CN109974622A - 一种基于无线技术的激光轮廓测量系统及测量刀具 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于无线技术的激光轮廓测量系统及测量刀具，包括上位通信电路、下位通信电路、激光位移传感器，上位通信电路包括第一微控制器、RS232转换芯片、第一170MHz射频模块、第一2.4GHz射频模块，下位通信电路包括第二微控制器、RS485转换芯片、第二170MHz射频模块、第二2.4GHz射频模块。本发明与传统方法相比更加方便快捷，且改进了有线激光位移传感器容易受到工作区域限制的弊端，无线通信能适应绝大部分场合。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于无线技术的激光轮廓测量系统及测量刀具，属于激光轮廓测量技术领域。
背景技术
现如今很多产品都对表面轮廓精度有着很高的要求，比如涡轮叶片，涡轮叶片的型面是根据空气动力学及流体力学理论经过复杂的数值计算而设计出的空间型面，其轮廓精度直接影响到相应设备的能量转换效率，因此轮廓的加工精度是保证叶片质量的关键。目前，检测轮廓精度的常用方法是通过三坐标测量仪进行测量，此方法繁琐复杂，耗时长，然而本发明让该工作变得简单方便，只需将测距装置固定在加工中心的主轴上，利用工控机对测量设备和加工中心进行一系列控制即可获取被测对象轮廓的尺寸数据，通过计算距离的偏差值，配合相应的算法即可得出被测对象的轮廓精度。
在生产实际中，有线的激光位移传感器有很多不方便之处，比如在传输距离过长时或待检测物件是圆柱时，可能发生线材长度不足的问题，甚至可能在动态测量的状态下因线材缠绕而引发安全问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出一种基于无线技术的激光轮廓测量系统及测量刀具，利用激光位移传感器、无线通信电路和工控机组成一个完整的测量系统，提高激光轮廓测量的便捷性和安全性。
本发明中主要采用的技术方案为：
一种基于无线技术的激光轮廓测量系统，包括上位通信电路、下位通信电路和激光位移传感器，所述上位通信电路包括第一微控制器、RS232转换芯片、第一170MHz射频模块、第一2.4GHz射频模块，且所述第一微控制器由RS232转换芯片通过数据线与工控机连接，所述第一170MHz射频模块和第一2.4GHz射频模块通过与模块适配的通信接口与所述第一微控制器连接，所述下位通信电路包括第二微控制器、RS485转换芯片、第二170MHz射频模块和第二2.4GHz射频模块，所述第二微控制器的接口通过RS485转换芯片与激光位移传感器的接口相连，所述第二170MHz射频模块和第二2.4GHz射频模块通过与模块适配的通信接口与所述第二微控制器连接，工控机通过数据线向上位通信电路中的第一微控制器发送控制信号，所述第一微控制器通过第一170MHz射频模块将接收到的控制信号发送至下位通信电路中的第二170MHz射频模块，所述第二170MHz射频模块将接收到的控制信号传送至第二微控制器，由第二微控制器通过RS485转换芯片传输至激光位移传感器，所述下位通信电路的第二微控制器通过RS485转换芯片获取到一组激光位移传感器的检测数据后，由第二2.4GHz射频模块将其发送至上位通信电路中的第一2.4GHz射频模块，由第一2.4GHz射频模块通过第一微控制器发送至工控机。
优选地，还包括锂电池，分别为激光位移传感器和下位通信电路供电。
一种基于无线技术的激光轮廓测量刀具，包括底座、刀柄、无线通信电路板、锂电池、激光位移传感器和外壳，所述激光位移传感器、无线通信电路板和锂电池均安装在外壳中，且所述锂电池分别与无线通信电路板和激光位移传感器供电连接，所述外壳通过底座固定在刀柄上端，所述刀柄安装在机床上，所述外壳一侧开有窗口，所述激光位移传感器的激光通过窗口发射并返回。
优选地，所述无线通信电路板上集成有下位通信电路，包括第二微控制器、RS485转换芯片、第二170MHz射频模块和第二2.4GHz射频模块，所述第二微控制器的接口通过RS485转换芯片与激光位移传感器的接口相连，所述第二170MHz射频模块和第二2.4GHz射频模块分别与第二微控制器连接。
优选地，所述外壳内还设有充电接口，用于为锂电池充电。
有益效果：本发明提供一种基于无线技术的激光轮廓测量系统及测量刀具，与传统方法相比更加方便快捷，且改进了有线激光位移传感器容易受到工作区域限制的弊端，无线通信能适应绝大部分场合。
附图说明
图1为本发明实施例1的系统结构示意图；
图2为本发明的测量刀具整体结构示意图；
图3为本发明的测量刀具内部结构示意图；
图中：底座1、刀柄2、激光位移传感器3、窗口4、第二170MHz射频模块5、无线通信电路板6、第二2.4GHz射频模块7、锂电池8、外壳9、充电接口10。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员能更好地理解本申请中的技术方案，下面对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
下面结合附图对本发明的技术方案做了进一步的详细说明：
一种基于无线技术的激光轮廓测量系统，包括上位通信电路、下位通信电路和激光位移传感器，所述上位通信电路包括第一微控制器、RS232转换芯片、第一170MHz射频模块、第一2.4GHz射频模块，且所述第一微控制器由RS232转换芯片通过数据线与工控机连接，所述第一170MHz射频模块和第一2.4GHz射频模块通过与模块适配的通信接口与所述第一微控制器连接，所述下位通信电路包括第二微控制器、RS485转换芯片、第二170MHz射频模块和第二2.4GHz射频模块，所述第二微控制器的接口通过RS485转换芯片与激光位移传感器的接口相连，所述第二170MHz射频模块和第二2.4GHz射频模块通过与模块适配的通信接口与所述第二微控制器连接，工控机通过数据线向上位通信电路中的第一微控制器发送控制信号，所述第一微控制器通过第一170MHz射频模块将接收到的控制信号发送至下位通信电路中的第二170MHz射频模块，所述第二170MHz射频模块将接收到的控制信号传送至第二微控制器，由第二微控制器通过RS485转换芯片传输至激光位移传感器，所述下位通信电路的第二微控制器通过RS485转换芯片获取到一组激光位移传感器的检测数据后，由第二2.4GHz射频模块将其发送至上位通信电路中的第一2.4GHz射频模块，由第一2.4GHz射频模块通过第一微控制器发送至工控机。
优选地，还包括锂电池，分别为激光位移传感器和下位通信电路供电。
一种基于无线技术的激光轮廓测量刀具，包括底座1、刀柄2、无线通信电路板6、锂电池8、激光位移传感器3和外壳9，所述激光位移传感器3、无线通信电路板6和锂电池8均安装在外壳中，且所述锂电池8分别与无线通信电路板6和激光位移传感器3供电连接，所述外壳9通过底座1固定在刀柄2上端，所述刀柄2安装在机床上，所述外壳9一侧开有窗口4，所述激光位移传感器3的激光通过窗口4发射并返回。
优选地，所述无线通信电路板6上集成有下位通信电路，包括第二微控制器、RS485转换芯片、第二170MHz射频模块5和第二2.4GHz射频模块7，所述第二微控制器的接口通过RS485转换芯片与激光位移传感器的接口相连，所述第二170MHz射频模块和第二2.4GHz射频模块分别与第二微控制器连接。
优选地，所述外壳9内还设有充电接口10，用于为锂电池8充电。
本发明的系统设计原理如下：
实施例1：本实施例中，第一微控制器和第二微控制器均采用STM32微控制器，RS232转换芯片采用MAX3232芯片，RS485转换芯片采用MAX490芯片。
本系统的通信电路包括上位通信电路和下位通信电路，且分别与工控机和激光位移传感器相连，分别用于传输工控机对激光位移传感器的控制指令和激光位移传感器反馈给工控机的测量数据。上位通信电路通过USB-RS232数据线与工控机相连，下位通信电路通过RS485转换芯片将第二微控制器STM32微控制器的UART接口与激光位移传感器的RS485接口相连，并使用锂电池对下位通信电路和激光位移传感器供电。
本系统包含两对无线通信模块，分别负责两个方向的数据传输，不需要转换收发模式，提高了系统的工作效率。为了使系统能够在复杂的生产环境中工作并提高通信的可靠性，选用一对170MHz频段的射频模块用于工控机向激光位移传感器方向的通信，使信号有较高的绕障能力，而选用一对2.4GHz频段的的射频模块（带有重新发送功能）用于激光位移传感器向工控机方向的通信，以保证数据回传的可靠性。
本发明的系统及刀具的测量原理如下：
为了使测量端设备能够作为刀具安装在机床上，本发明还提供一种测量刀具设计方案，使用不锈钢外壳以保证激光位移传感器的安装精度。检测刀具主要包含激光位移传感器、下位通信电路和锂电池。
本发明的检测原理为：在保证加工中心停止的状态下，将测量刀具安装至加工中心的主轴上，按照激光位移传感器的测量范围设置刀补、对刀以保证激光位移传感器的激光束与对刀点重合，使激光位移传感器测得各点的距离数值即为激光位移传感器到实际检测点的距离值。以激光位移传感器测得某点的距离数值作为基准，控制加工中心按照此工件的加工路径进行运动，此后测得每点的距离数值与此数值作差即得到此点的距离偏差值，再根据相应的算法便可算出物体表面精度。
本发明的工作过程如下：
（1）工控机中的程序会根据被测对象的加工刀路生成一系列待检测点，并控制加工中心主轴移动至每一个待检测点，同时通过上位通信电路和下位通信电路控制激光位移传感器测量每一个待检测点；
（2）在测量每一个待检测点时，工控机通过USB-RS232数据线向上位通信电路的第一微控制器（STM32微控制器）发送控制信号，第一微控制器通过第一170MHz射频模块向下位通信电路发送信息，下位通信电路的第二微控制器（STM32微控制器）从170MHz射频模块收到控制信号后控制激光位移传感器进行检测。下位通信电路的第二微控制在获取到一组检测数据后，通过第二2.4GHz射频模块将其发送至上位通信电路，并最终发送至工控机。如此循环往复便可完成全部待检测点的检测。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种基于无线技术的激光轮廓测量系统，其特征在于，包括上位通信电路、下位通信电路和激光位移传感器，所述上位通信电路包括第一微控制器、RS232转换芯片、第一170MHz射频模块、第一2.4GHz射频模块，且所述第一微控制器由RS232转换芯片通过数据线与工控机连接，所述第一170MHz射频模块和第一2.4GHz射频模块通过与模块适配的通信接口与所述第一微控制器连接，所述下位通信电路包括第二微控制器、RS485转换芯片、第二170MHz射频模块和第二2.4GHz射频模块，所述第二微控制器的接口通过RS485转换芯片与激光位移传感器的接口相连，所述第二170MHz射频模块和第二2.4GHz射频模块通过与模块适配的通信接口与所述第二微控制器连接，工控机通过数据线向上位通信电路中的第一微控制器发送控制信号，所述第一微控制器通过第一170MHz射频模块将接收到的控制信号发送至下位通信电路中的第二170MHz射频模块，所述第二170MHz射频模块将接收到的控制信号传送至第二微控制器，由第二微控制器通过RS485转换芯片传输至激光位移传感器，所述下位通信电路的第二微控制器通过RS485转换芯片获取到一组激光位移传感器的检测数据后，由第二2.4GHz射频模块将其发送至上位通信电路中的第一2.4GHz射频模块，由第一2.4GHz射频模块通过第一微控制器发送至工控机。
2.根据权利要求1所述的一种基于无线技术的激光轮廓测量系统，其特征在于，还包括锂电池，分别为激光位移传感器和下位通信电路供电。
3.一种基于无线技术的激光轮廓测量刀具，其特征在于，包括底座、刀柄、无线通信电路板、锂电池、激光位移传感器和外壳，所述激光位移传感器、无线通信电路板和锂电池均安装在外壳中，且所述锂电池分别与无线通信电路板和激光位移传感器供电连接，所述外壳通过底座固定在刀柄上端，所述刀柄安装在机床上，所述外壳一侧开有窗口，所述激光位移传感器的激光通过窗口发射并返回。
4.根据权利要求3所述的一种基于无线技术的激光轮廓测量刀具，其特征在于，所述无线通信电路板上集成有下位通信电路，包括第二微控制器、RS485转换芯片、第二170MHz射频模块和第二2.4GHz射频模块，所述第二微控制器的接口通过RS485转换芯片与激光位移传感器的接口相连，所述第二170MHz射频模块和第二2.4GHz射频模块分别与第二微控制器连接。
5.根据权利要求3所述的一种基于无线技术的激光轮廓测量刀具，其特征在于，所述外壳内还设有充电接口，用于为锂电池充电。
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