CN108592731A - 一种千分尺智能检定系统及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种千分尺智能检定系统，其检定机构包括控制模块、台面、装夹机构；装夹机构设于千分尺支撑板处；千分尺支撑板后部台面架处设有定位机构；定位机构内设有固定测砧定位槽和活动测砧定位槽；千分尺支撑板后部台面处还设有第一视觉模块、第二视觉模块和第三视觉模块；当对千分尺进行检定时，千分尺微分筒到达初始位；测头移动并先后与固定测砧、活动测砧相接；控制模块获取测头与固定测砧接触时第一线纹尺的读数，以第二相机经第二线纹尺读数获取测头的横向相对移动位置；把测头初始位和终止位转换为座标序列以计算固定测砧和活动测砧测量面的平行性误差；本发明能大幅提升测量可靠性和检测效率，而且给检测人员的操作带来便利。

Description

一种千分尺智能检定系统及检测方法

技术领域

本发明涉及测量器具技术领域，尤其是一种千分尺智能检定系统及检测方法。

背景技术

目前对千分尺进行检定有一些自动方法，但这些检定方法往往有一些缺点，例如千分尺在检定时的移位形变、实物量块的形变以及检定机构机械形变对检定精度的影响等，如何解决，是一个研究方向。

发明内容

本发明提出一种千分尺智能检定系统及检测方法，能大幅提升测量可靠性和检测效率，而且给检测人员的操作带来便利。

本发明采用以下技术方案。

一种千分尺智能检定系统，用于对带固定测砧、活动测砧和微分筒的千分尺进行检定，所述检定系统的检定机构包括控制模块、台面、装夹机构；所述装夹机构设于千分尺支撑板处且可沿水平运动；所述千分尺支撑板后部台面架处设有定位横梁；所述定位横梁处设有定位机构；所述定位机构内设有放置千分尺固定测砧的固定测砧定位槽和放置千分尺活动测砧的活动测砧定位槽；所述千分尺支撑板后部台面处还设有第一视觉模块、第二视觉模块和第三视觉模块；所述第一视觉模块包括测头电机、第一线纹尺和用于对第一线纹尺拍摄的第一相机；第二视觉模块内置测头、第二线纹尺和用于对第一线纹尺拍摄的第二相机；所述第三视觉模块处设有拍摄千分尺刻度的第三相机和驱动千分尺微分筒旋转的微分筒电机；所述测头电机驱动动子连接板运动；所述动子连接板处设置测头、第一相机、第二相机；

当对千分尺进行检定时，第三视觉模块对千分尺刻度进行识别并旋转微分筒到达初始位；测头电机驱动测头移动并先后与固定测砧、活动测砧相接；控制模块以第一相机获取测头与固定测砧接触时第一线纹尺的读数，以第二相机经第二线纹尺读数获取测头的横向相对移动位置；所述控制模块把测头横向移动的初始位和终止位转换为三维空间中两个测量面的位置点座标序列，以计算千分尺固定测砧和活动测砧测量面的平行性误差。

所述台面上设有以可磁吸金属成型的行走凹部；所述装夹机构可在行走凹部上方范围内沿水平方向行走；所述千分尺支撑板前部设有用于固定块规放置装置的安装位；千分尺支撑板侧上角处开有一缺口；缺口处沿横向开有燕尾槽，所述燕尾槽上安装有支撑板燕尾部，所述燕尾槽以燕尾部紧固螺栓固定支撑板燕尾部。

所述装夹机构包括底座、设置于底座下方四周分布的万向球轴承、底座下方中部位置嵌设与台面行走凹部紧邻的电磁铁，底座上方设有支撑柱，所述支撑柱上方设有前向开口的第一U形安装座，所述第一U形安装座的U形槽内正对开口侧垂直方向开有键槽且中部垂直方向设有导向柱，所述导向柱下方套设有支撑弹簧，所述支撑弹簧上部的导向柱上滑动套设有前向开口的第二U形安装座，所述第二U形安装座后向设有防旋转键，所述防旋转键与第一U形安装座的键槽滑动配合，所述防旋转键与第一U形安装座形成组合体的前部与键槽对应位置纵向贯穿有紧固螺孔，所述紧固螺孔安装有装夹第二锁紧螺栓，所述第二U形安装座开口下部横向嵌设有圆柱销，圆柱销上部嵌设有下压板，当装夹机构装夹千分尺时，所述下压板上放置千分尺尺身中部，所述千分尺尺身前部架设于千分尺支撑板上，所述千分尺尺身中部上方压以上压板，所述第二U形安装座开口上方设有装夹第一锁紧螺栓，所述装夹第一锁紧螺栓头部设有连接球头，所述连接球头与上压板上部转动连接。

所述定位机构包括安装于定位横梁上方的第一机械手，第一电动缸支座安装于第一机械手的滑块上，第一电动缸纵向安装于第一电动缸支座上，所述第一电动缸支座头部设有定位块；所述定位块下方与需检定的千分尺的固定测砧对应位置开有固定测砧定位槽，所述固定测砧定位槽右侧设有横向定位挡块；定位横梁上方右侧处设有第二电动缸支座，所述第二电动缸支座纵向处安装有第二电动缸，所述第二电动缸头部设有定位块，所述定位块下方与千分尺活动测砧对应位置开有活动测砧定位槽；当对千分尺进行装夹时，所述千分尺固定测砧放置于固定测砧定位槽内，所述千分尺活动测砧放置于活动测砧定位槽内，且固定测砧测量面与横向定位挡块接触。

所述测头电机为直线电机模组；所述第一视觉模块包括安装于台面上的直线电机模组，架设于直线电机模组动子上的动子连接板，所述连接板侧部设有用于竖向安装第一相机的第一相机支撑座，所述第一相机支撑座旁设有竖向安装第一相机镜头的第一相机镜头支撑座；所述动子连接板下方台面安装有第一线纹尺支撑座，所述第一线纹尺支撑座上方沿横向平行于台面嵌设第一线纹尺，所述第一线纹尺支撑座中部横向贯穿有通槽，所述通槽内设有第一视觉光源，所述第一视觉光源通过第一视觉光源连接板与直线电机模组动子上的动子连接板连接，所述通槽上方沿横向垂直贯穿有第一视觉光源透射槽，所述视觉光源的光线通过第一视觉光源透射槽透射槽照射第一线纹尺，所述动子连接板在与第一相机镜头对应位置处垂直贯穿有第一相机镜头透视孔，所述第一相机镜头透过第一相机镜头透视孔对第一线纹尺的刻线进行成像；所述直线电机模组包括模组支座、第一滑轨、底板、直线电机模组动子和直线电机模组定子，所述模组支座安装于台面上，所述两模组支座之间的台面上设有底板，所述底板上安装有第一滑轨，所述第一滑轨以滑块与动子连接，所述直线电机模组动子套设于直线电机模组定子上，所述直线电机模组定子呈细柱形且直线电机模组定子的两头嵌设于模组支座上。

所述第二视觉模块包括纵向安装于动子连接板之上的第二相机、第二相机镜头，所述动子连接板上方前部安装有倒T形测头支座，所述测头支座头部设有测头，所述测头下方设有导向板；用于支撑第二线纹尺的第二线纹尺支撑座安装于千分尺支撑板背面上部，所述第二线纹尺支撑座靠近千分尺支撑板背面上部且设有第二视觉光源，所述第二线纹尺支撑座设于视觉光源的前部且嵌设线纹尺，所述测杆导向板上跨第二线纹尺与第二视觉光源连接；所述倒T形测头支座与第二相机镜头的对应位置处开有第二相机镜头透视孔，所述第二相机透过第二相机镜头透视孔对第二线纹尺的刻线进行成像；所述测头开有若干两侧带台阶结构的台阶孔，其中一个台阶孔的轴线与千分尺测量轴线重合，其余在千分尺测量面靠近圆周边缘的对应位置均匀分布，所述测头两侧安装测量传感器；所述测头的台阶孔内安装测柱，所述测柱两头中心位置安装有球形测端，测柱两端部嵌设有卡簧，所述测柱卡簧之间套设有测力弹簧，所述测力弹簧嵌设于测头的台阶孔上，所述测头的台阶孔中心向下贯穿有连杆槽，所述测柱安装有垂直连杆，所述垂直连杆下穿连杆槽 ，所述垂直连杆底部设有转接凸柱，所述转接凸柱上套设有调整环，所述调整环依据不同高度依次分布，所述调整环通过锁紧螺栓固定；所述调整环上安装有水平连杆，所述水平连杆头部安装有视觉测头端，所述视觉测头端通过调整环和水平连杆调整为按垂直直线分布，并位于第二相机镜头的视野内。

所述第三视觉模块包括安装于横梁上右侧的第二机械手，所述第二机械手经滑块与倒L形的第三相机连接板连接，所述第三相机连接板下方安装有第三相机和第三相机镜头，所述第三相机镜头下方设有第三视觉光源，所述第三视觉光源通过安装于第三相机连接板两侧的第三视觉光源连接板连接；所述第三视觉光源下方安装有微分筒电机，所述微分筒电机输出轴上连接有柔性连轴器，所述柔性连轴器经传力结构与千分尺微分筒连接；所述微分筒电机安装于电机连接板处，所述电机连接板安装于下方第二滑轨的第二滑轨滑块上，所述第二滑轨安装于滑轨连接板处，所述滑轨连接板安装于千分尺支撑板的背部。

所述块规放置装置包括L形的块规放置装置本体，所述L形的本体上横向开有块规放置槽，所述块规放置槽右侧设有块规止动端，所述块规止动端靠近块规一侧设有顶球，块规水平间隙嵌入块规放置槽，所述块规右侧测量面与顶球接触，所述块规左侧测量面与球测头接触，所述L形本体下部开有螺孔，所述L形本体通过螺孔与千分尺支撑板上的安装螺孔以可拆卸结构连接。

所述检测方法采用所述的检定机构实施，检定方法依次包括以下步骤；

S1、确认千分尺类型和工作参数，检定机构依据千分尺类型和工作参数把固定测砧定位槽、活动测砧定位槽、第一视觉模块、第二视觉模块移动到初始位置；

S2、移动千分尺装夹装置到相应位置，手动将千分尺固定测砧安装于固定测砧定位槽内，将千分尺活动测砧安装于活动测砧定位槽内，横向移动千分尺使固定测砧测量面与横向定位挡块接触，将千分尺尺身中部安装于装夹装置的下压板上，千分尺尺身两侧架设于千分尺支撑板上，轻压千分尺尺身，使千分尺尺身两侧自然与千分尺支撑板上沿接触，旋紧装夹第一锁紧螺栓和装夹第二锁紧螺栓，把千分尺测力装置通过柔性连轴器与微分筒电机连接；

S3、检定时，第一电动缸和第二电动缸纵向收起定位机构，装夹机构电磁铁自动与台面上的行走凹部吸合，第二机械手驱动第三视觉模块由初始位置到工作位置，微分筒电机依据第三视觉模块的识别结果，计算并驱动微分筒到零点或第一检测点位置；

S4、测头电机驱动测头移动并先后与固定测砧和活动测砧测量面相接触；控制模块以第一相机获取测头与固定测砧接触时第一线纹尺的读数，以第二相机经第二线纹尺读数获取视觉测头端的横向相对移动位置；所述控制模块把测头横向移动的初始位和终止位转换为三维空间中两个测量面的位置点座标序列，以计算千分尺固定测砧和活动测砧测量面的平行性误差；依据检定规程判定千分尺平行性误差是否合格，若不合格提示用户是否退出检测流程，若合格，则继续检测流程；

S5、控制模块根据第一视觉模块读取的刻度读数以及测头与固定测砧接触时各个视觉测头端的横向相对移动位置，计算出零点的各个视觉测头的绝对位置座标；

S6、第三视觉模块根据对第三视觉模块识别结果驱动微分筒到第一检测点，第三视觉模块识别当前千分尺读数，直线电机模组动子驱动测头与活动测砧测量面接触，第二视觉模块通过第二线纹尺读取各视觉测头端的横向相对移动位置，第一视觉模块读取第一线纹尺的读数，控制模块根据步骤S4中固定测砧测量面的测量结果和当前检测点各视觉测头端的位置座标序列，计算各检测点的绝对长度，用该绝对长度与当前千分尺读数比较，得到千分尺当前检测点的示值误差；

S7、重复步骤S6，直到得到所有检测点的示值误差，取所有检测点的示值误差绝对值为最大的示值误差，作为千分尺的示值误差。

在步骤S7之后的步骤为；

S8、依据检定规程判定千分尺示值误差是否合格，若不合格提示用户是否打印检测报告，若合格，则直接打印检测报告；

S9：电磁铁停止吸合台面，第三视觉系统移动到初始位置，第二机械手驱动测头到安全位置，卸下千分尺。

本发明相比起以往的一些检定方案，具有以下优点；

以往的一些检定方案中，千分尺装夹机构是把千分尺平放在工作台面上，采用压头直接下压千分尺尺身的方式装夹，不能很好地适应不同外形的千分尺，也容易造成千分尺尺身变形，影响检测精度；本发明改用可以在台面行走凹部平面上自由行走的装夹机构，对不同量程和外形尺寸的千分尺定位到装夹位置，非常方便灵活；装夹机构的机械结构可以适应任意外形的千分尺尺身，千分尺尺身在装夹机构和千分尺支撑板上呈三点接触，可确保千分尺尺身不会变形；装夹机构上的紧固螺栓和电磁铁，把活动连接部件变成刚性连接，确保检测时千分尺位置不变，保证检测了精度。

以往的一些检定方案中，千分尺检测标准采用实物量块，须要按尺寸序列排列在块规盒上，使用时须用两只机械手经过定位、夹紧、提升等控制动作，最后搬运到检测位置，结构和控制较复杂，稳定性差，效率也较低；本发明改用机械手配合线纹尺和机器视觉作为测量基准，大大简化了基准的复杂度和提高了基准的灵活性，从而带来基准使用效率在大幅提升。

以往的一些检定方案中，千分尺检测时采用自适应的方式让块规两测量随着千分尺的两测量面的靠近自动摆动和旋转，以实现块规两测量面与千分尺的两测量面的可靠接触，但由于量块本身的重量、重心不可能完全处于旋转或摆动中心、千分尺活动测砧的测量面是旋转前进等原因，会造成块规两测量面与千分尺的两测量面无法可靠接触，产生较大的测量误差；本发明使用多个独立测头配合线纹尺和机器视觉对千分尺的两测量面的多个点进行测量，从设备的第一视觉模块和第二视觉模块的识别结果中计算基准长度，不存在原案由于接触不可靠产生的测量误差，同时大幅提升测量效率。

本发明所述方案，由于结构比传统方案简单，产品外形尺寸和重量都大为减小，系统在整体成本少量增加的情况实现性能的大幅提升，在与传统方案的对比中，本发明的检测时间可由原来的120-150秒减少到15-30秒。

本发明中，装夹机构利用万向球轴承在台面行走凹部沿水平方向任意行走，万向球轴承的滚动摩擦，使整个装夹机构非常省力，可以非常方便快速地定位到千分尺的装夹位置。

本发明中，U形安装座上的导向柱可以使装夹机构适应由于不同千分尺尺身厚度造成的定位高度差，导向柱上的弹簧可以使千分尺尺身浮动在弹簧上，只须轻轻按压千分尺尺身，就可以使千分尺尺身绕着千分尺测砧下降接触到千分尺支撑板，以确定千分尺尺身的安装高度，从而不必使用专门的调整机构来调整千分尺尺身的位置高度。

本发明中，横向嵌设的圆柱销和锁紧螺栓头部设置的球头，使装夹机构的上压板和下压板适应由于不同千分尺尺身厚度造成千分尺尺身倾斜，也可以和键、键槽、第一锁紧螺栓、第二锁紧螺栓和电磁铁配合，使千分尺和台面形成刚性连接，以保证测量精度。

本发明中，台面行走凹部由亲磁的金属制成，电磁铁和行走凹部未吸合时保留极小的间隙，使电磁铁既不影响装夹机构的自由行走，吸合时也不会产生大的声响。

本发明中，定位机构使用之前，定位块处于纵向远离固定测砧和活动测砧的位置，定位时，定位块由电动缸驱动伸出到定位位置，即可对固定测砧和活动测砧的纵向和垂直方向进行定位，固定测砧定位槽右侧的挡块可以对固定测砧横向位置进行定位，定位完成之后，定位块由电动缸驱动收缩到到初始位置，使定位机构在检定时不会对其它运动机构造成干涉。

本发明中，由于某些千分尺靠近微分筒部份的尺身存在一个凸面，到使装夹时千分尺尺身无法水平悬架在千分尺支撑板上沿上，产生较大倾斜，对此类型的千分尺，移开活动燕尾部再装夹就可以避免这种情况。

众所周知，直线电机的动子在直线运动中，行走平行性必然存在一定误差，导致视觉系统1（第一视觉模块）和视觉系统2（第二视觉模块）产生读数误差，由于本系统采用直线电机和高精度滑轨具有很好的行走平行性，视觉系统2读取的又是相对偏移量，且行程极短，因此由动子的行走平行性带来的相对偏移量读数误差极小，可以忽略不计；而视觉系统1则可能产生较大的读数误差，在本发明实施中，可以把动子行走平行性误差对视觉系统1的影响进行分解，分别是相机1（第一相机）、相机2（第二相机）绕着某中心在X（横向）Y（纵向）Z（垂直）三个轴向上的平移和旋转，由于镜头1（第一相机镜头）和镜头2（第二相机镜头）采用的是远心镜头，因此不论那个方向的平移都不会对视觉系统1的读数造成误差影响；而旋转则不同。相机1绕着某中心在X轴的旋转不会对视觉系统1的读数造成误差影响，绕着某中心在Z轴的旋转会使线纹尺1刻线不平行于相机1的成像中心（与线纹尺1刻线相交），给视觉系统1的读数造成困难；绕着某中心在Y轴的旋转虽然不会使线纹尺刻线不平行于视觉系统1的成像中心，但会使视觉系统1的读数比理想值增大或减小。

在本发明中，测柱轴线靠近千分测量中线，避免了阿贝误差的产生；垂直连杆自然下垂，避免了其它与重力线不平行的安装方式产生的翘曲变形；测力弹簧模拟千分尺测力装置的作用，消除丝杆螺纹间隙的同时使球测头与活动测砧或固定测砧可靠接触；通过垂直连杆不同的长度、调整环和水平连杆旋转一定角度，把视觉测头形成一条垂直直线分布于镜头2 的视野内，使视觉系统2可以实现对多个测头同时测量，大大降低了相机和镜头分辨率要求和减小镜头的尺寸，从而大幅度减少制造成本。

在本发明中，利用线纹尺的高精度刻线位置的固定不变性，对由于动子行走平行性造成的读数误差实现补偿，大大提高了测量精度，降低了对系统机械结构的制造加工精度要求。

在本发明中，相机3、镜头3（第三相机镜头）和视觉组合光源（第三视觉光源）由机械手2（第二机械手）配合相机3（第三相机）的图像识别 实现自动对千分尺的微分筒和固定套管定位，提高了系统的智能化水平。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：

附图1为本发明外观示意图；

附图2为本发明内部结构示意图；

附图3为本发明装夹机构的结构示意图；

附图4为本发明定位机构的结构示意图；

附图5为第一视觉模块的结构示意图；

附图6为直线电机模组的结构示意图；

附图7为第二视觉模块的结构示意图；

附图8为第二视觉模块测头部份的结构示意图；

附图8a为第二视觉模块测头部份的局部放大示意图；

附图8b为第二视觉模块测头部份的另一局部放大示意图（视觉测头端处）；

附图9为第三视觉模块的结构示意图；

附图10为本发明块规放置盒的结构示意图；

附图11为本发明所检定的千分尺的结构示意图；

附图12为本发明实施例二的局部结构示意图；

附图13为本发明实施例三的局部结构示意图；

图中：

1-台面；10-千分尺支撑板；11-外罩；12-行走凹部；13-燕尾部紧固螺栓；14-支撑板燕尾部；15-防尘罩；16-横梁；

2-装夹机构；20-万向球轴承；21-电磁铁；22-底座1；23-支撑柱；24- 支撑弹簧；25-导向柱；26-防旋转键； 27-第一U形安装座；28-第二U形安装座；29-上压板；210-装夹第一锁紧螺栓；211-连接球头；212-千分尺；2120-测力装置；2121-微分筒；2122-固定套管；2123-活动测砧；2124-千分尺尺身；2125-固定测砧；213-圆柱销；214-下压板；215-装夹第二锁紧螺栓；

3-定位机构；30-第一机械手；31-第一电动缸支座；32-第一电动缸；33-固定测砧定位槽；34-横向定位挡块；35-第二电动缸支座；36-第二电动缸；37-活动测砧定位槽；

4-第一视觉模块；40-直线电机模组；401-模组支座；402-滑块；403-第一滑轨；404底板；405-直线电机模组定子；406-直线电机模组动子；41-动子连接板；42-第一相机镜头支撑座；43-第一相机支撑座；44-第一相机镜头；45-第一相机；46-第一线纹尺支撑座；47-第一线纹尺；48-第一视觉光源；49-第一视觉光源连接板；410-第一视觉光源透射槽；411-第一相机镜头透视孔；

5-第二视觉模块；50-第二相机；51-第二相机镜头；52-第二相机镜头支撑座；53-测头；531-台阶孔；532-连杆槽；533-测柱；534-测力弹簧；536-卡簧；537-球形测端；538-垂直连杆；539-视觉测头端；5310-水平连杆；5311-锁紧螺栓；5312-调整环；5313-转接凸柱；54-导向板；55-第二视觉光源；56-第二线纹尺压板；57-第二线纹尺支撑座；58-第二线纹尺；59-第二相机镜头透视孔；510-测头支座；511-第二相机支撑座；512-测量传感器；513-气浮导轨滑块；514-气浮导轨；515-高精度光栅尺；516-平板直线电机定子；517-平板直线电机动子；

6-第三视觉模块；60-第二机械手固定板；61-第二机械手；62-第三相机连接板；63-第三视觉光源连接板；64-第三相机；65-第三相机镜头；66-第三视觉光源；67-柔性连轴器；68-第二滑轨；69-第二滑轨滑块；610-滑轨连接板；611-微分筒电机；612-电机连接板；

7-块规放置装置；70-固定块规放置装置的安装位；71-块规放置装置本体；72-锁紧螺栓；73-上挡块；74-块规；75-块规止动端；76-顶球；77-块规放置槽。

具体实施方式

如图所示，一种千分尺智能检定系统，用于对带固定测砧、活动测砧和微分筒的千分尺进行检定，所述检定系统的检定机构包括控制模块、台面1、装夹机构2；所述装夹机构设于千分尺支撑板10处且可沿水平运动；所述千分尺支撑板后部台面架处设有定位横梁16；所述定位横梁处设有定位机构3；所述定位机构内设有放置千分尺固定测砧2125的固定测砧定位槽33和放置千分尺活动测砧2123的活动测砧定位槽37；所述千分尺支撑板后部台面处还设有第一视觉模块4、第二视觉模块5和第三视觉模块6；所述第一视觉模块包括测头电机、第一线纹尺47和用于对第一线纹尺拍摄的第一相机45；第二视觉模块内置测头、第二线纹尺58和用于对第一线纹尺拍摄的第二相机50；所述第三视觉模块处设有拍摄千分尺刻度的第三相机64和驱动千分尺微分筒2121旋转的微分筒电机611；所述测头电机驱动动子连接板41运动；所述动子连接板处设置测头、第一相机、第二相机；

当对千分尺进行检定时，第三视觉模块对千分尺刻度进行识别并旋转微分筒到达初始位；测头电机驱动测头移动并先后与固定测砧2125、活动测砧2123相接；控制模块以第一相机获取测头与固定测砧接触时第一线纹尺的读数，以第二相机经第二线纹尺读数获取测头的横向相对移动位置；所述控制模块把测头横向移动的初始位和终止位转换为三维空间中两个测量面的位置点座标序列，以计算千分尺固定测砧和活动测砧测量面的平行性误差。

所述台面上设有以可磁吸金属成型的行走凹部12；所述装夹机构可在行走凹部上方范围内沿水平方向行走；所述千分尺支撑板前部设有用于固定块规放置装置的安装位70；千分尺支撑板侧上角处开有一缺口；缺口处沿横向开有燕尾槽，所述燕尾槽上安装有支撑板燕尾部14，所述燕尾槽以燕尾部紧固螺栓13固定支撑板燕尾部。

所述装夹机构包括底座22、设置于底座下方四周分布的万向球轴承20、底座下方中部位置嵌设与台面行走凹部紧邻的电磁铁21，底座上方设有支撑柱23，所述支撑柱上方设有前向开口的第一U形安装座27，所述第一U形安装座的U形槽内正对开口侧垂直方向开有键槽且中部垂直方向设有导向柱25，所述导向柱下方套设有支撑弹簧24，所述支撑弹簧上部的导向柱上滑动套设有前向开口的第二U形安装座28，所述第二U形安装座后向设有防旋转键26，所述防旋转键与第一U形安装座的键槽滑动配合，所述防旋转键与第一U形安装座形成组合体的前部与键槽对应位置纵向贯穿有紧固螺孔，所述紧固螺孔安装有装夹第二锁紧螺栓215，所述第二U形安装座开口下部横向嵌设有圆柱销213，圆柱销上部嵌设有下压板214，当装夹机构装夹千分尺212时，所述下压板上放置千分尺尺身2124中部，所述千分尺尺身前部架设于千分尺支撑板上，所述千分尺尺身2124中部上方压以上压板29，所述第二U形安装座开口上方设有装夹第一锁紧螺栓210，所述装夹第一锁紧螺栓头部设有连接球头211，所述连接球头与上压板上部转动连接。

所述定位机构包括安装于定位横梁16上方的第一机械手30，第一电动缸支座31安装于第一机械手的滑块上，第一电动缸32纵向安装于第一电动缸支座上，所述第一电动缸支座头部设有定位块；所述定位块下方与需检定的千分尺的固定测砧2125对应位置开有固定测砧定位槽33，所述固定测砧定位槽33右侧设有横向定位挡块34；定位横梁上方右侧处设有第二电动缸支座35，所述第二电动缸支座纵向处安装有第二电动缸36，所述第二电动缸36头部设有定位块，所述定位块下方与千分尺活动测砧2123对应位置开有活动测砧定位槽37；当对千分尺212进行装夹时，所述千分尺固定测砧2125放置于固定测砧定位槽33内，所述千分尺活动测砧2123放置于活动测砧定位槽37内，且固定测砧测量面与横向定位挡块34接触。

所述测头电机为直线电机模组；所述第一视觉模块4包括安装于台面1上的直线电机模组40，架设于直线电机模组动子406上的动子连接板41，所述连接板侧部设有用于竖向安装第一相机45的第一相机支撑座43，所述第一相机支撑座旁设有竖向安装第一相机镜头44的第一相机镜头支撑座42；所述动子连接板下方台面安装有第一线纹尺支撑座46，所述第一线纹尺支撑座上方沿横向平行于台面嵌设第一线纹尺47，所述第一线纹尺支撑座中部横向贯穿有通槽，所述通槽内设有第一视觉光源48，所述第一视觉光源通过第一视觉光源连接板49与直线电机模组动子406上的动子连接板连接，所述通槽上方沿横向垂直贯穿有第一视觉光源透射槽410，所述视觉光源48的光线通过第一视觉光源透射槽410透射槽照射第一线纹尺47，所述动子连接板在与第一相机镜头对应位置处垂直贯穿有第一相机镜头透视孔411，所述第一相机镜头透过第一相机镜头透视孔对第一线纹尺的刻线进行成像；所述直线电机模组包括模组支座401、第一滑轨403、底板404、直线电机模组动子406和直线电机模组定子405，所述模组支座安装于台面上，所述两模组支座之间的台面上设有底板，所述底板上安装有第一滑轨，所述第一滑轨以滑块与动子连接，所述直线电机模组动子套设于直线电机模组定子上，所述直线电机模组定子呈细柱形且直线电机模组定子的两头嵌设于模组支座上。

所述第二视觉模块5包括纵向安装于动子连接板41之上的第二相机50、第二相机镜头51，所述动子连接板上方前部安装有倒T形测头支座510，所述测头支座头部设有测头53，所述测头下方设有导向板54；用于支撑第二线纹尺的第二线纹尺支撑座57安装于千分尺支撑板10背面上部，所述第二线纹尺支撑座57靠近千分尺支撑板10背面上部且设有第二视觉光源55，所述第二线纹尺支撑座设于视觉光源2的前部且嵌设线纹尺258，所述测杆导向板54上跨第二线纹尺58与第二视觉光源55连接；所述倒T形测头支座与第二相机镜头的对应位置处开有第二相机镜头透视孔59，所述第二相机透过第二相机镜头透视孔对第二线纹尺的刻线进行成像；所述测头53开有若干两侧带台阶结构的台阶孔531，其中一个台阶孔的轴线与千分尺测量轴线重合，其余在千分尺测量面靠近圆周边缘的对应位置均匀分布，所述测头两侧安装测量传感器512；所述测头的台阶孔内安装测柱533，所述测柱两头中心位置安装有球形测端537，测柱两端部嵌设有卡簧536，所述测柱卡簧之间套设有测力弹簧534，所述测力弹簧嵌设于测头的台阶孔上，所述测头的台阶孔中心向下贯穿有连杆槽532，所述测柱安装有垂直连杆538，所述垂直连杆下穿连杆槽 ，所述垂直连杆底部设有转接凸柱5313，所述转接凸柱上套设有调整环5312，所述调整环依据不同高度依次分布，所述调整环通过锁紧螺栓5311固定；所述调整环上安装有水平连杆5310，所述水平连杆头部安装有视觉测头端539，所述视觉测头端通过调整环和水平连杆调整为按垂直直线分布，并位于第二相机镜头的视野内。

所述第三视觉模块6包括安装于横梁上右侧的第二机械手61，所述第二机械手经滑块与倒L形的第三相机连接板62连接，所述第三相机连接板下方安装有第三相机64和第三相机镜头65，所述第三相机镜头65下方设有第三视觉光源66，所述第三视觉光源66通过安装于第三相机连接板62两侧的第三视觉光源连接板63连接；所述第三视觉光源66下方安装有微分筒电机611，所述微分筒电机输出轴上连接有柔性连轴器67，所述柔性连轴器经传力结构与千分尺微分筒2121连接；所述微分筒电机安装于电机连接板612处，所述电机连接板安装于下方第二滑轨68的第二滑轨滑块69上，所述第二滑轨68安装于滑轨连接板610处，所述滑轨连接板610安装于千分尺支撑板10的背部。

所述块规放置装置包括L形的块规放置装置本体71，所述L形的本体上横向开有块规放置槽77，所述块规放置槽右侧设有块规止动端75，所述块规止动端靠近块规一侧设有顶球76，块规74水平间隙嵌入块规放置槽，所述块规右侧测量面与顶球接触，所述块规左侧测量面与球测头接触，所述L形本体下部开有螺孔，所述L形本体通过螺孔与千分尺支撑板10上的安装螺孔70以可拆卸结构连接。

所述检测方法采用所述的检定机构实施，检定方法依次包括以下步骤；

S1、确认千分尺类型和工作参数，检定机构依据千分尺类型和工作参数把固定测砧定位槽、活动测砧定位槽、第一视觉模块、第二视觉模块移动到初始位置；

S2、移动千分尺装夹装置到相应位置，手动将千分尺固定测砧安装于固定测砧定位槽内，将千分尺活动测砧安装于活动测砧定位槽内，横向移动千分尺使固定测砧测量面与横向定位挡块接触，将千分尺尺身中部安装于装夹装置的下压板上，千分尺尺身两侧架设于千分尺支撑板上，轻压千分尺尺身，使千分尺尺身两侧自然与千分尺支撑板上沿接触，旋紧装夹第一锁紧螺栓和装夹第二锁紧螺栓，把千分尺测力装置通过柔性连轴器与微分筒电机连接；

S3、检定时，第一电动缸和第二电动缸纵向收起定位机构，装夹机构电磁铁自动与台面上的行走凹部吸合，第二机械手驱动第三视觉模块由初始位置到工作位置，微分筒电机依据第三视觉模块的识别结果，计算并驱动微分筒到零点或第一检测点位置；

S4、测头电机驱动测头移动并先后与固定测砧和活动测砧测量面相接触；控制模块以第一相机获取测头与固定测砧接触时第一线纹尺的读数，以第二相机经第二线纹尺读数获取视觉测头端的横向相对移动位置；所述控制模块把测头横向移动的初始位和终止位转换为三维空间中两个测量面的位置点座标序列，以计算千分尺固定测砧和活动测砧测量面的平行性误差；依据检定规程判定千分尺平行性误差是否合格，若不合格提示用户是否退出检测流程，若合格，则继续检测流程；

S5、控制模块根据第一视觉模块读取的刻度读数以及测头与固定测砧接触时各个视觉测头端的横向相对移动位置，计算出零点的各个视觉测头的绝对位置座标；

S6、第三视觉模块根据对第三视觉模块识别结果驱动微分筒到第一检测点，第三视觉模块识别当前千分尺读数，直线电机模组动子驱动测头与活动测砧测量面接触，第二视觉模块通过第二线纹尺读取各视觉测头端的横向相对移动位置，第一视觉模块读取第一线纹尺的读数，控制模块根据步骤S4中固定测砧测量面的测量结果和当前检测点各视觉测头端的位置座标序列，计算各检测点的绝对长度，用该绝对长度与当前千分尺读数比较，得到千分尺当前检测点的示值误差；

S7、重复步骤S6，直到得到所有检测点的示值误差，取所有检测点的示值误差绝对值为最大的示值误差，作为千分尺的示值误差。

在步骤S7之后的步骤为；

S8、依据检定规程判定千分尺示值误差是否合格，若不合格提示用户是否打印检测报告，若合格，则直接打印检测报告；

S9：电磁铁停止吸合台面，第三视觉系统移动到初始位置，第二机械手驱动测头到安全位置，卸下千分尺。

上述方案为实施例一。

实施例二：

如图12所示，相对于实施例一，实施例二中把视觉系统1（第一视觉模块）结构的部分内容改成气浮导轨、平板直线电机和高精度光栅尺，把视觉系统2（第二视觉模块）中的线纹尺缩短，并和视觉光源2一起固定在连接板41上跟随测头一起移动。气浮导轨具有极高的行走平行性，和高精度光栅尺配合，可以直接把光栅尺的读数当作实施例一中视觉系统1的读数，而无须进行补偿，既如此，就可以把实施例一中视觉系统2的线纹尺缩短并固定在连接板41上，跟随连接板41一起移动，只作为测头的偏移量读数即可。实施例二简化了系统硬件结构和软件算法的复杂性，但由于采用了气浮导轨和高精度光栅尺，成本有较大的增加。

实施例三：

如图13所示，相对于实施例二，实施例三中不改变线纹尺2（第二线纹尺）的长度且仍然固定在千分尺支撑板上，把高精度光栅尺改成精度较低的光栅尺，只作为直线电机的反馈编码器使用，绝对偏移和测头的相对偏移量都由相机2（第二相机）从线纹尺2上读数。实施例三具备施例二系统硬件结构和软件算法简单的特点，同时不采用高精度光栅尺读数，保持实施例一中低成本的线纹尺读数方法，因此，实施例三是三个实施例中的最优实施例。

Claims (10)

1.一种千分尺智能检定系统，用于对带固定测砧、活动测砧和微分筒的千分尺进行检定，其特征在于：所述检定系统的检定机构包括控制模块、台面（1）、装夹机构（2）；所述装夹机构设于千分尺支撑板（10）处且可沿水平运动；所述千分尺支撑板后部台面架处设有定位横梁（16）；所述定位横梁处设有定位机构（3）；所述定位机构内设有放置千分尺固定测砧（2125）的固定测砧定位槽（33）和放置千分尺活动测砧（2123）的活动测砧定位槽（37）；所述千分尺支撑板后部台面处还设有第一视觉模块（4）、第二视觉模块（5）和第三视觉模块（6）；所述第一视觉模块包括测头电机、第一线纹尺（47）和用于对第一线纹尺拍摄的第一相机（45）；第二视觉模块内置测头、第二线纹尺（58）和用于对第一线纹尺拍摄的第二相机（50）；所述第三视觉模块处设有拍摄千分尺刻度的第三相机（64）和驱动千分尺微分筒（2121）旋转的微分筒电机（611）；所述测头电机驱动动子连接板（41）运动；所述动子连接板处设置测头、第一相机、第二相机。

2.根据权利要求1所述的一种千分尺智能检定系统，其特征在于：所述台面上设有以可磁吸金属成型的行走凹部（12）；所述装夹机构可在行走凹部上方范围内沿水平方向行走；所述千分尺支撑板前部设有用于固定块规放置装置的安装位（70）；千分尺支撑板侧上角处开有一缺口；缺口处沿横向开有燕尾槽，所述燕尾槽上安装有支撑板燕尾部（14），所述燕尾槽以燕尾部紧固螺栓（13）固定支撑板燕尾部。

3.根据权利要求2所述的一种千分尺智能检定系统，其特征在于：所述装夹机构包括底座（22）、设置于底座下方四周分布的万向球轴承（20）、底座下方中部位置嵌设与台面行走凹部紧邻的电磁铁（21），底座上方设有支撑柱（23），所述支撑柱上方设有前向开口的第一U形安装座（27），所述第一U形安装座的U形槽内正对开口侧垂直方向开有键槽且中部垂直方向设有导向柱（25），所述导向柱下方套设有支撑弹簧（24），所述支撑弹簧上部的导向柱上滑动套设有前向开口的第二U形安装座（28），所述第二U形安装座后向设有防旋转键（26），所述防旋转键与第一U形安装座的键槽滑动配合，所述防旋转键与第一U形安装座形成组合体的前部与键槽对应位置纵向贯穿有紧固螺孔，所述紧固螺孔安装有装夹第二锁紧螺栓（215），所述第二U形安装座开口下部横向嵌设有圆柱销（213），圆柱销上部嵌设有下压板（214），当装夹机构装夹千分尺（212）时，所述下压板上放置千分尺尺身（2124）中部，所述千分尺尺身前部架设于千分尺支撑板上，所述千分尺尺身（2124）中部上方压以上压板（29），所述第二U形安装座开口上方设有装夹第一锁紧螺栓（210），所述装夹第一锁紧螺栓头部设有连接球头（211），所述连接球头与上压板上部转动连接。

4.根据权利要求1所述的一种千分尺智能检定系统，其特征在于：所述定位机构包括安装于定位横梁（16）上方的第一机械手（30），第一电动缸支座（31）安装于第一机械手的滑块上，第一电动缸（32）纵向安装于第一电动缸支座上，所述第一电动缸支座头部设有定位块；所述定位块下方与需检定的千分尺的固定测砧（2125）对应位置开有固定测砧定位槽（33），所述固定测砧定位槽（33）右侧设有横向定位挡块（34）；定位横梁上方右侧处设有第二电动缸支座（35），所述第二电动缸支座纵向处安装有第二电动缸（36），所述第二电动缸（36）头部设有定位块，所述定位块下方与千分尺活动测砧（2123）对应位置开有活动测砧定位槽（37）；当对千分尺（212）进行装夹时，所述千分尺固定测砧（2125）放置于固定测砧定位槽（33）内，所述千分尺活动测砧（2123）放置于活动测砧定位槽（37）内，且固定测砧测量面与横向定位挡块（34）接触。

5.根据权利要求1所述的一种千分尺智能检定系统，其特征在于：所述测头电机为直线电机模组；所述第一视觉模块（4）包括安装于台面（1）上的直线电机模组（40），架设于直线电机模组动子（406）上的动子连接板（41），所述连接板侧部设有用于竖向安装第一相机（45）的第一相机支撑座（43），所述第一相机支撑座旁设有竖向安装第一相机镜头（44）的第一相机镜头支撑座（42）；所述动子连接板下方台面安装有第一线纹尺支撑座（46），所述第一线纹尺支撑座上方沿横向平行于台面嵌设第一线纹尺（47），所述第一线纹尺支撑座中部横向贯穿有通槽，所述通槽内设有第一视觉光源（48），所述第一视觉光源通过第一视觉光源连接板（49）与直线电机模组动子（406）上的动子连接板连接，所述通槽上方沿横向垂直贯穿有第一视觉光源透射槽（410），所述视觉光源（48）的光线通过第一视觉光源透射槽（410）透射槽照射第一线纹尺（47），所述动子连接板在与第一相机镜头对应位置处垂直贯穿有第一相机镜头透视孔（411），所述第一相机镜头透过第一相机镜头透视孔对第一线纹尺的刻线进行成像；所述直线电机模组包括模组支座（401）、第一滑轨（403）、底板（404）、直线电机模组动子（406）和直线电机模组定子（405），所述模组支座安装于台面上，所述两模组支座之间的台面上设有底板，所述底板上安装有第一滑轨，所述第一滑轨以滑块与动子连接，所述直线电机模组动子套设于直线电机模组定子上，所述直线电机模组定子呈细柱形且直线电机模组定子的两头嵌设于模组支座上。

6.根据权利要求1所述的一种千分尺智能检定系统，其特征在于：所述第二视觉模块（5）包括纵向安装于动子连接板（41）之上的第二相机（50）、第二相机镜头（51），所述动子连接板上方前部安装有倒T形测头支座（510），所述测头支座头部设有测头（53），所述测头下方设有导向板（54）；用于支撑第二线纹尺的第二线纹尺支撑座（57）安装于千分尺支撑板（10）背面上部，所述第二线纹尺支撑座（57）靠近千分尺支撑板（10）背面上部且设有第二视觉光源（55），所述第二线纹尺支撑座设于视觉光源2的前部且嵌设线纹尺2（58），所述测杆导向板（54）上跨第二线纹尺（58）与第二视觉光源（55）连接；所述倒T形测头支座与第二相机镜头的对应位置处开有第二相机镜头透视孔（59），所述第二相机透过第二相机镜头透视孔对第二线纹尺的刻线进行成像；所述测头（53）开有若干两侧带台阶结构的台阶孔（531），其中一个台阶孔的轴线与千分尺测量轴线重合，其余在千分尺测量面靠近圆周边缘的对应位置均匀分布，所述测头两侧安装测量传感器（512）；所述测头的台阶孔内安装测柱（533），所述测柱两头中心位置安装有球形测端（537），测柱两端部嵌设有卡簧（536），所述测柱卡簧之间套设有测力弹簧（534），所述测力弹簧嵌设于测头的台阶孔上，所述测头的台阶孔中心向下贯穿有连杆槽（532），所述测柱安装有垂直连杆（538），所述垂直连杆下穿连杆槽 ，所述垂直连杆底部设有转接凸柱（5313），所述转接凸柱上套设有调整环（5312），所述调整环依据不同高度依次分布，所述调整环通过锁紧螺栓（5311）固定；所述调整环上安装有水平连杆（5310），所述水平连杆头部安装有视觉测头端（539），所述视觉测头端通过调整环和水平连杆调整为按垂直直线分布，并位于第二相机镜头的视野内。

7.根据权利要求1所述的一种千分尺智能检定系统，其特征在于：所述第三视觉模块（6）包括安装于横梁上右侧的第二机械手（61），所述第二机械手经滑块与倒L形的第三相机连接板（62）连接，所述第三相机连接板下方安装有第三相机（64）和第三相机镜头（65），所述第三相机镜头（65）下方设有第三视觉光源（66），所述第三视觉光源（66）通过安装于第三相机连接板（62）两侧的第三视觉光源连接板（63）连接；所述第三视觉光源（66）下方安装有微分筒电机（611），所述微分筒电机输出轴上连接有柔性连轴器（67），所述柔性连轴器经传力结构与千分尺微分筒（2121）连接；所述微分筒电机安装于电机连接板（612）处，所述电机连接板安装于下方第二滑轨（68）的第二滑轨滑块（69）上，所述第二滑轨（68）安装于滑轨连接板（610）处，所述滑轨连接板（610）安装于千分尺支撑板（10）的背部。

8.根据权利要求2所述的一种千分尺智能检定系统，其特征在于：所述块规放置装置包括L形的块规放置装置本体（71），所述L形的本体上横向开有块规放置槽（77），所述块规放置槽右侧设有块规止动端（75），所述块规止动端靠近块规一侧设有顶球（76），块规（74）水平间隙嵌入块规放置槽，所述块规右侧测量面与顶球接触，所述块规左侧测量面与球测头接触，所述L形本体下部开有螺孔，所述L形本体通过螺孔与千分尺支撑板（10）上的安装螺孔（70）以可拆卸结构连接。

9.一种千分尺智能检定系统的检测方法，其特征在于：所述检测方法采用权利要求1所述的检定机构实施，检定方法依次包括以下步骤；

S1、确认千分尺类型和工作参数，检定机构依据千分尺类型和工作参数把固定测砧定位槽、活动测砧定位槽、第一视觉模块、第二视觉模块移动到初始位置；

S2、移动千分尺装夹装置到相应位置，手动将千分尺固定测砧安装于固定测砧定位槽内，将千分尺活动测砧安装于活动测砧定位槽内，横向移动千分尺使固定测砧测量面与横向定位挡块接触，将千分尺尺身中部安装于装夹装置的下压板上，千分尺尺身两侧架设于千分尺支撑板上，轻压千分尺尺身，使千分尺尺身两侧自然与千分尺支撑板上沿接触，旋紧装夹第一锁紧螺栓和装夹第二锁紧螺栓，把千分尺测力装置通过柔性连轴器与微分筒电机连接；

S3、检定时，第一电动缸和第二电动缸纵向收起定位机构，装夹机构电磁铁自动与台面上的行走凹部吸合，第二机械手驱动第三视觉模块由初始位置到工作位置，微分筒电机依据第三视觉模块的识别结果，计算并驱动微分筒到零点或第一检测点位置；

S4、测头电机驱动测头移动并先后与固定测砧和活动测砧测量面相接触；控制模块以第一相机获取测头与固定测砧接触时第一线纹尺的读数，以第二相机经第二线纹尺读数获取视觉测头端的横向相对移动位置；所述控制模块把测头横向移动的初始位和终止位转换为三维空间中两个测量面的位置点座标序列，以计算千分尺固定测砧和活动测砧测量面的平行性误差；依据检定规程判定千分尺平行性误差是否合格，若不合格提示用户是否退出检测流程，若合格，则继续检测流程；

S5、控制模块根据第一视觉模块读取的刻度读数以及测头与固定测砧接触时各个视觉测头端的横向相对移动位置，计算出零点的各个视觉测头的绝对位置座标；

S6、第三视觉模块根据对第三视觉模块识别结果驱动微分筒到第一检测点，第三视觉模块识别当前千分尺读数，直线电机模组动子驱动测头与活动测砧测量面接触，第二视觉模块通过第二线纹尺读取各视觉测头端的横向相对移动位置，第一视觉模块读取第一线纹尺的读数，控制模块根据步骤S4中固定测砧测量面的测量结果和当前检测点各视觉测头端的位置座标序列，计算各检测点的绝对长度，用该绝对长度与当前千分尺读数比较，得到千分尺当前检测点的示值误差；

S7、重复步骤S6，直到得到所有检测点的示值误差，取所有检测点的示值误差绝对值为最大的示值误差，作为千分尺的示值误差。

10.根据权利要求9所述的一种千分尺智能检定系统的检测方法，其特征在于：在步骤S7之后的步骤为；

S8、依据检定规程判定千分尺示值误差是否合格，若不合格提示用户是否打印检测报告，若合格，则直接打印检测报告；

S9：电磁铁停止吸合台面，第三视觉系统移动到初始位置，第二机械手驱动测头到安全位置，卸下千分尺。