CN111397558A - 利用六自由度机器人实现在线高精度测量的机构及其测量方法 - Google Patents

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张耀
王晨超
张思齐
姜振
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Abstract

一种利用六自由度机器人实现在线高精度测量的机构，包括底座，底座上设置有六轴工业机器人，六轴工业机器人的输出端安装有测头，测头的检测范围内设置有工件，工件位于六轴工业机器人的一侧，底座上设置有转台，工件位于转台上，利用通用的六自由度机器人携带测头来实现在线高精度测量机械加工件的尺寸和形位公差，通过一般的六轴机器人的运动精度来实现高精度的在线测量要求。本发明有益的效果是：降低成本，利用通用的工业机器人即可达到高精度测量，不用部署高成本的测量装置；提高效率，利用工业机器人的柔性可实现工件测量要求的快速切换；通过在线测量可实现生产过程中质量闭环，实现真正的智能制造。

Description

利用六自由度机器人实现在线高精度测量的机构及其测量 方法
技术领域
本发明涉及测量技术领域，尤其涉及一种利用六自由度机器人实现在线高精度测量的机构及其测量方法。
背景技术
目前，工厂一般采用三坐标仪或专用量具等绝对精度量仪来测量机加工件的尺寸和形状公差，它的测量方法是采用接触式测头打点或扫描的方式获得接触点的三维绝对坐标点，然后利用算法计算空间三维关系确定误差。它的测量精度会收到温度、振动等环境因素的影响。而且三坐标的控制系统相对封闭，无法满足和车间其他设备之间的数据交互，从而基本上无法在产线上进行在线测量。
目前通常说的工业六轴机器人精度指的是机器人的定位精度和重复定位精度。定位精度指的是机器人手部实际到达位置和目标位置之间的差异。重复定位精度指的是机器人重新定位其手部于同一目标位置的能力。工业机器人仅具有较高的重复定位精度，并不具备足够高的绝对定位精度。从常规的指标来说一般精密工业机器人定位精度约为0.05mm，重复定位精度约为0.01mm。和三坐标相比定位精度相差一个数量级，无法达到机加工件的精度测量要求。但是工业机器人控制器具备有良好的网络通讯能力，可实现与现有控制网络的对接，非常适合进行在线使用。
发明内容
本发明要解决上述现有技术存在的问题，提供一种利用六自由度机器人实现在线高精度测量的机构及其测量方法，利用通用的六自由度机器人携带测量传感器来实现在线高精度测量机械加工件的尺寸和形位公差。通过一般的六轴机器人的高重复定位精度来实现高精度的在线测量要求。对比被测件在绝对测量设备和本测量方法的测量值，间接通过三坐标的测量值得到被测件的实际误差。
本发明解决其技术问题采用的技术方案：这种利用六自由度机器人实现在线高精度测量的机构，包括底座，底座上设置有六轴工业机器人，六轴工业机器人的输出端安装有测头，测头的检测范围内设置有工件，工件位于六轴工业机器人的一侧，底座上设置有转台，工件位于转台上。
底座采用大理石底座。
测头采用接触式测头、触发式测头中的任意一种。
上述的利用六自由度机器人实现在线高精度测量的机构的测量方法，包括如下步骤：
S1、测量准备，准备一个样件，先在三坐标测量仪上对待测项目，尺寸或形位进行测量，获得待测项目的基准值；
S2、样件测量，测量机器人对样件的待测项目进行测量，获得待测项目的测量值，由于测量机器人在工序间测量，测量值包含了温度、振动引起的机器误差；
利用测量机器人对样件测量时，为了保证机器人的测量运动在最佳的重复精度工作区，将工件放置在一个转台上，根据测量要求配合机器人进行各个项目的测量，大于90％的机器人在最佳的重复精度工作区域内重复精度小于0.005mm，能满足非超精密机加件的精度要求；
S3、误差校正，将样件待测项目的测量值和标准值作比较，记录差值，将该差值作为误差进行校正，获得正确的值，当环境温度或振动值超过一定的值后则利用样件重新进行样件测量和误差校正；
S4、持续测量，后续的零件测量值将按照补偿后的数据进行计算，获得和三坐标一致的测量精度。
本发明有益的效果是：本发明的利用六自由度机器人实现在线高精度测量的机构及其测量方法，具备如下的优点：
一、降低成本，利用通用的工业机器人即可达到高精度测量，不用部署高成本的测量装置；
二、提高效率，利用工业机器人的柔性可实现工件测量要求的快速切换；
三、通过在线测量可实现生产过程中质量闭环，实现真正的智能制造。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图；
图2为本发明实施例最佳重复工作区的结构示意图；
图3为本发明实施例三坐标仪的绝对测量精度示意图；
图4为本发明实施例机器人的重复测量精度示意图。
附图标记说明：底座1，六轴工业机器人2，测头3，工件4，转台5。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
参照附图：本实施例中的利用六自由度机器人实现在线高精度测量的机构，包括底座1，底座1上设置有六轴工业机器人2，六轴工业机器人2的输出端安装有测头3，测头3的检测范围内设置有工件4，工件4位于六轴工业机器人2的一侧，底座1上设置有转台5，工件4位于转台5上。
底座1采用大理石底座。
测头3采用接触式测头、触发式测头中的任意一种。
上述的利用六自由度机器人实现在线高精度测量的机构的测量方法，包括如下步骤：
S1、测量准备，准备一个样件，先在三坐标测量仪上对待测项目，尺寸或形位进行测量，获得待测项目的基准值；
S2、样件测量，测量机器人对样件的待测项目进行测量，获得待测项目的测量值，由于测量机器人在工序间测量，测量值包含了温度、振动引起的机器误差；
利用测量机器人对样件测量时，为了保证机器人的测量运动在最佳的重复精度工作区，将工件放置在一个转台上，根据测量要求配合机器人进行各个项目的测量，大于90％的机器人在最佳的重复精度工作区域内重复精度小于0.005mm，能满足非超精密机加件的精度要求；
S3、误差校正，将样件待测项目的测量值和标准值作比较，记录差值，将该差值作为误差进行校正，获得正确的值，当环境温度或振动值超过一定的值后则利用样件重新进行样件测量和误差校正；
S4、持续测量，后续的零件测量值将按照补偿后的数据进行计算，获得和三坐标一致的测量精度。
对比被测件在绝对测量设备，包括三座标，和本测量方法的测量值，间接通过三坐标的测量值得到被测件的实际误差。
提出了六轴工业机器人的最佳重复精度工作区，通过转台配合，在该区域内完成工件测量。
可根据环境变化进行自校正。使得机器人具备在线测量的条件。
六轴工业机器人和测头结合形成测量机器人，转台采用电机驱动转动或者其他使转台能够转动的结构即可。
图1和图2形成最佳重复工作区。
具体以一个测量为例：
测量工件的某一个标称尺寸，例如：标称长度50.00mm，公差为+0.05mm，即工件在49.95mm-50.05mm之内为合格；
将工件在三坐标仪上量测，得到测量值为：49.980mm；
将统一工件放到测量转台上，利用测量机器人测量，测量值为50.10；
将在三坐标仪上的测量值与在机器人上的测量值相减作为矫正值＝49.980-51.10＝-0.12mm存入系统；
后续同样工件在测量机器人上获得测量值都会加上这个校正值-0.012mm；
最后以图纸的标注要求50+0.05mm的公差带来判定该工件是否合格。
本发明实施例的特点是：本发明的利用六自由度机器人实现在线高精度测量的机构及其测量方法，具备如下的优点：
一、降低成本，利用通用的工业机器人即可达到高精度测量，不用部署高成本的测量装置；
二、提高效率，利用工业机器人的柔性可实现工件测量要求的快速切换；
三、通过在线测量可实现生产过程中质量闭环，实现真正的智能制造。
虽然本发明已通过参考优选的实施例进行了图示和描述，但是，本专业普通技术人员应当了解，在权利要求书的范围内，可作形式和细节上的各种各样变化。

Claims (4)

1.一种利用六自由度机器人实现在线高精度测量的机构，其特征在于：包括底座(1)，所述底座(1)上设置有六轴工业机器人(2)，所述六轴工业机器人(2)的输出端安装有测头(3)，所述测头(3)的检测范围内设置有工件(4)，所述工件(4)位于六轴工业机器人(2)的一侧，所述底座(1)上设置有转台(5)，所述工件(4)位于转台(5)上。
2.根据权利要求1所述的利用六自由度机器人实现在线高精度测量的机构，其特征在于：所述底座(1)采用大理石底座。
3.根据权利要求1所述的利用六自由度机器人实现在线高精度测量的机构，其特征在于：所述测头(3)采用接触式测头、触发式测头中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的利用六自由度机器人实现在线高精度测量的机构的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、测量准备，准备一个样件，先在三坐标测量仪上对待测项目，尺寸或形位进行测量，获得待测项目的基准值；
S2、样件测量，测量机器人对样件的待测项目进行测量，获得待测项目的测量值，由于测量机器人在工序间测量，测量值包含了温度、振动引起的机器误差；
利用测量机器人对样件测量时，为了保证机器人的测量运动在最佳的重复精度工作区，将工件放置在一个转台上，根据测量要求配合机器人进行各个项目的测量，大于90％的机器人在最佳的重复精度工作区域内重复精度小于0.005mm，能满足非超精密机加件的精度要求；
S3、误差校正，将样件待测项目的测量值和标准值作比较，记录差值，将该差值作为误差进行校正，获得正确的值，当环境温度或振动值超过一定的值后则利用样件重新进行样件测量和误差校正；
S4、持续测量，后续的零件测量值将按照补偿后的数据进行计算，获得和三坐标一致的测量精度。
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