逼近距离及逼近次数等信息进行修正；

然后工业控制计算机根据重新建立的坐标系控制坐标控制支撑装置4动作使检测头3位于程序选定的基准面或基准点坐标位置；

检测控制回路开始工作，电控机构2、检测介质发射器31和检测介质反馈接收器32同时工作，工业控制计算机根据存储的相关检测信息程序控制坐标控制支撑装置4动作使检测头3移动至正对工件6的第一被测表面或孔的设定位置，检测介质发射器31发射的检测介质定向打在被测工件6的第一被测表面或孔的检测面后反射回被检测介质反馈接收器32接收，电控机构2的数据处理模块接收检测介质反馈接收器32反馈的信息生成第一层数据并通过数据发送模块将层数据发送至工业控制计算机存储，然后工业控制计算机控制坐标控制支撑装置4动作使检测头3向工件6的第一被测表面或孔逼近至设定距离，电控机构2的数据处理模块再次接收检测头3上的检测介质反馈接收器32反馈的信息生成第二层数据并通过数据发送模块将层数据发送至工业控制计算机存储，以此类推，直至完成逼近次数；当该工件6的三维实体模型和样条实体函数中存在极点位置时，即存在相交面、相贯线、相交线、相交点、圆锥点等，虽然是连续函数，但是从不同方向微分其斜率是不一样的，即不连续可导位置，工业控制计算机根据存储的相关检测信息程序控制坐标控制支撑装置4动作使检测头3根据重新建立的坐标系的不同方向向工件6的被测表面或孔移动逼近，完成逼近次数生成多组层数据；检测头3回退至设定位置；同时，数据分析处理回路工作，工业控制计算机将所有层数据通过数据连续性分析、特性分析及数值逼近生成样条数据并存储，并根据样条数据拟合成样条逼近函数，然后根据样条逼近函数计算最终检测数据并存储，完成工件6的第一被测表面或孔的检测；

然后工业控制计算机控制坐标控制支撑装置4动作使检测头3向程序设定的、检测路径上工件6的第二被测表面或孔逼近至设定距离，重复上述步骤；

依次类推，至程序设定的终点坐标位置时，即完成工件6的检测，检测头3回到零位置，打印输出回路将检测数据结果打印输出。

针对发动机涡轮增压器中的涡轮和叶轮、弧齿伞齿轮等具有曲面结构的零部件，如何保证曲面的一致性及连续性、且防止公差带漂移一直是加工过程中的难点，同样，如何检测曲面的一致性及连续性也是计量检测过程中的难点，为保证加工质量通常采用抽检、序检点接触检测的方式，采用本智能计量检测单元的检测装置，将本检测装置直接安装在加工机床的主轴上可实现在线检测，同上所述，通过根据三维建模数据及预置的标准工件图纸信息进行比较、数值逼近和生成样条数据、并根据样条数据拟合成样条逼近函数并根据样条逼近函数计算最终检测数据，检测效率高，且检测数据量大，可反映被测工件的三维真实情况，准确率大幅提高。

针对有铸造缺陷、焊接变形等制造缺陷、且具有多道加工工序的结构复杂零部件，在毛坯加工前先进行检测，工业控制计算机可以根据三维建模数据及预置的标准工件图纸信息进行比较，生成整体的被测复杂零部件与标准模型的尺寸偏差数据或图形，通过此尺寸偏差数据或图形可以指导加工，可最大限度降低零件报废率。

针对同一机床、同一加工工序、同一件加工刀具加工的批量工件6的检验过程后，数据分析处理回路也能够根据累计的检测结果进行数据连续性分析、特性分析及数值逼近生成样条数据，根据样条数据拟合成样条逼近函数，进而可以知道该加工刀具磨损量周期，根据此数据指导采取控制公差带漂移措施。

针对同一机床、同一加工工序、均采用相同磨损量的加工刀具加工的批量工件6的检验过程后，数据分析处理回路也能够根据累计的检测结果进行数据连续性分析、特性分析及数值逼近生成样条数据，根据样条数据拟合成样条逼近函数，进而可以知道该机床的机床精度变化周期，从而可以在加工超差情况发生时第一时间知道是否是机床精度变化引起的超差，根据此数据指导采取控制公差带漂移措施。

为了便于在复杂工件加工工序过程中的在线检测，作为本发明的进一步改进方案，所述的本体1后端设置成与数控机床主轴配合的莫氏锥度结构。

在检测工件过程中，为了使检测头3在逼近工件检测表面的过程中防止检测介质发射器31发射的检测介质定向打在被测表面后反射回的信号超出检测介质反馈接收器32的接收范围，作为本发明的进一步改进方案，所述的检测头3中设有反馈接收器伸缩机构33，反馈接收器伸缩机构33与信息处理电控装置5的中央处理器电连接，所述的检测介质反馈接收器32安装在反馈接收器伸缩机构33上，通过中央处理器根据检测信息程序对反馈接收器伸缩机构33的控制实现检测介质反馈接收器32的伸缩，从而保证反射回的的信号落入检测介质反馈接收器32的接收范围内。

为了实现对不同尺寸大小的工件检测面进行检测，使检测头3在逼近工件检测表面的过程中检测介质发射器31发射的检测介质的定向角度可调，作为本发明的进一步改进方案，所述的检测介质发射器31通过角度调节机构34与检测头3的前端连接，角度调节机构34与信息处理电控装置5的中央处理器电连接，通过中央处理器根据检测信息程序对角度调节机构的34控制实现检测介质发射器31的发射角度变化，从而实现对不同尺寸大小的工件检测面进行检测。

所述的电控机构2的电源模块可以采用直接与智能计量检测单元的信息处理电控装置5的工业控制计算机电连接的方式为数据处理模块和数据发送模块提供电能，也可以采用通过充电头与智能计量检测单元的信息处理电控装置5的工业控制计算机电连接的方式为数据处理模块和数据发送模块提供电能，或者采用电池的方式为数据处理模块和数据发送模块提供电能，由于本检测装置可安装在如机械臂或数控机床主轴等不同的坐标控制支撑装置4上，因此直接电连接不便于更换不同的坐标控制支撑装置4，电池的方式需定期更换电池、不方便，因此，优选第二种方案，即，作为本发明的优选方案，所述的电控机构2的电源模块包括可充电电池组，本体1上还设有充电头，充电头与电控机构2的电源模块的可充电电池组电连接，所述的智能计量检测单元的坐标控制支撑装置4上设有与充电头配合的充电座，充电座与智能计量检测单元的信息处理电控装置5的工业控制计算机电连接。

为了实现能够根据不同大小及检测项目对不同的待测工件6进行检测，作为本发明的进一步改进方案，所述的检测头3可更换，即，所述的本体1前端通过如液压锁紧等带有自锁定位机构的快速连接机构11与检测头3后端连接，在检测不同待测工件6前，操作人员可根据需要控制快速连接机构11的张开与锁紧实现对检测头3进行更换。

作为本发明的一种实施方式，所述的检测介质发射器31和检测介质反馈接收器32是光源发射器和光源反馈接收器。

为了更准确测量被测工件6，作为本发明的进一步改进方案，所述的呈圆形均布设置在检测头3前端面上的多件检测介质发射器31分别发射不同波长、频率的光源，检测介质反馈接收器32接收不同波长、频率的光源信号并转换并传递给电控机构2的数据处理模块，数据处理模块通过数据发送模块将层数据发送至工业控制计算机存储，数据分析处理回路根据不同波长、频率的光源数据信息进行数据连续性分析、特性分析及数值逼近生成最终的样条曲线函数并存储，并根据最终样条曲线函数计算最终检测数据并存储，从而实现更准确测量被测工件6。

本智能计量检测单元的检测装置是通过检测头3上的检测介质发射器31发射如超声波或者是光源、红外线等检测介质，通过检测头3上的检测介质反馈接收器32接收定向打在被测工件6检测面后反射回的检测介质，并转换为电信号、通过电控机构2的数据处理模块接收反馈的信息生成第一层数据并通过数据发送模块将层数据发送至工业控制计算机存储，然后逼近一定距离后再次检测将层数据发送至工业控制计算机存储，以此类推，多组层数据发送至工业控制计算机存储，工业控制计算机将所有层数据通过数据连续性分析、特性分析及数值逼近生成样条数据并存储，并根据样条数据拟合成样条逼近函数，然后根据样条逼近函数计算最终检测数据并存储，完成工件6的被测表面或孔的检测，是一种非接触式检测，避免了计量器具直接与被测工件6接触产生的计量器具磨损、计量器具易损坏、计量结果存在人为个体检测差异性等缺陷；由于通过工业控制计算机来控制坐标控制支撑装置4的动作实现本检测装置的动作，坐标控制支撑装置4可以是受坐标控制的机械臂，也可以是受坐标控制的数控机床主轴等设备，因此将本检测装置安装在坐标控制支撑装置4上即可实现自动化操作，减少了人工参与，检测效率较高，特别适用于数字总线工厂的检测单元。

Claims (8)

1.一种智能计量检测单元的检测装置，包括本体(1)和检测头(3)，其特征在于，

所述的本体(1)的后端与智能计量检测单元的坐标控制支撑装置(4)连接，本体(1)上设有面向检测头(3)方向的模式识别传感器、位置传感器和距离传感器，模式识别传感器、位置传感器和距离传感器分别与智能计量检测单元的信息处理电控装置(5)的中央处理器电连接；

本智能计量检测单元的检测装置还包括电控机构(2)，电控机构(2)设置在本体(1)内部，包括电源模块、数据处理模块和数据发送模块，电控机构(2)与智能计量检测单元的信息处理电控装置(5)的中央处理器电连接；

所述的检测头(3)的后端安装在本体(1)的前端，检测头(3)前端设有检测介质发射器(31)和检测介质反馈接收器(32)，检测介质发射器(31)设置为多件，多件检测介质发射器(31)呈圆形均布设置在检测头(3)的前端，检测介质反馈接收器(32)设置在圆形均布的检测介质发射器(31)的圆形范围内，检测介质发射器(31)和检测介质反馈接收器(32)分别与电控机构(2)的数据处理模块电连接。

2.根据权利要求1所述的智能计量检测单元的检测装置，其特征在于，所述的本体(1)后端设置成与数控机床主轴配合的莫氏锥度结构。

3.根据权利要求1或2所述的智能计量检测单元的检测装置，其特征在于，所述的检测头(3)中设有反馈接收器伸缩机构(33)，反馈接收器伸缩机构(33)与智能计量检测单元的信息处理电控装置(5)的中央处理器电连接，所述的检测介质反馈接收器(32)安装在反馈接收器伸缩机构(33)上。

4.根据权利要求1或2所述的智能计量检测单元的检测装置，其特征在于，所述的检测介质发射器(31)通过角度调节机构(34)与检测头(3)的前端连接，角度调节机构(34)与智能计量检测单元的信息处理电控装置(5)的中央处理器电连接。

5.根据权利要求1或2所述的智能计量检测单元的检测装置，其特征在于，所述的电控机构(2)的电源模块包括可充电电池组，本体(1)上还设有充电头，充电头与电控机构(2)的电源模块的可充电电池组电连接，所述的智能计量检测单元的坐标控制支撑装置(4)上设有与充电头配合的充电座，充电座与智能计量检测单元的信息处理电控装置(5)的工业控制计算机电连接。

6.根据权利要求1或2所述的智能计量检测单元的检测装置，其特征在于，所述的本体(1)前端通过快速连接机构(11)与检测头(3)后端连接。

7.根据权利要求1或2所述的智能计量检测单元的检测装置，其特征在于，所述的检测介质发射器(31)和检测介质反馈接收器(32)是光源发射器和光源反馈接收器。

8.根据权利要求7所述的智能计量检测单元的检测装置，其特征在于，所述的多件检测介质发射器(31)分别发射不同波长、频率的光源。