CN110095071B - 一种电子测量检具及电子测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电子测量检具，包括检具机械系统单元、安装于其上的检测单元和电控单元以及与电控单元连接的显示单元，检测单元包括传感器支撑座和在其上共面且不共线地设置的至少三个位移传感器，位移传感器为激光位移传感器；电控单元包括与位移传感器通信相连的PLC系统。本发明还提供一种电子电子测量方法。本发明的电子测量检具，通过激光位移传感器和PLC系统的结合实现了待测物体的测量的非接触式和自动化测量，避免了产品在接触式测量过程中产品的测量误差，提高了测量的精确性；同时，由于采用共面且不共线地设置的位移传感器，解决了产品的内部结构在传统的手工测量或者三坐标测量上无法被测量问题。

Description

一种电子测量检具及电子测量方法

技术领域

本发明涉及汽车类等制造业产品的自动化检测领域,具体涉及一种电子测量检具及电子测量方法。

背景技术

以往，产品的尺寸检测都是通过接触式的检具进行测量。传统的检具只能机械式测量可以触碰到的地方，一般使用塞尺，面差规等工具手工测量，具体都是将产品手工装到检具上之后，再手工使用塞尺或者电子面差规进行测量。

上述方法无法进行自动测量，测量效率低，测量误差大，测量数据的整理完全依靠手工进行整理分析统计，无法直观判断。此外，对于产品的背面内部结构，传统的检具因为无法接触到待测物体而导致无法测量，

现有的激光位移传感器可以实现对产品的精确测量，然而，目前的采用激光位移传感器的检具往往在进行测量时仅使用1个激光位移传感器，只能测量被测量物体的直线距离变化，不能满足实现空间位置测量的需要。

针对产品背面的内部支架进行轮廓度控制的需求，使用传统的检具无法满足客户的要求，因此需要一种创新性的检测方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自动化快速测量汽车零件内部结构的电子测量检具及电子测量方法，以非接触式和自动化测量，并实现产品内部结构的快速准确测量。

为了实现上述目的，本发明提供一种电子测量检具，包括检具机械系统单元、安装于该检具机械系统单元上的检测单元和电控单元以及与所述电控单元通信连接的显示单元，其中，所述检测单元包括传感器支撑座和在该传感器支撑座上共面且不共线地设置的至少三个位移传感器，所述位移传感器为激光位移传感器；所述电控单元包括一PLC系统，所述PLC系统与所述位移传感器通信相连。

所述检具机械系统单元为一机械框架。

所述传感器支撑座的数量为2个，对称安装于检具机械系统单元的左右两侧，且每个传感器支撑座所对应的位移传感器的数量为3个。

所述电控单元还包括一无线拓展模块，所述PLC系统通过所述无线拓展模块与所述位移传感器通信连接，

所述无线拓展模块包括与所述位移传感器通信连接的数据采集与通讯模块和与所述显示单元通信连接的无线路由器。

所述显示单元包括LED液晶屏幕。

所述显示单元中集成有一统计分析模块。

另一方面，本发明还提供一种电子测量方法，包括：

S1：搭建一电子测量检具，并将一待测物体安装固定于电子测量检具的检具机械系统单元上；其中，该电子测量检具包括检具机械系统单元、安装于该检具机械系统单元上的检测单元和电控单元以及与所述电控单元通信连接的显示单元，所述检测单元包括传感器支撑座和在该传感器支撑座上共面且不共线地设置的至少三个位移传感器，所述位移传感器为激光位移传感器；所述电控单元包括一PLC系统，所述PLC系统与所述位移传感器通信相连；

S2：采用位移传感器采集所述位移传感器与待测物体之间的距离相对理论距离值发生的位移偏差值；

S3：PLC系统接收位移传感器采集的位移偏差值，并根据该位移偏差值计算待测物体的位移数据；

S4：显示单元收集和显示电控单元计算的位移数据。

所述待测物体为通过一焊接支架与一保险杠连接的保险杠内部零件，且在所述步骤S1中，所述待测物体通过其保险杠的自身定位系统安装固定在所述检具机械系统单元上。

所述待测物体的位移数据包括待测物体的空间位置最大偏差值与沿产品中间轴线偏转的空间偏转角度。

所述待测物体的空间位置最大偏差值Δm为：

Δm＝Max(Δx，Δy，Δz)，

其中，Δx、Δy、Δz分别为其中三个位移传感器采集到的位移传感器与待测物体之间的距离相对理论距离值发生的位移偏差值，单位为mm。

所述待测物体的沿产品中间轴线偏转的空间偏转角度θ为：

其中，λ为其中一个位移传感器采集的位移偏差值，单位为mm，

m，n为三个位移传感器所对应的待测物体的三个表面测点之间的距离，

单位为mm。

本发明所提供的电子测量检具，通过激光位移传感器、PLC系统和显示单元的结合，可以实现待测物体的测量的非接触式和自动化测量，避免了产品在接触式测量过程中产品的测量误差，提高了测量的精确性；同时，由于本发明采用共面且不共线地设置的至少三个位移传感器，可以探测到产品的内部，解决了产品的内部结构在传统的手工测量或者三坐标测量上无法被测量问题，实现产品背面的内部结构的快速准确的测量；此外，由于本发明有效利用传统的测量检具，仅需对检具稍作改造即可以实现测量，因此在实现自动化测量的同时保持了较低成本，有效避免了电子化测量的昂贵成本。此外，本发明通过在显示单元上集成一统计分析模块，可以对收集的位移数据进行自动统计分析，快速准确，极大低提高了我们产品的效率。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的电子测量检具的结构示意图。

图2是如图1所示的电子测量检具的电路图；

图3是如图1所示的电子测量检具在安装待测物体后的空间位置关系的示意图；

图4是根据本发明的一个实施例的电子测量方法的流程框图；

图5-图6是如图4所示的电子测量方法的位移数据的计算原理图，其中图6是图5在垂直视角下的示意图。

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明做进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限制本发明的范围。

如图1-图2所示为根据本发明的一个实施例的电子测量检具，其用于测量一待测物体5的轮廓信息，包括以下结构：检具机械系统单元1、检测单元2、电控单元3、显示单元4和直流电源模块6。

如图1所示，检具机械系统单元1为一机械框架，用于安装固定待测物体5。待测物体5从正面安装到检具上，以保证待测物体5的精确姿态。如图3所示，在本实施例中，所述待测物体5为通过一焊接支架51与一保险杠52连接的保险杠内部零件，待测物体5通过其保险杠52的自身定位系统安装固定在所述检具机械系统单元1(如图1)上。此外，在其他实施例中，待测物体5也可以是保险杠外部零件，同样通过其保险杠的自身定位系统安装固定在所述检具机械系统单元1上。

如图3所示，检测单元2安装于检具机械系统单元1上，包括传感器支撑座21和在该传感器支撑座21上共面且不共线地设置的至少三个位移传感器22，所述位移传感器22为激光位移传感器，其设置在一待测物体(或模拟待测物体的标准块)5的背面，用于采集位移传感器22与待测物体5之间的距离相对理论距离值发生的位移偏差值，从而得到测量结果。其中，若所述传感器支撑座21的数量为多个，所述3个位移传感器22在传感器支撑座21上共面且不共线地设置。在测量时，检测单元2的位移传感器22不与待测物体5接触，而是保持相对距离。由此，本发明通过定位销进行精确定位的多个传感器，定位精度达到0.05mm，不仅能够测量被测量物体的直线距离变化，还能够实现空间位置测量的需要，测量待测物体5的空间位置的偏转角度，位置变化，轮廓度变化。

在本实施例中，由于待测物体5具有对称性，因此，所述传感器支撑座21的数量为2个，对称安装于检具机械系统单元1的左右两侧。位移传感器22的数量为6个，且每个传感器支撑座21所对应的位移传感器22的数量为3个。在本实施例中，位移传感器22的型号优选为基恩士IL-030。此外，所述位移传感器22也可以采用精度需要达到同等级别的类似的激光位移传感器代替。

再请参见图2，所述电控单元3安装于检具机械系统单元1上，包括一PLC系统31和一无线拓展模块32，所述无线拓展模块32包括与所述位移传感器22通信连接的数据采集与通讯模块321和与所述显示单元4通信连接的无线路由器322。所述PLC系统31通过无线拓展模块32的数据采集与通讯模块321与所述位移传感器22通信相连，接收采集的位移传感器22与待测物体5之间的距离相对理论距离值发生的位移偏差值，并根据该位移偏差值计算待测物体5的位移数据。其中该位移数据，即待测物体5的实际位置相对空间理论位置发生的偏移，包括空间位置最大偏差值与空间偏转角度。由此，实现了激光位移传感器的对待测物体5的位移数据的计算。

显示单元4与所述电控单元3通过无线拓展模块32的无线路由器322通信连接，用于收集和显示电控单元3计算的位移数据。显示单元4包括各种常见的LED液晶屏幕，优选为PAD显示器，以便于移动和查看数据和结果。此外，显示单元4中集成有一统计分析模块41，用于对位移数据进行存储和分析统计，并将统计结果发送至显示单元4的界面。由此，实现了数据的分析计算和界面显示。

所述直流电源模块6与所述电控单元3和位移传感器22相连，用于为所述电控单元3和位移传感器22供电，其优选为经由一不间断电源(UPS)61供电。

如图4所示，基于上述电子测量检具所实现的一种电子测量方法具体包括以下步骤：

步骤S1：搭建一上文所述的电子测量检具，并将一待测物体5安装固定于电子测量检具的检具机械系统单元1上；

其中，所述待测物体5为通过一焊接支架51与一保险杠52连接的保险杠内部零件，待测物体5通过其保险杠52的自身定位系统安装固定在所述检具机械系统单元1上。

步骤S2：采用位移传感器22采集所述位移传感器22与待测物体5之间的距离相对理论距离值发生的位移偏差值；

步骤S3：PLC系统31接收位移传感器22采集的位移偏差值，并根据该位移偏差值计算计算待测物体5的位移数据；其中，该待测物体5的位移数据，即待测物体5的实际位置相对空间理论位置发生的偏移，包括待测物体5的空间位置最大偏差值与空间偏转角度。

如图5所示，存在任意三个位移传感器22共面且不共线地设置，由此构成了一个由三个位移传感器22组成的位移测量系统，该系统的三个位移传感器22分别对准待测物体(或标准块)5上的三个测点A、B、C，可以用于测量待测物体5的空间位置最大偏差值Δm与沿产品中间轴线偏转的空间偏转角度θ。

由于三个位移传感器22共面，即处于待测物体(或标准块)5的X,Y,Z三个方向中任意一个相同方向，因此，所述待测物体(或标准块)5的空间位置最大偏差值Δm可以直接测量并计算得出，空间位置最大偏差值Δm为：

Δm＝Max(Δx，Δy，Δz)，

其中，Δx、Δy、Δz分别为其中三个位移传感器22(即在A、B、C三个测点处)采集到的位移传感器22与标准块或者待测物体5之间的距离相对于理论距离值发生的位移偏差值，即测点A,B,C三点的偏移值，单位为mm。

如图5所示，根据在待测物体(或标准块)5上设置的三个测点A、B、C，我们可以计算出待测物体(或标准块)5沿某个产品中间轴线L偏转的角度，原理如下：

所述待测物体5的沿产品中间轴线L偏转的空间偏转角度θ为：

其中，如图6所示，λ为其中一个位移传感器22采集到的位移偏差值，即λ为Δx、Δy、Δz的其中一个值，为传感器测量到的待测物体5的表面A到偏移后A’之间距离，单位为mm。所得到的空间偏转角度θ为沿某个产品中间轴线L偏转的偏转角。

m，n为三个位移传感器22所对应的待测物体(或标准块)5上的三个测点A、B、C之间的距离，其为设计时定义的已知值，单位为mm。其中，标准块为模拟待测物体5的标准块。在本实施例中，三个测点A、B、C按照正三角形原则设定以简化计算，即设定

此外，三个位移传感器22同时测量到位移偏差值时，若采用三个位移传感器22采集的位移偏差值的最大值作为λ并代入上述公式，则所得到的空间偏转角度θ即为最大偏转角。

步骤S4：显示单元4收集和显示电控单元3计算的位移数据。

其中，显示单元4中还可以集成有一统计分析模块41，所述步骤S4还可以包括：采用统计分析模块41对所述位移数据进行存储和分析统计，并将统计结果发送至显示单元4的界面。统计分析模块41计算偏移数据的统计分析过程，通过简单的软件调整，所有的测量数据都可以进行自动化分析测量，直接生成测量报告，所生成的测量报告包括X-R图，cpk,ppk数据以及图形，输出的报告格式可以调整，极大地提高测量效率。由此，通过本发明的统计分析模块41，可以统计出待测物体的单点或者整体的位移变化，偏转角度。

此外，在其他实施例中，本发明的电子测量检具还可以包括三个不共面且测量方向彼此垂直地设置的传感器，以使得待测物体可以设置于这三个传感器之间并且这三个传感器处于待测物体的X,Y,Z三个方向。

此时，本发明的电子测量方法，在其步骤S3中，所述待测物体(5)的位移数据还包括所述待测物体5的空间位置偏差Δμ，其可以直接测量并计算得出，该空间位置偏差Δμ为：

其中，Δx、Δy、Δz分别为其中三个位移传感器22采集到的位移传感器22与标准块或者待测物体5之间的距离相对理论距离值发生的位移偏差值，即测点A,B,C三点的偏移值，单位为mm。

以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。

Claims (6)

1.一种电子测量方法，其特征在于，包括：

步骤S1：搭建一电子测量检具，并将一待测物体(5)安装固定于电子测量检具的检具机械系统单元(1)上，所述待测物体(5)为通过一焊接支架(51)与一保险杠(52)连接的保险杠内部零件，所述待测物体(5)通过其保险杠(52)的自身定位系统安装固定在所述检具机械系统单元(1)上；其中，该电子测量检具包括检具机械系统单元(1)、安装于该检具机械系统单元(1)上的检测单元(2)和电控单元(3)以及与所述电控单元(3)通信连接的显示单元(4)，所述检测单元(2)包括传感器支撑座(21)和在该传感器支撑座(21)上共面且不共线地设置的至少三个位移传感器(22)，所述位移传感器(22)为激光位移传感器，其设置在所述待测物体(5)的背面，以探测到保险杠内部零件；所述电控单元(3)包括一PLC系统(31)，所述PLC系统(31)与所述位移传感器(22)通信相连；

步骤S2：采用位移传感器(22)采集所述位移传感器(22)与待测物体(5)之间的距离相对理论距离值发生的位移偏差值；

步骤S3：PLC系统(31)接收位移传感器(22)采集的位移偏差值，并根据该位移偏差值计算待测物体(5)的位移数据；

步骤S4：显示单元(4)收集和显示电控单元(3)计算的位移数据；

在所述步骤S3中，所述待测物体(5)的位移数据包括待测物体(5)的空间位置最大偏差值与沿产品中间轴线(L)偏转的空间偏转角度；

所述待测物体(5)的空间位置最大偏差值Δm为：

Δm＝Max(Δx，Δy，Δz)，

其中，Δx、Δy、Δz分别为其中三个位移传感器(22)采集到的位移传感器(22)与待测物体(5)之间的距离相对理论距离值发生的位移偏差值，单位为mm，Max()表示取最大值；

三个位移传感器(22)所对应的待测物体(5)的三个测点之间的距离为

单位为mm，所述待测物体(5)的沿产品中间轴线(L)偏转的空间偏转角度θ为：

其中，λ为其中一个位移传感器(22)采集的位移偏差值，单位为mm。

2.根据权利要求1所述的电子测量方法，其特征在于，所述显示单元(4)中集成有一统计分析模块(41)，且所述步骤S4还包括：采用统计分析模块(41)对所述位移数据进行存储和分析统计，并将统计结果发送至显示单元(4)的界面。

3.根据权利要求1所述的电子测量方法，其特征在于，所述检具机械系统单元(1)为一机械框架。

4.根据权利要求1所述的电子测量方法，其特征在于，所述传感器支撑座(21)的数量为2个，对称安装于检具机械系统单元(1)的左右两侧，且每个传感器支撑座(21)所对应的位移传感器(22)的数量为3个。

5.根据权利要求1所述的电子测量方法，其特征在于，所述电控单元(3)还包括一无线拓展模块(32)，所述PLC系统(31)通过所述无线拓展模块(32)与所述位移传感器(22)通信连接。

6.根据权利要求5所述的电子测量方法，其特征在于，所述无线拓展模块包括与所述位移传感器通信连接的数据采集与通讯模块和与所述显示单元通信连接的无线路由器。

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