CN110108238A - 一种用于测量零件平面度的测量系统和测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于测量零件平面度的测量系统，其技术方案要点是包括机架组件、传动组件、激光测量组件、传感及驱动器组件和计算机系统，传动组件安装在机架组件上，激光测量组件安装在传动组件上，通过传动组件带动激光测量组件的运行，传动组件和激光测量组件分别与传感及驱动器组件通信连接，且传感及驱动器组件与计算机系统通信连接，计算机系统接收激光测量组件的信号，同时计算机系统能够对传动组件进行控制。本发明测量效率高、精度满足企业需求，适合实时在线检测。
Description
技术领域
本发明涉及一种零件测量技术领域，更具体的说，它涉及一种用于测量零件平面度的测量系统和测量方法。
背景技术
零件表面平面度是表示零件形状的几何要素之一，平面度误差大小直接影响机器设备的精度与性能。随着制造业的升级，产业对产品零件的平面度等形位公差要求越来越高，为了保证零件的加工质量，需对零件表面的平面度进行检测。目前检测零件表面的平面度主要有塞规/塞尺测量法、框式水平仪法、指示器法、三坐标测量法等。塞规/塞尺测量法：只需一套随身携带的塞尺就可随时随地进行平面度的测量，塞尺主要用于间隙间距的测量，常规最薄塞尺为10um，故测量平面度的数据不够全面(主要是边缘部分的数据)，且测量的精度不够高，由于是手工操作，测量效率较低；框式水平仪法：广泛用于零件表面的直线度和平面度测量，仪器体积小、携带方便，测量稳定性好，但用该方法测量时需要反复挪动仪器位置，记录各测点的数据，测量过程费时、费力，调整时间长，数据处理程序繁琐，测量效率不高；指示器法：以平板、平尺作为测量基准，用百分表、或千分尺为测量工具，测量时指示器在待测零件上移动，按选定的布点测取各测量点相对于测量基准的数据，再经过数据处理评定出平面度误差，测量精度易受人为因数影响，测量效率较低；三坐标法：工业用三坐标仪价格昂贵，测量时需逐点测量，工作费时、费力，效率不高，同时对操作人员技能要求较高。为了保证机器设备的质量，设备生产企业要求零件生产企业对每个零件的平面度等都要检测，故，零件生产企业迫切需要有测量精度高、效率高的适合量产检测的测量设备。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种测量效率高、精度满足企业需求，适合实时在线检测的一种用于测量零件平面度的测量系统和测量方法。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种用于测量零件平面度的测量系统，包括机架组件、传动组件、激光测量组件、传感及驱动器组件和计算机系统，传动组件安装在机架组件上，激光测量组件安装在传动组件上，通过传动组件带动激光测量组件的运行，传动组件和激光测量组件分别与传感及驱动器组件通信连接，且传感及驱动器组件与计算机系统通信连接，计算机系统接收激光测量组件的信号，同时计算机系统能够对传动组件进行控制。
本发明进一步设置为：所述的机架组件包括支架、机架平台和专用夹具，机架平台安装在支架上，传动组件安装在机架平台上，所述机架平台上设置预设有若干安装孔位，专用夹具与安装孔位对应配合连接。
本发明进一步设置为：所述传动组件为XYZ三轴传动系统，激光测量组件安装在XYZ三轴传动系统上。
本发明进一步设置为：所述激光测量组件包括激光传感器。
本发明进一步设置为：所述传感及驱动器组件包括传感信号处理模块、伺服电机驱动模块、通信模块，传感信号处理模块与传感测量组件通信连接，伺服电机驱动模块与XYZ三轴传动系统连接，传感信号处理模块和伺服电机驱动模块通过通信模块与计算机系统连接。
本发明进一步设置为：所述计算机系统包括计算机和设置在计算机内的控制软件模块。
为实现上述目的，本发明还提供了如下技术方案：一种通过测量系统测量零件平面度的测量方法，其步骤为：
(1)已知被测零部件的标准高度h、长度L、宽带w，将被测零部件放在测量基座的专用夹具上；
(2)以测量基座平面为基准，x轴、y轴传动机构始终与测量基座平面平行，z轴传动机构与测量基座平面垂直；
(3)建立坐标系，确定被测零部件的测量原点；
(4)调整激光传感器高度；
(5)确定测量轨迹及测量数据采集；
(6)计算出零部件表面的平面度误差。
本发明进一步设置为：根据步骤(4)，控制z轴移动，调整激光传感器离基座面距离z1，z1大于被测零部件的标准高度h，并使激光传感器到被测零部件面A的距离Di在测量范围内，z1、Di及被测零部件实时高度hi的关系hi＝z1-Di。
本发明进一步设置为：根据步骤(5)，其测量轨迹步骤为：
①根据测量要求，在x轴方向将待检测零部件测量面划分m条直线，相邻两直线的间隔距离w/m，w待检测零件宽度；
②找到测量起点，控制Y轴运动，使激光传感器与测量基座平面平行移动距离L；
③控制x轴运动，使激光传感器与测量基座平面平行移动距离；
④控制Y轴运动，使激光传感器沿-y方向移动距离L；
⑤控制x轴运动，使传感器沿+x方向再移动w/m，一个测量周期结束，接着进入下一个测量周期；
⑥传感器沿y方向移动过程中，每隔固定距离y1测量采集数据Di一次；
⑦传感器每次连续移动距离L，共采集数据L/y1个；
⑧直至完成第m条直线上点的测量数据采集。
本发明进一步设置为：根据步骤①至⑧，系统计算机对测量采集到的数据进行处理，获得各点的坐标，利用最小二乘法，计算零件某平面的的平面度误差。
本发明具有下述优点：测量设备的测量精度高、效率高、适合量产检测，基于激光检测的零件平面度测量系统，该系统测量效率高、精度满足企业需求，适合实时在线检测。
附图说明
图1为本发明的测量系统结构图；
图2为本发明的测量机构及测量原理示意图；
图3为本发明的测量机构俯视图；
图4为本发明的测量轨迹图。
图5为本发明的被测量零部件图。
图中：1.支架；2.机架平台；3.激光传感器；4.激光测头机构；5.x轴横梁；6.立柱；7.y轴横梁；8.y轴传动系统；9.z轴传动系统；10.被测量零部件；11.x轴传动系统。
具体实施方式
参照图1至3所示，本实施例的一种用于测量零件平面度的测量系统，包括机架组件、传动组件、激光测量组件、传感及驱动器组件和计算机系统，传动组件安装在机架组件上，激光测量组件安装在传动组件上，通过传动组件带动激光测量组件的运行，传动组件和激光测量组件分别与传感及驱动器组件通信连接，且传感及驱动器组件与计算机系统通信连接，计算机系统接收激光测量组件的信号，同时计算机系统能够对传动组件进行控制。
所述的机架组件包括支架1、机架平台2和专用夹具，机架平台2安装在支架1上，传动组件安装在机架平台2上，所述机架平台2上设置预设有若干安装孔位，专用夹具与安装孔位对应配合连接。
支架1固定连接在机架平台2下面用于支撑机架平台2，机架平台2水平设置在机架上，机架平台2上安装专用夹具，专用夹具用来固定被测量的零件，在机架平台2面上设有若干安装孔，用于固定不同的专用夹具。
所述传动组件为XYZ三轴传动系统，激光测量组件安装在XYZ三轴传动系统上。机架平台2上装有支柱6，xyz三轴传动系统还包含y轴横梁7、x轴横梁5，z轴传动系统9装配在支柱6上，并带动y轴横梁7、x轴横梁5、xy两轴传动系统及激光测量组件在垂直方向上下运动，y轴传动系统8装配在y轴横梁7上，并带动x轴横梁5、x轴传动系统11及激光测量组件在水平方向左右运动，x轴传动系统11装配在x横梁上，并带动激光测量组件在前后方向方向前后运动。
所述激光测量组件包括激光传感器3和测头机构4，测头机构4与x轴传动系统11配合连接，激光传感器3与测头机构4连接。
所述传感及驱动器组件包括传感信号处理模块、伺服电机驱动模块、通信模块，传感信号处理模块与传感测量组件通信连接，伺服电机驱动模块与XYZ三轴传动系统通信连接，传感信号处理模块和伺服电机驱动模块通过通信模块与计算机系统连接。将采集的预设信息经前期处理后，通过通信模块送至计算机，将计算机处理好的数据经通信模块送至伺服电机驱动模块用于对传动组件的运行，使得对被测零件进行数据测量。
所述计算机系统包括计算机和设置在计算机内的控制软件模块，软件模块包括测量算法、xyz三轴运动控制算法、显示模块、输出模块等，通过通信技术完成与设备的数据传递。
如图1至5所示，一种通过测量系统测量零件平面度的测量方法，其步骤为：
(1)已知被测零部件的标准高度h、长度L、宽带w(图5)，将被测零部件放在测量基座的专用夹具上；
(2)以测量基座平面为基准，x轴、y轴传动机构始终与测量基座平面平行，z轴传动机构与测量基座平面垂直；
(3)建立坐标系，确定被测零部件的测量原点；
(4)调整激光传感器高度；
(5)确定测量轨迹及测量数据采集；
(6)计算出零部件表面的平面度误差。
根据步骤(4)，控制z轴移动，调整激光传感器离基座面距离z1，z1大于被测零部件的标准高度h，并使激光传感器到被测零部件面A的距离Di在测量范围内，z1、Di及被测零部件实时高度hi的关系hi＝z1-Di。
根据步骤(5)，测量轨迹如图4，根据测量要求，在x轴方向将待检测零部件测量面划分m条直线，相邻两直线的间隔距离w/m，w待检测零件宽度。
根据步骤(5)，首先，找到测量起点，控制Y轴运动，使激光传感器与测量基座平面平行移动距离L(沿+y方向)；接着，控制x轴运动，使激光传感器与测量基座平面平行移动距离w/m(沿+x轴方向)；然后，控制Y轴运动，使激光传感器沿-y方向移动距离L；随后，控制x轴运动，使传感器沿+x方向再移动w/m，一个测量周期结束，接着进入下一个测量周期；传感器沿y方向移动过程中，每隔固定距离y1(人为设定)测量采集数据Di一次，传感器移动距离L，共采集数据L/y1个，测量轨迹如图4所示。
直至完成第m条直线上点的测量数据采集，接着系统计算机对测量采集到的数据进行处理，获得各点的坐标，利用最小二乘法，计算零件某平面的的平面度误差。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。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前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种用于测量零件平面度的测量系统，其特征在于：包括机架组件、传动组件、激光测量组件、传感及驱动器组件和计算机系统，传动组件安装在机架组件上，激光测量组件安装在传动组件上，通过传动组件带动激光测量组件的运行，传动组件和激光测量组件分别与传感及驱动器组件通信连接，且传感及驱动器组件与计算机系统通信连接，计算机系统接收激光测量组件的信号，同时计算机系统能够对传动组件进行控制。
2.根据权利要求1所述的一种用于测量零件平面度的测量系统，其特征在于：所述的机架组件包括支架、机架平台和专用夹具，机架平台安装在支架上，传动组件安装在机架平台上，所述机架平台上设置预设有若干安装孔位，专用夹具与安装孔位对应配合连接。
3.根据权利要求2所述的一种用于测量零件平面度的测量系统，其特征在于：所述传动组件为XYZ三轴传动系统，激光测量组件安装在XYZ三轴传动系统上。
4.根据权利要求1所述的一种用于测量零件平面度的测量系统，其特征在于：所述激光测量组件包括激光传感器。
5.根据权利要求2所述的一种用于测量零件平面度的测量系统，其特征在于：所述传感及驱动器组件包括传感信号处理模块、伺服电机驱动模块、通信模块，传感信号处理模块与传感测量组件通信连接，伺服电机驱动模块与XYZ三轴传动系统连接，传感信号处理模块和伺服电机驱动模块通过通信模块与计算机系统连接。
6.根据权利要求1所述的一种用于测量零件平面度的测量系统，其特征在于：所述计算机系统包括计算机和设置在计算机内的控制软件模块。
7.一种通过测量系统测量零件平面度的测量方法，其特征在于：其步骤为：
(1)已知被测零部件的标准高度h、长度L、宽带w，将被测零部件放在测量基座的专用夹具上；
(2)以测量基座平面为基准，x轴、y轴传动机构始终与测量基座平面平行，z轴传动机构与测量基座平面垂直；
(3)建立坐标系，确定被测零部件的测量原点；
(4)调整激光传感器高度；
(5)确定测量轨迹及测量数据采集；
(6)计算出零部件表面的平面度误差。
8.根据权利要求7所述的一种通过测量系统测量零件平面度的测量方法，其特征在于：根据步骤(4)，控制z轴移动，调整激光传感器离基座面距离z1，z1大于被测零部件的标准高度h，并使激光传感器到被测零部件面A的距离Di在测量范围内，z1、Di及被测零部件实时高度hi的关系hi＝z1-Di。
9.根据权利要求8所述的一种通过测量系统测量零件平面度的测量方法，其特征在于：根据步骤(5)，其测量轨迹步骤为：
①根据测量要求，在x轴方向将待检测零部件测量面划分m条直线，相邻两直线的间隔距离w/m，w待检测零件宽度；
②找到测量起点，控制Y轴运动，使激光传感器与测量基座平面平行移动距离L；
③控制x轴运动，使激光传感器与测量基座平面平行移动距离；
④控制Y轴运动，使激光传感器沿-y方向移动距离L；
⑤控制x轴运动，使传感器沿+x方向再移动w/m，一个测量周期结束，接着进入下一个测量周期；
⑥传感器沿y方向移动过程中，每隔固定距离y1测量采集数据Di一次；
⑦传感器每次连续移动距离L，共采集数据L/y1个；
⑧直至完成第m条直线上点的测量数据采集。
10.根据权利要求9所述的一种通过测量系统测量零件平面度的测量方法，其特征在于：根据步骤①至⑧，系统计算机对测量采集到的数据进行处理，获得各点的坐标，利用最小二乘法，计算零件某平面的的平面度误差。
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