CN110617765B - 一种异形工件尺寸检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种异形工件尺寸检测系统及方法，包括：六自由度运动平台、线激光测量仪、工控机、工件定位夹持变位装置、标准工件、被测工件。所述六自由度运动平台末端设有安装法兰，所述线激光测量仪安装在六自由度运动平台末端的安装法兰上，线激光测量仪可发射垂直于安装法兰平面方向的测量激光线，线激光测量仪可随六自由度运动平台安装法兰做多自由度运动，从而进行多角度测量并得出测量数据，所述工控机对测量数据进行计算，得出被测工件和标准工件的尺寸偏差值，并进行图像输出。通过本发明，能够实现对多角度多朝向异形工件尺寸的精确测量，且测量实时性强、可靠度高，从而解决了多角度多朝向异形工件尺寸测量的难题，节省了人力和时间。

Description

一种异形工件尺寸检测系统及方法

技术领域

本发明涉及加工制造尺寸检测领域，尤其涉及一种异形工件尺寸检测系统及方法。

背景技术

在各种高科技产品的组成中往往包括很多加工检测角度复杂零件，而随着科技的快速发展，在高科技行业对零件的尺寸，尤其是一些形状复杂配件的尺寸的精度要求越来越高。而目前，市场上的精密尺寸检测方法，对精密精度、多角度、复杂形状的参数的检测精度往往较低，不能满足日益严格的加工生产的精度要求。

而且，对加工检测角度复杂零件规格的检测、分析和判断等工作大部分都由人工操作进行，受到人工熟练度影响比较大，一方面，需要消耗大量的人力物力，导致生产加工的时间比较长，生产效率也比较低；另一方面，人工测量的难度增大，容易出现的较大的误差，从而容易出现不良产品。

所以有必要提供一种自动化智能化的，操作简便的系统和方法以适应多角度零件的测量。

发明内容

一种异形工件尺寸检测系统及方法，包括：六自由度运动平台，线激光测量仪，工控机，工件定位夹持变位装置，标准工件，被测工件。

工控机与六自由度运动平台电性连接，工控机与线激光测量仪电性连接，工件定位夹持变位装置与工控机电性连接，六自由度运动平台传递运动位置数据传送到工控机，线激光测量仪传递测量点的位置数据和距离数据传送到工控机，工件定位夹持变位装置传递角度数据到工控机，由工控机控制所述六自由度运动平台，线激光测量仪，工件定位夹持变位装置进行设定的运动和测量，所述工控机进行数据计算和误差显示。

六自由度运动平台末端设有安装法兰，所述线激光测量仪安装在六自由度运动平台末端的安装法兰上，线激光测量仪可发射测量激光线，测量激光线发射方向垂直于所述安装法兰平面。线激光测量仪随所述六自由度运动平台法兰可在朝向所述工件定位夹持变位装置的180°范围内做多自由度运动，可进行多角度测量；

标准工件或被测工件安装在工件定位夹持变位装置上，可随工件定位夹持变位装置运动。

工件定位夹持变位装置处于所述六自由度运动平台的运动覆盖范围之内。

线机光测量仪发出所述测量激光线，并可记录激光线所在位置的多个点的位置数据和距离数据。

零件尺寸检测系统的检测方法，其特征在于包含以下步骤：

步骤1：标准工件的标定，将标准工件安装到工件定位夹持变位装置上，通过控制六自由度运动平台和工件定位夹持变位装置的组合运动，组合运动中包含移动行程和测量行程两部分，在移动行程中所述六自由度运动平台和所述工件定位夹持变位装置运动速度是测量行程的两倍，在测量行程中使线激光测量仪的量程覆盖标准工件的被检测部位，使安装在所述六自由度运动平台终端法兰上线激光测量仪对标准工件的被检测部位进行扫描式测量。

在测量行程中机器人每运动0.1mm的距离，线激光测量仪采集一条激光线上多个点位置和距离数据；工控机同时记录标定过程中的所述六自由度运动平台的位置数据、线激光测量仪采集到的位置数据和距离数据、工件定位夹持变位装置传递角度数据，作为标准数据；

步骤2：被测工件检测：将所述被测工件安装到所述工件定位夹持变位装置上，所述六自由度运动平台和工件定位夹持变位装置进行组合运动，运动路径与标准工件的尺寸标定的运动路径完全一致。扫描式运动使所述线激光测量仪的量程覆盖被测工件的被检测部位，在测量行程中机器人的每运动0.1mm的距离，所述工控机同时记录标定过程中的六自由度运动平台的位置数据、线激光测量仪采集到的位置数据和距离数据、工件定位夹持变位装置传递角度数据，作为被测数据。

步骤3：数据计算分析，工控机对步骤2采集的所述被测数据与步骤1采集到的标准数据进行计算，数据计算方法如下：工控机对被测数据和标准数据进行处理，将六自由度运动平台测量的同一位置的位置数据、线激光测量仪测量的同一位置的位置数据、工件定位夹持变位装置测量的同一位置的角度数据分别进行差值计算，由标准数据中的距离数据减去被测数据的距离数据得出误差测量数值；由标准数据中的距离数据减去被测数据的距离数据得出误差测量数值。

步骤4：计算结果保存和图像化输出，对误差测量数值进行数据存档和图像化数据输出，将误差测量数值的绝对值与人为设定误差进行对比，所述人为设定误差取值范围是0.001mm到1mm，误差测量数值的绝对值减去人为设定误差得出差值，当差值等于0在图像对应点显示为白色，当差值大于等于人为设定误差在图像对应点显示为红色，并保存在工控机中。

优选的：根据权利要求1所述的线激光测量仪可记录激光线所在位置的多个点的位置和距离数据，其特征在于每厘米20到100 个点，六自由度运动平台重复定位精度不大于0.002毫米，线激光测量仪也可以是线激光发射器和CCD图像传感器的组合。

优选的：六自由度运动平台和工件定位夹持变位装置的组合运动中组合运动路线可以是直线运动，曲线运动和仿形被测工件表面曲线的运动；

优选的：组合运动可以携带所述线激光测量仪做平行于六自由度运动平台的180°内的角度测量，六自由度运动平台可以是六轴机械手或六轴机器人；

优选的：零件尺寸检测系统的检测方法中，步骤1标准工件的标定可以是工控机通过标定过程获得的六自由度运动平台的位置数据、线激光测量仪采集到的位置数据和距离数据、工件定位夹持变位装置传递角度数据也可由计算机根据工件三维图形计算得出。

优选的：零件尺寸检测系统的检测方法中步骤2被测工件检测中可以是通过多次重复步骤二，进行多次测量，并记录每一次测量的数据；将六自由度运动平台多次测量的同一位置的位置数据、线激光测量仪多次测量的同一位置的位置数据、工件定位夹持变位装置多次测量的同一位置的角度数据分别进行均值计算，得出的均值数据作为被测数据。

综上所述，本发明运用六自由度运动平台，线激光测量仪，工控机，工件定位夹持变位装置实现了对多角度、多朝向、复杂形状零件尺寸的精确测量，减少了人工成本，增强了检测系统的精度和检测柔性。

附图说明

图1为本发明一种多角度异形工件尺寸检测方法的流程示意图

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例中的技术方案为系统包含有：六自由度运动平台，线激光测量仪，工控机，工件定位夹持变位装置，标准工件，被测工件等；

线激光测量仪选用基恩士800point以上的3D测量仪。线激光测量仪安装在重复定位精度为0.001mm以上的六自由度运动平台末端本实施方式采用abb六轴机械手作为运动平台，线激光测量仪所发出的激光线垂直于机器人末端安装法兰指向远离机器人的方向，并随机械手末端可做多自由度运动，可进行多角度测量，安装精度高，结构简单。

工件定位夹持变位装置安装在六自由度运动平台的工作行程范围之内，且具有安装定位工件的功能，与工件连接的部位设置有每一类工件专用的工装卡具，可以准确的定位工件位置。工件定位夹持变位装置由PLC控制伺服电机驱动，并传输位置信号给工控机，且能够准确的转动安装在工装卡具上的工件，以便将需要测量的被检测部位朝向六自由度运动平台，六自由度运动平台重复定位精度不大于 0.002毫米。线激光测量仪随六自由度运动平台安装法兰可在运动方向180°范围内做多自由度运动，可进行多角度测量。

工控机与六自由度运动平台电性连接，工控机与线激光测量仪电性连接，六自由度运动平台传递运动位置数据传送到工控机，线激光测量仪传递测量点的位置和距离数据传送到工控机。工控机进行数据计算和误差显示，具体方法如下：

在检测过程中按照具体工件测量部位要求，编写六自由度运动平台和工件定位夹持变位装置的具体运动程序。

参看图1，一种多角度异形工件尺寸检测方法的流程如下：

步骤1：标准工件的标定，将标准工件安装到工件定位夹持变位装置上，通过控制六自由度运动平台和工件定位夹持变位装置的组合运动，组合运动中包含移动行程和测量行程两部分，在移动行程中所述六自由度运动平台和工件定位夹持变位装置运动速度是测量行程的两倍，在测量行程中使线激光测量仪的量程覆盖标准工件的被检测部位，使安装在所述六自由度运动平台终端法兰上线激光测量仪对标准工件的被检测部位进行扫描式测量。

在测量行程中机器人每运动0.1mm的距离，线激光测量仪采集一条激光线上800个点位置和距离数据；工控机同时记录标定过程中的所述六自由度运动平台的位置数据、线激光测量仪采集到的位置数据和距离数据、工件定位夹持变位装置传递角度数据，作为标准数据；

步骤2：工件检测：将被测工件安装到工件定位夹持变位装置上，六轴机械手运行与检测标准工件时同样的扫描式运动使线激光测量仪的量程覆盖被测工件的被检测部位，在测量行程中机器人的每运动0.1mm的距离，六自由度运动平台运动过程中线激光测量仪的量程范围完全覆盖被测量部位。工控机同时记录标定过程中的六自由度运动平台位置信息和线激光测量仪采集到的多个点位置和距离数据，作为标准数据。其中六自由度运动平台位置和线激光测量仪采集到的位置信息作为标准数据的标志信息，线激光测量仪采集到的距离数据作为对比数据。

工控机同时记录检测过程中的机器人位置信息和线激光测量仪采集到的尺寸外形数据，作为被测数据。

标准工件和被测工件的检测过程，被检测部位可以是多个并可以依次进行检测，通过工件定位夹持变位装置可进行被测工件的旋转，用于移动不同检测部位，以便线机光测量仪对被检测部位进行检测。

步骤3：数据计算分析：工控机对步骤2采集的所述被测数据与步骤1采集到的标准数据进行计算，数据计算方法如下：工控机对被测数据和标准数据进行处理，将六自由度运动平台测量的同一位置的位置数据、线激光测量仪测量的同一位置的位置数据、工件定位夹持变位装置测量的同一位置的角度数据分别进行差值计算，由标准数据中的距离数据减去被测数据的距离数据得出误差测量数值。

在检测中对测量的数据进行逐个点的计算具体内容如下，在用标准工件进行标定的步骤中工控机记录六自由度运动平台A位置且线激光测量仪为A点位置的标准距离数据为3400，在用被测工件进行测量的步骤中工控机记录六自由度运动平台A位置且线激光测量仪为A点位置的标准距离数据为3600，则尺寸偏差为200，如果人为设定的允许尺寸偏差值为150，200>150则六自由度运动平台A位置且线激光测量仪为A点位置的点判定为不合格。接着对比六自由度运动平台A位置且线激光测量仪为B点的数据，直到把测量部位的所有点数据对比完毕。

步骤4：计算结果保存和图像化输出，对误差测量数值进行数据存档和图像化数据输出，将误差测量数值的绝对值与人为设定误差进行对比，所述人为设定误差取值范围是0.001mm到1mm，误差测量数值的绝对值减去人为设定误差得出差值，当差值等于0在图像对应点显示为白色，当差值大于等于人为设定误差在图像对应点显示为红色，并保存在工控机中。

Claims (3)

1.一种异形工件尺寸检测系统的检测方法，包括：六自由度运动平台、线激光测量仪、工控机、工件定位夹持变位装置、标准工件、被测工件；

所述工控机与所述六自由度运动平台电性连接，所述工控机与所述线激光测量仪电性连接，所述工件定位夹持变位装置与所述工控机电性连接，所述六自由度运动平台传递运动位置数据传送到所述工控机，所述线激光测量仪传递测量点的位置数据和距离数据传送到所述工控机，所述工件定位夹持变位装置传递角度数据到所述工控机，由所述工控机控制所述六自由度运动平台、线激光测量仪和工件定位夹持变位装置进行设定的运动和测量，所述工控机进行数据计算和误差显示；

所述六自由度运动平台末端设有安装法兰，所述线激光测量仪安装在六自由度运动平台末端的安装法兰上，所述线激光测量仪可发射测量激光线，测量激光线发射方向垂直于所述安装法兰平面，所述线激光测量仪随所述六自由度运动平台安装法兰可在朝向所述工件定位夹持变位装置的180°范围内做多自由度运动，可进行多角度测量；

所述标准工件或被测工件安装在所述工件定位夹持变位装置上，可随所述工件定位夹持变位装置运动；

所述工件定位夹持变位装置处于所述六自由度运动平台的运动覆盖范围之内；

所述线激光测量仪发出所述测量激光线，并可记录激光线所在位置的多个点的位置数据和距离数据；

所属检测系统的检测方法包含以下步骤：

步骤1：标准工件的标定，将所述标准工件安装到所述工件定位夹持变位装置上，通过控制所述六自由度运动平台和所述工件定位夹持变位装置的组合运动，所述组合运动中包含移动行程和测量行程两部分，在所述移动行程中所述六自由度运动平台和所述工件定位夹持变位装置运动速度是测量行程的两倍，在所述测量行程中使线激光测量仪的量程覆盖标准工件的被检测部位，使安装在所述六自由度运动平台终端法兰上线激光测量仪对标准工件的被检测部位进行扫描式测量；

在测量行程中机器人每运动0.1mm的距离，所述线激光测量仪采集一条激光线上多个点位置数据和距离数据；所述工控机同时记录标定过程中的所述六自由度运动平台的位置数据、线激光测量仪采集到的位置数据和距离数据、工件定位夹持变位装置传递角度数据，作为标准数据；

步骤2：被测工件检测，将所述被测工件安装到所述工件定位夹持变位装置上，所述六自由度运动平台和所述工件定位夹持变位装置进行组合运动，运动路径与标准工件的尺寸标定的运动路径完全一致，运动使所述线激光测量仪的量程覆盖被测工件的被检测部位，在测量行程中机器人的每运动0.1mm的距离，所述工控机同时记录被测工件检测过程中的所述六自由度运动平台的位置数据、线激光测量仪采集到的位置数据和距离数据、工件定位夹持变位装置传递角度数据，作为被测数据；

步骤3：数据计算分析，所述工控机对步骤2采集的所述被测数据与步骤1采集到的所述标准数据进行对比计算，数据对比计算算法如下：所述工控机对所述被测数据和所述标准数据进行处理，将六自由度运动平台测量的同一位置的位置数据、线激光测量仪测量的同一位置的位置数据、工件定位夹持变位装置测量的同一位置的角度数据分别进行差值计算，由标准数据中的距离数据减去被测数据的距离数据得出误差测量数值；

步骤4：计算结果的保存和图像化输出，对所述误差测量数值进行数据存档和图像化数据输出，将误差测量数值的绝对值与人为设定误差进行对比，所述人为设定误差取值范围是0.001mm到1mm，误差测量数值的绝对值减去人为设定误差得出差值，当差值等于0时输出图像对应点显示为白色，当差值大于等于人为设定误差范围时输出图像对应点显示为红色，并将相应图像保存在工控机中。

2.根据权利要求1所述的一种检测方法，其特征在于：所述步骤1：标准工件的标定中，所述工控机通过标定过程获得的所述六自由度运动平台的位置数据、线激光测量仪采集到的位置数据和距离数据、工件定位夹持变位装置传递角度数据也可由计算机根据所述标准工件三维图形计算得出。

3.根据权利要求1所述的一种异形工件尺寸检测系统的 检测方法，其特征在于：所述步骤2中被测工件检测中，通过多次重复步骤二，进行多次测量，并记录每一次测量的数据，将六自由度运动平台多次测量的同一位置的位置数据、线激光测量仪多次测量的同一位置的位置数据、工件定位夹持变位装置多次测量的同一位置的角度数据分别进行均值计算，得出的均值数据作为被测数据。

Images