CN104930970A - 大工件激光测量系统和测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种大工件激光测量系统和测量方法，大工件激光测量系统包括测量装置和主机箱；测量装置包括激光扫描头等；测量架通过地脚螺栓安装在地面上；移动滑枕安装在测量架上的精密导轨上且与传送带连接；移动滑枕上装有单臂机械手，通过测量架上的第一步进电机驱动单臂机械手水平移动；单臂机械手的底端装有旋转电机，旋转电机搭载激光扫描头；主机箱中包括微处理器等；微处理器向激光控制器发送信号，激光控制器向激光扫描头发送信号；激光扫描头依次向数据采集模块、数据处理模块、微处理器回传信号；微处理器向显示屏发送信号；激光电源向激光控制器供电。本发明减轻了检验人员的劳动强度，提高了检测效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种大工件激光测量系统和测量方法，尤其是针对大工件的在线激光测量，属于精密测量技术领域。
背景技术
目前机械制造业中零件的几何加工质量控制体系建立在加工后离机检测的基础上，且以接触式测量为主要方法。三坐标测量机等接触式测量设备虽然有很高的测量精度，但是工件必须撤离加工机床再安装在测量机上检测，而且这种测量不能做到对于工作情况下有损耗的大工件进行测量。加工与检测(尤其非接触式检测)在加工现场结合，是当今制造业的最薄弱之处，在加工位置的工件三维可视化、数字化几何检测是解决该类问题的关键技术之一。
正确的测量与检验工件是认识其机械性能、几何形状及其精度状况的基本手段。通过检测可以达到正确判断工件是否符合精度要求，并根据测量得到的误差值，分析产生误差的原因，从而采取措施改进工艺，以保证和不断提高工件的加工精度。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种大工件三维测量系统和测量方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：一种大工件激光测量系统，其特征在于，其包括测量装置和主机箱；测量装置包括激光扫描头、测量架和单臂机械手；测量架通过地脚螺栓安装在地面上；测量架上装有精密导轨、第一步进电机和气缸；移动滑枕安装在测量架上的精密导轨上且与传送带连接；移动滑枕上装有单臂机械手，通过测量架上的第一步进电机驱动单臂机械手水平移动；单臂机械手内安装有精密丝杆和第二步进电机，由单臂机械手内的第二步进电机驱动单臂机械手上下移动；单臂机械手的底端装有旋转电机，旋转电机搭载激光扫描头；主机箱中包括微处理器、激光控制器、运动控制器、数据采集模块、数据处理模块、激光电源、显示屏；微处理器向激光控制器发送信号，激光控制器向激光扫描头发送信号；激光扫描头依次向数据采集模块、数据处理模块、微处理器回传信号；微处理器通过运动控制器来控制第一步进电机和第二步进电机；微处理器向显示屏发送信号；激光电源向激光控制器供电。
优选地，所述激光扫描头为二维激光扫描头，第一步进电机、第二步进电机都为精密步进电机。
本发明还提供一种大工件激光测量方法，其特征在于，其包括以下步骤：
步骤一，校准步骤：激光扫描测量技术的校准问题就是如何把激光扫描头自身的坐标系转变换成为测量装置的基准坐标系；通过对标准模板上三维坐标已知的被测点进行扫描测量，得出有关参数，利用相应的标定算法建立测量装置的基准坐标系；
步骤二，测量步骤：由于激光扫描传感器本身具有一定的量程，所以需要在测量架的精密导轨可设定多个测量位置；
步骤三，计算步骤：激光扫描头在所有测量位对待测工件进行测量点坐标值的采集后，对采集到的数据进行拟合计算，得出待测工件的尺寸，由显示屏显示。
优选地，所述步骤二包括以下步骤：a.测量前激光扫描头必须先回零，即回到测量装置的基准坐标系的零点；b.由微处理器向运动控制器发送测量信号，控制测量架上的第一步进电机驱动单臂机械手水平移动，单臂机械手到达第一个测量位；c.微处理器向运动控制器发送信号，控制气缸顶出锥形销，使锥形销顶入移动滑枕上的锥孔；当锥形销和锥孔完全配合接触时，单臂机械手会被调整到第一次测量位的正确位置，此时水平运动方向被锁止；d.运动控制器控制单臂机械手内的第二步进电机运动，单臂机械手带动激光扫描头下降到指定的高度；e.微处理器同时向激光控制器和运动控制器发送信号，通过旋转电机带动激光扫描头开始扫描取点；f.剩余的测量待到达各自测量位置时重复步骤c～e，最后完成对整个待测工件的扫描取点过程。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：本发明减轻了检验人员的劳动强度，提高了检测效率、测量精度和测量可靠性；克服了手动操作，目视读数，不宜测量，人工计算等缺点。测量范围可根据工件大小任意调整，精度0.01mm，可用于工业现场大工件在线测量。
附图说明
图1是本发明总体结构图；
图2是本发明电路联接框图；
图3是图1中测量架结构示意图。
图中零部件及编号：
1-激光扫描头，2-测量架，3-单臂机械手，4-精密导轨，5-第一步进电机，6-气缸，7-移动滑枕，8-旋转电机，9-传送带，10-微处理器，11-激光控制器，12-运动控制器，13-数据采集模块，14-数据处理模块，15-激光电源，16-显示屏，17-被测工件，18-第二步进电机，19-锥孔，20-锥形销。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步说明。
参见图1至图3，本发明大工件激光测量系统包括测量装置和主机箱；测量装置包括激光扫描头1、测量架2和单臂机械手3；测量架2通过地脚螺栓安装在地面上；测量架2上装有精密导轨4、第一步进电机5和气缸6；移动滑枕7安装在测量架2上的精密导轨4上且与传送带9连接；移动滑枕7上装有单臂机械手3，通过测量架2上的第一步进电机5驱动单臂机械手3水平移动；单臂机械手3内安装有精密丝杆和第二步进电机18，由单臂机械手3内的第二步进电机18驱动单臂机械手3上下移动；单臂机械手3的底端装有旋转电机8，旋转电机搭载激光扫描头1；主机箱中包括微处理器10、激光控制器11、运动控制器12、数据采集模块13、数据处理模块14、激光电源15、显示屏16；微处理器10向激光控制器11发送信号，激光控制器11向激光扫描头1发送信号；激光扫描头1依次向数据采集模块13、数据处理模块14、微处理器10回传信号；微处理器10通过运动控制器12来控制第一步进电机5和第二步进电机18；微处理器10向显示屏16发送信号；激光电源15向激光控制器11供电。
其中，激光扫描头为二维激光扫描头，第一步进电机、第二步进电机都为精密步进电机。
本发明大工件激光测量方法包括以下步骤：
步骤一，校准步骤：激光扫描测量技术的校准问题就是如何把激光扫描头自身的坐标系转变换成为测量装置的基准坐标系。本发明的校准采用标准模板法，通过对标准模板上三维坐标已知的被测点进行扫描测量，得出有关参数，利用相应的标定算法建立测量装置的基准坐标系。
步骤二，测量步骤：由于激光扫描传感器本身具有一定的量程，所以需要在测量架2的精密导轨4上可设定多个测量位置。具体测量步骤如下：a.测量前激光扫描头1必须先回零，即回到测量装置的基准坐标系的零点；b.由微处理器10向运动控制器12发送测量信号，控制测量架2上的第一步进电机5驱动单臂机械手3水平移动，单臂机械手3到达第一个测量位；c.微处理器10向运动控制器12发送信号，控制气缸6顶出锥形销20，使锥形销顶入移动滑枕上的锥孔19；当锥形销和锥孔完全配合接触时，单臂机械手3会被调整到第一次测量位的正确位置，此时水平运动方向被锁止；d.运动控制器12控制单臂机械手3内的第二步进电机运动，单臂机械手3带动激光扫描头1下降到指定的高度；e.微处理器10同时向激光控制器11和运动控制器12发送信号，通过旋转电机8带动激光扫描头1开始扫描取点；f.剩余的测量待到达各自测量位置时重复步骤c～e，最后完成对整个待测工件的扫描取点过程。
步骤三，计算步骤：激光扫描头1在所有测量位对待测工件进行测量点坐标值的采集后，对采集到的数据进行拟合计算，得出待测工件的尺寸，由显示屏显示。
测量架通过地脚螺栓安装在地面上；测量架上装有精密导轨，步进电机和气缸；微处理器通过运动控制器来控制步进电机，由步进电机推动搭载有激光扫描头的单臂机械手运动到指定测量位置。随后微处理器同时向激光控制器和运动控制器发送信号，由旋转电机带动激光扫描头依次在设定的多个测量位置进行扫描取点。利用微处理器对采集到的一系列点的空间坐标值进行拟合计算，得出待测工件的尺寸，可通过调整测量架的大小来适应不同大小工件的尺寸测量需要。
精密步进电机步进均匀准确，精密导轨为直线导轨。测量架上的步进电机驱动激光扫描头在精密导轨上做水平移动，单臂机械手内的步进电机驱动激光扫描头随单臂机械手做上下移动；旋转电机带动激光扫描头做旋转运动；三者配合完成激光扫描头在多个测量位置对待测工件进行扫描取点过程。
数据采集模块用于采集由激光扫描头扫描到的空间点的三维坐标值数据，。数据处理模块对采集到的数据采用拟合算法，得出工件所要测量的尺寸。将得到的结果传输到微处理器，然后微处理器向显示器输出测量的结果。
Claims (4)
1.一种大工件激光测量系统，其特征在于，其包括测量装置和主机箱；测量装置包括激光扫描头、测量架和单臂机械手；测量架通过地脚螺栓安装在地面上；测量架上装有精密导轨、第一步进电机和气缸；移动滑枕安装在测量架上的精密导轨上且与传送带连接；移动滑枕上装有单臂机械手，通过测量架上的第一步进电机驱动单臂机械手水平移动；单臂机械手内安装有精密丝杆和第二步进电机，由单臂机械手内的第二步进电机驱动单臂机械手上下移动；单臂机械手的底端装有旋转电机，旋转电机搭载激光扫描头；主机箱中包括微处理器、激光控制器、运动控制器、数据采集模块、数据处理模块、激光电源、显示屏；微处理器向激光控制器发送信号，激光控制器向激光扫描头发送信号；激光扫描头依次向数据采集模块、数据处理模块、微处理器回传信号；微处理器通过运动控制器来控制第一步进电机和第二步进电机；微处理器向显示屏发送信号；激光电源向激光控制器供电。
2.根据权利要求1所述的大工件激光测量系统，其特征在于，所述激光扫描头为二维激光扫描头，第一步进电机、第二步进电机都为精密步进电机。
3.一种大工件激光测量方法，其特征在于，其包括以下步骤：
步骤一，校准步骤：激光扫描测量技术的校准问题就是如何把激光扫描头自身的坐标系转变换成为测量装置的基准坐标系；通过对标准模板上三维坐标已知的被测点进行扫描测量，得出有关参数，利用相应的标定算法建立测量装置的基准坐标系；
步骤二，测量步骤：由于激光扫描传感器本身具有一定的量程，所以需要在测量架的精密导轨可设定多个测量位置；
步骤三，计算步骤：激光扫描头在所有测量位对待测工件进行测量点坐标值的采集后，对采集到的数据进行拟合计算，得出待测工件的尺寸，由显示屏显示。
4.根据权利要求3所述的大工件激光测量方法，其特征在于，所述步骤二包括以下步骤：a.测量前激光扫描头必须先回零，即回到测量装置的基准坐标系的零点；b.由微处理器向运动控制器发送测量信号，控制测量架上的第一步进电机驱动单臂机械手水平移动，单臂机械手到达第一个测量位；c.微处理器向运动控制器发送信号，控制气缸顶出锥形销，使锥形销顶入移动滑枕上的锥孔；当锥形销和锥孔完全配合接触时，单臂机械手会被调整到第一次测量位的正确位置，此时水平运动方向被锁止；d.运动控制器控制单臂机械手内的第二步进电机运动，单臂机械手带动激光扫描头下降到指定的高度；e.微处理器同时向激光控制器和运动控制器发送信号，通过旋转电机带动激光扫描头开始扫描取点；f.剩余的测量待到达各自测量位置时重复步骤c～e，最后完成对整个待测工件的扫描取点过程。
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