CN107289876A - 多轴联动的视觉、激光复合式非接触测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多轴联动的视觉、激光复合式非接触式测量装置及测量方法。目前市场上的非接触式检测装置存在测量设备价格高，测量尺寸范围受限，难以测量复杂工件的所有几何尺寸的问题。本发明包括基座，其特征在于所述的基座上设置两轴移动平台，所述的两轴移动平台上设置工件放置转台，所述工件放置转台上设置待测工件；所述工件放置转台的上部设置上下升降机构，所述的上下升降机构上设置视觉检测装置和非接触式距离检测装置。本发明结构合理，通过视觉检测装置、非接触式检测装置、上下移动机构、两轴运动平台以及工件转台平台的配合，能快速、自动、精确、可靠的进行被测工件尺寸的检测。

Description

多轴联动的视觉、激光复合式非接触测量装置及测量方法

技术领域

本发明属于机械加工件的非接触式测量领域，具体是将多轴联动的精密运动机构与机器视觉、激光等传感器相结合的一种非接触式测量系统(包括测量装置、测量方法)，适用于生产现场复杂工件的质量检测。

背景技术

随着产业转型升级的深入，企业生产的产品逐渐由中低端向中高端发展，生产由粗放式向精细化转变，具体到生产车间，产品检验由原来的抽检到每个都要检验，企业需要大量的现场测量设备，特别是非接触式测量设备。目前市场上有多种激光、视觉等构成的工件几何尺寸非接触式检测装置如在磁性材料领域大量使用的视觉自动测量机，测量过程是非接触全自动，具有测量重复性能好、实时性强、故障率低、精度高等特点，但存在测量尺寸范围受限传感器限制，大多只能测量平面尺寸，测量效率低，难以测量复杂工件的部分几何尺寸如槽、孔等尺寸及形位公差，与自动生产线难匹配等问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种基于多轴联动的视觉、激光复合式非接触式测量装置与测量方法，在保证精度的条件下，在同样的传感器条件下测量范围显著加大，能测量工件的缺陷、复杂工件的三维几何尺寸及形位公差，操作方便，特别是测量过程无需先精确定位，就能快速、准确完成测量任务，适合大批量生产自动流水线在线测量。

本发明采用的技术方案是：一种多轴联动的视觉、激光复合式非接触式测量装置，包括基座，其特征在于所述的基座上设置两轴移动平台，所述的两轴移动平台上设置工件放置转台，所述工件放置转台上设置待测工件；所述工件放置转台的上部设置上下升降机构，所述的上下升降机构上设置视觉检测装置和非接触式距离检测装置。

所述的视觉检测装置包括一套高清晰度的相机及一套低畸变的大范围镜头，所述的视觉检测装置正对所述的工件放置转台。

所述的激光距离检测装置包括一个激光传感器安装座、一个非接触式激光传感器和一个角度调节轴，所述的非接触式激光传感器安装在角度调节轴上，所述的角度调节轴安装在非接触式传感器安装座上。非接触式激光传感器安装在角度调节轴上，该调节轴由高精度伺服电机带动，用于调节测量角度；角度调节轴安装在传感器安装座上；非接触距离检测装置和上下移动机构相连，通过上下移动机构调节传感器的测量点的测量高度。

所述的工件放置转台包括一个高精度力矩转台和一个带背光光源平台组成。带背光光源平台上放置被测工件，形成清晰的工件轮廓，配合视觉检测装置形成精确的视觉测量；通过力矩转台的转动带动工件旋转，将待测轮廓移动至非接触距离检测装置的测量点上。

本发明的非接触测量方法，其特征在于先通过视觉检测装置采集被测工件的图像，自动进行缺陷判定，识别工件形状，生成适合本装置测量机构的测量运动程序，驱动两轴移动平台和工件放置转台运动使被测工件与激光配合，实现对被测工件相关面激光扫描，获取到实际工件轮廓的三维特征坐标数据，通过这些数据拟合出实际工件轮廓，从而获得需要测量的点、线、圆弧要素，再通过长度比较差值测量计算方法得到需要测量的尺寸及形位公差，所述的比较差值测量计算方法利用两点定长的原理，通过测量一条线段上的两个端点a、b 的值来确定工件长度L。

测量流程或步骤：

●根据被测工件的样件调节激光距离检测装置上的角度调节轴，确定检测角度符合工件要求；

●将待测工件任意放置到工件放置台上，通过视觉检测装置获得当前工件在工件放置台上的位置和工件形状及缺陷数据；

●系统软件根据视觉软件获得的数据进行激光测量轨迹运算，输出4轴联动自动检测程序，驱动激光测量传感器对待测工件进行扫描，获取工件的三维轮廓数据；

●根据三维轮廓数据计算并生成待测工件的三维轮廓并计算出相关尺寸、形为公差；

●最后根据工件的实际检测结果输出控制信号并自动生成检测报告。

本发明的有益效果在于：

1.通过控制软件、测量软件，将多轴联动机构与视觉传感器、激光传感器组合成有机系统，自动、快速、精确、可靠的完成被测工件检测缺陷、三维几何尺寸、形位公差等测量。

2.被测工件只要进入指定测量区域，测量装置就能完成测量任务，测量效率高，非常适合集成到产品自动生产线上，实现工件在线实时检测。

3.用一个激光传感器与转台的旋转配合，完成长大规格尺寸的测量，拓展测量范围，节省费用。

4.测量过程对被测工件的表面质量要求低，测量精度高，测量一致性高。

附图说明

图1为本发明的侧视结构示意图。

图2为本发明的立体结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作进一步描述：

如图1-2所示，包括上下升降机构1、视觉检测装置2、非接触距离检测装置3、两轴移动平台4、工件放置转台5，待测工件6，基座7。

视觉检测装置包括一套高清晰度的相机及一套低畸变的大范围镜头，视觉检测装置位于工件转台上方，从上往下拍摄工件，获取工件的外形轮廓尺寸。

非接触距离检测装置包括一个非接触式激光传感器安装座、一个非接触式激光传感器、一个角度调节轴组成。非接触式激光传感器安装在角度调节轴上，可调节测量角度；角度调节轴安装在传感器安装座上；非接触距离检测装置和上下移动机构相连，通过上下移动机构调节传感器的测量点的测量高度。

工件放置转台包括一个高精度力矩转台和一个带背光光源平台组成。带背光光源平台上放置被测工件，形成清晰的工件轮廓，配合视觉检测装置形成精确的视觉测量；通过力矩转台的转动带动工件旋转，将待测轮廓移动至非接触距离检测装置的测量点上。

工件放置转台安装有用于视觉检测的背光光源并固定在两轴移动平台上，视觉检测装置的镜头与工件放置转台平面垂直；

被测工件放置在工件放置转台上，非接触距离检测装置中的激光传感器可以在一定范围转动。

测量时，首先，计算机根据需要控制两轴移动平台移动，控制工件放置转台转动，确定一个合适位置；然后，通过上下升降机构移动带动非接触距离检测装置到达检测位置，非接触距离检测装置激光传感器旋转使所发射的测距光与工件放置转台平面成一定的角度；最后，计算机控制两轴移动平台移动与工件放置转台旋转，完成对工件缺陷、需测尺寸、形位公差的自动测量。

本发明的非接触式激光传感器安装在角度调节轴上，整个非接触距离检测装置固定在上下移动机构上，通过上下升降机构、角度调节轴使非接触式激光传感器的测量光和被测工件的测量面呈一定的角度，可调节测量角度及测量点高度，保证被测工件上的槽、孔、角度等尺寸能被测量出。

通过三个直线运动再加上二个旋转运动结合，使本装置在保证精度的条件下，测量范围显著加大，并能测量复杂工件的几何尺寸。背光光源和转台相结合，既能获得工件的清晰轮廓，还能根据要求自动调节被测工件的测量位置。

以上列举的仅是本发明的具体实施例子，本发明不限于以上实施例子，还可以有许多类似结构变化设计。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (5)

1.多轴联动的视觉、激光复合式非接触测量装置，包括基座，其特征在于所述的基座上设置两轴移动平台，所述的两轴移动平台上设置工件放置转台，所述工件放置转台上设置待测工件；所述工件放置转台的上部设置上下升降机构，所述的上下升降机构上设置视觉检测装置和非接触式距离检测装置。

2.根据权利要求1所述的多轴联动的视觉、激光复合式非接触测量装置，其特征在于所述的视觉检测装置包括一套高清晰度的相机及一套低畸变的大范围镜头，所述的视觉检测装置正对所述的工件放置转台。

3.根据权利要求2所述的多轴联动的视觉、激光复合式非接触测量装置，其特征在于所述的非接触式距离检测装置包括一个非接触式激光传感器安装座、一个非接触式激光传感器和一个角度调节轴，所述的非接触式激光传感器安装在角度调节轴上，所述的角度调节轴安装在非接触式传感器安装座上。

4.根据权利要求3所述的多轴联动的视觉、激光复合式非接触测量装置，其特征在于所述的工件放置转台包括一个高精度力矩转台和一个带背光光源平台组成。

5.根据权利要求4所述的多轴联动的视觉、激光复合式非接触测量方法，其特征在于先通过视觉检测装置采集被测工件的图像，自动进行缺陷判定，识别工件形状，生成适合本装置测量机构的测量运动程序，驱动两轴移动平台和工件放置转台运动使被测工件与激光配合，实现对被测工件相关面激光扫描，获取到实际工件轮廓的三维特征坐标数据，通过这些数据拟合出实际工件轮廓，从而获得需要测量的点、线、圆弧要素，再通过长度比较差值测量计算方法得到需要测量的尺寸及形位公差，所述的比较差值测量计算方法利用两点定长的原理，通过测量一条线段上的两个端点a、b的值来确定工件长度L。