CN111829412A - 通用卡尺自动检定装置 - Google Patents

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Abstract

通用卡尺自动检定装置，属于计量测试领域。该装置包括卡尺装夹定位机构、卡尺夹持拖动机构、量块托盘、量块滑槽、双导轨龙门式运动机构、量块抓取机构和机器视觉系统。通过直线电机反馈电压来控制夹持量块的测量力，排除了人工操作的主观因素影响，提高了测量力控制精度，减小了测量力因素引起的检定不确定度；采用两种不同放大倍率的机器视觉检测模块，同时实现了通用卡尺标记宽度、示值误差、零值误差以及刀口内量爪平行度等多项参数的自动化综合检定，提高了通用卡尺的检定效率和自动化程度；通过对检定结果的数据分析，能够建立通用卡尺风险预警和质量管控体系，实现卡尺的全生命周期数字化管理，提高检定数据利用率和检定工作的有效性。

Description

通用卡尺自动检定装置
技术领域
本发明涉及计量测试领域，更具体地说，是涉及一种通用卡尺自动检定装置。
背景技术
通用卡尺操作简单、精度高，在机械行业应用极为广泛。由于通用卡尺测量本身不符合阿贝原则，卡尺在制造时的零件加工误差和装配误差，以及卡尺使用过程中出现的测量面磨损甚至是损坏，都将导致通用卡尺产生测量误差，直接影响到机械产品的检测精度。因此，需要在通用卡尺使用前和使用过程中定期对其进行检定，确保卡尺的测量精度。
目前，通用卡尺的检定工作主要由人工完成，但传统的人工目视检定不仅工作量大、对检定人员技术经验要求高，而且检定效率低下。检定过程受人为主观因素影响大，导致检定精度低、可靠性差。同时，检定数据全靠手工记录和处理，缺乏数字化管理手段，数据利用率低。检定周期固定，检定结果只能事后反映卡尺的合格性，导致计量与生产脱节，不能对加工现场正在使用的卡尺状态提供及时准确的反馈，检定工作的有效性差。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种通用卡尺自动检定装置。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
通用卡尺自动检定装置，包括卡尺装夹定位机构01、卡尺夹持拖动机构02、量块托盘03、量块滑槽04、双导轨龙门式运动机构05、量块抓取机构06和机器视觉系统07；
所述的卡尺装夹定位机构01用于实现卡尺检定时的快速装夹与定位。卡尺装夹定位机构01包括工装夹具0101、电动推杆0103和夹具底座0102。工装夹具0101安装在夹具底座0102上，电动推杆0103安装在工装夹具0101上。工装夹具0101设有上方定位挡块0105和左侧定位挡块0104，两个定位挡块用于卡尺尺框定位。电动推杆0103顶端装有硅胶垫，用于有效夹紧卡尺尺框。
所述的卡尺夹持拖动机构02用于在检定过程中拖动卡尺尺身做直线移动。卡尺夹持拖动机构02包括直线电机、电动夹爪0203、连接件0202和推板0201组成；直线电机包括直线电机动子0204和直线电机定子0205；电动夹爪0203通过连接件0202安装于直线电机动子0204上，用于夹持并拖动卡尺尺身使卡尺两量爪张开。推板0201安装于电动夹爪0203的侧面，同样在直线电机驱动下用于推动卡尺尺身使两量爪合并。卡尺两量爪的夹持力通过直线电机的反馈电压进行控制。
所述的量块托盘03用于集中放置卡尺检定所需的各种规格标准量块。量块托盘03包括托盘0301、复位机构和托盘支腿0304；托盘0301上设有放置量块的槽，槽按量块尺寸规格呈梯形排列。托盘0301的边缘与卡尺装夹定位机构01的基准面对齐。复位机构安装于托盘0302下方，由调整推板0302和直线运动模组四0303组成，调整推板0302通过螺纹连接安装在直线运动模组四0303上，调整推板0302在直线运动模组四0303驱动下移动，使托盘0301上的量块复位，从而保证量块横向位置的一致性。
所述的量块滑槽04安装于被检卡尺下方，用于在检定时支承量块。量块滑槽04为U型结构，相互平行的两个槽分别用于在卡尺量爪的里端和外端放置量块。
所述的量块抓取机构06用于在检定过程中自动抓取和传递量块。量块抓取机构06包括直线运动模组三0603、连接板0602和电动夹爪组0601，电动夹爪组0601通过连接板0602安装在竖直的直线运动模组三0603上，用于在卡尺检定时抓取和放置量块。
所述的机器视觉系统07用于根据通用卡尺检定项目对卡尺特征进行图像采集。机器视觉系统07由第一视觉检测模块和第二视觉检测模块组成。第一视觉检测模块包括工业相机0701、普通镜头0702、光源托架0703、环形光源0704；第二视觉检测模块包括工业相机0701、放大镜头0705、光源托架0703、环形光源0704；第一视觉检测模块配合环形光源0704用于实现卡尺的自动读数，第二视觉检测模块采用放大镜头0705，并配合由环形光源0704和平面背光源共同构成的组合光源，用于卡尺标记宽度、零值误差以及刀口内量爪平行度参数的测量。第二视觉检测模块安装在一竖直的直线运动模组二0707上，并在直线运动模组二0707驱动下实现自动对焦。
所述量块抓取机构06和机器视觉系统07安装在双导轨龙门式运动机构05上，并在双导轨龙门式运动机构05驱动下纵向移动。所述双导轨龙门式运动机构05由直线运动模组一0501、导轨0504和横梁0505组成，所述横梁0505上安装一横向移动的直线电机二0506，所述机器视觉系统07安装在所述直线电机二0506的动子上。
与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：
1.采用基于量块与光栅传感器相结合的标准尺寸溯源方法，严格按照检定规程的要求，在检定示值误差和刀口内量爪平行度时以3级或5等专用量块作为标准尺寸。在针对无法通过量块组合的方式构成附加的受检尺寸时，可由高精度光栅传感器提供标准尺寸。该方法既丰富了受检点的数量，也避免了人工组合量块的繁琐操作，使尺寸标准量值的精度更高；
2.通过直线电机反馈电压来控制夹持量块的测量力，排除了人工操作的主观因素影响，提高了测量力控制精度，减小了测量力因素引起的检定不确定度；
3.采用两种不同放大倍率的机器视觉检测模块，同时实现了通用卡尺标记宽度、示值误差、零值误差以及刀口内量爪平行度等多项参数的自动化综合检定，提高了通用卡尺的检定效率和自动化程度；
4.通过对检定结果的数据分析，能够建立通用卡尺风险预警和质量管控体系，实现卡尺的全生命周期数字化管理，提高检定数据利用率和检定工作的有效性。
附图说明
图1为本检定装置的主视图。
图2为本检定装置的俯视图。
图3为卡尺装夹定位机构图。
图4为卡尺夹持拖动机构图。
图5为量块托盘机构图。
图6为量块滑槽机构图。
图7为双导轨龙门式运动机构图。
图8为量块抓取机构图。
图9为机器视觉系统机构图。
图中：01卡尺装夹定位机构，02卡尺夹持拖动机构，03量块托盘，04量块滑槽，05双导轨龙门式运动机构，06量块抓取机构，07机器视觉系统，0101工装夹具，0102夹具底座，0103电动推杆，0104左侧定位挡块，0105上方定位挡块，0201推板，0202连接件，0203电动夹爪，0204直线电机动子，0205直线电机定子，0301托盘，0302调整推板，0303直线运动模组四，0304托盘支腿，0401滑槽，0402滑槽底座，0501直线运动模组一，0502直线运动模组一底座，0503导轨底座，0504导轨，0505横梁，0506直线电机二，0601电动夹爪组，0602连接板，0603直线运动模组三，0701工业相机，0702普通镜头，0703光源托架，0704环形光源，0705放大镜头，0706相机连接板，0707直线运动模组二。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
如图1和图2所示，卡尺装夹定位机构01安装于操作台近端，卡尺夹持拖动机构02安装于卡尺装夹定位机构01的左侧，量块托盘03位于操作台的远端，托盘的边缘与卡尺装夹定位机构01的左侧定位挡块0104对齐，保证量块抓取时横向位置的一致性。
检定人员首先人工将被检卡尺装夹于装夹定位机构01上，然后在检定软件系统中选择卡尺类型并开始执行检定操作。
第一步是零值误差和标记宽度的检定。零值误差的检定需要采集零标记和尾标记两个位置的图像，标记宽度的检定需要采集主尺和游标尺上各三条标记的图像，这两项参数的检定共八个检测工位。
检定时，夹持拖动机构02推动卡尺尺身使卡尺量爪合并，同时第二视觉检测模块移动到第一检测工位，自动对焦后采集图像并送给计算机，计算机后台进行图像处理和计算，同时第二视觉模块移动到下一个检定工位。重复上述步骤直到完成所有八个工位的视觉检测，根据检测数据给出零值误差和标记宽度的检定结果。
第二步是检定刀口内量爪平行度。夹持拖动机构将卡尺量爪拉开一定的距离，量块抓取机构抓取尺寸为20mm的量块并放置于卡尺两量爪之间，再由夹持拖动机构推动量爪夹紧量块。接下来，第二视觉检测模块分别移动到刀口内量爪的左、右两个量爪上方，自动对焦后采集量爪刀口边缘图像并送给计算机处理和计算，根据检测数据给出刀口内量爪平行度检定结果。
最后是示值误差的检定。夹持拖动机构将卡尺量爪拉开一定的距离，根据受检点要求，量块抓取机构抓取指定规格的量块并放置于外侧滑槽中，再由夹持拖动机构推动卡尺量爪夹紧量块，然后第一视觉检测模块移动到卡尺尺框上方进行示值读数。接下来，再将量块放入内侧滑槽中重新读数。
重复上述操作，直到完成所有受检点的示值读数。将这些示值与量块尺寸的公称值进行比较，得到卡尺示值误差检定结果。
如图3所示，本实施例中，所述的卡尺装夹定位机构01，包括工装夹具0101，夹具底座0102，电动推杆0103，左侧定位挡块0104，上方定位挡块0105。检定人员装夹卡尺时，首先将卡尺尺框的背面与工装夹具0102上的基准平面贴合，然后将卡尺向左上方推动，使尺框的上侧面和左侧面分别依次与上方定位挡块0105和左侧定位挡块0104接触。然后按住卡尺尺框不动，同时按下电动推杆的开关按钮，电动推杆0103伸出，夹紧卡尺尺框。电动推杆0103的前端面装有硅胶垫，确保当拖动尺身时尺框在摩擦力的作用下不会横向和竖向移动。
如图4所示，本实施例中，所述的夹持拖动机构02，包括推板0201，连接件0202，电动夹爪0203，直线电机动子0204，直线电机定子0205。电动夹爪0203通过连接件0202安装到直线电机动子0204上，推板0201通过螺钉安装在电动夹爪0203的侧面。当卡尺量爪需要打开时，电动夹爪0203夹住卡尺尺身，然后在直线电机牵引下拖动尺身移动使量爪打开；当卡尺量爪需要合并时，电动夹爪松开卡尺尺身，直线电机带动推板0201推动尺身，通过直线电机反馈电压控制以一定的测量力使量爪合并或是夹紧量块。
如图5所示，本实施例中，所述的量块托盘03，包括量块托盘0301安装在托盘支腿0304上，量块托盘上设有放置量块的槽，槽按量块尺寸规格呈梯形排列。量块托盘下方安装了由调整推板0302和直线运动模组四0303组成的复位机构，调整推板0302通过螺纹连接安装在直线运动模组四0303上，在直线运动模组四0303驱动下移动，使托盘上的量块复位，从而保证量块横向位置的一致性。
如图6所示，本实施例中，所述的量块滑槽04，包括滑槽0401通过螺钉安装在底座0402上。根据检定规程，为了能够在检定通用卡尺示值误差时将量块分别放于量爪里端和外端进行读数，滑槽0401设计成两个U型槽结构。滑槽与量块采用间隙配合，确保量块能够在滑槽0401内顺畅移动。
如图7所示，本实施例中，所述的量块抓取机构06和机器视觉系统07安装在双导轨龙门式运动机构05上。所述双导轨龙门式运动机构05，包括直线运动模组一0501，直线运动模组一底座0502，导轨底座0503，导轨0504，横梁0505安装在导轨滑座0504和直线运动模组一0501的动子上，直线电机二0506安装在横梁0505上，用于驱动机器视觉系统07横向移动。
如图8所示，在本实施例中，所述的量块抓取机构06，包括电动夹爪组0601通过连接板0602安装在直线运动模组三0603上，直线运动模组三0603安装在横梁0505上，带动电动夹爪组0601上下移动，用于在卡尺检定时抓取和放置量块。
如图9所示，本实施例中，所述的机器视觉系统07，第一视觉检测模块和第二视觉检测模块中的工业相机0701连接在相机连接板0706上，两个工业相机0701的镜头分别为普通镜头0702和放大镜头0705；两个环形光源0704均通过光源托架0703分别连接在普通镜头0702和放大镜头0705上，包括工业相机0701安装在相机连接板0706上，环形光源0704安装在光源托架0703上，普通镜头0702，放大镜头0705，第二视觉检测模块安装在直线运动模组二0707上，在直线模组驱动下实现自动对焦，直线运动模组二和第一视觉检测模块的相机连接板都通过转接板安装到直线电机二0506动子上。检定卡尺时，第一视觉检测模块采用普通镜头，配合环形光源用于实现卡尺的自动读数，第二视觉检测模块采用放大镜头，并配合由环形光源和平面背光源构成的组合光源，用于实现卡尺标记宽度、零值误差以及刀口内量爪平行度等参数的测量。
通过上述装置可以实现通用卡尺标记宽度和宽度差、零值误差、刀口内量爪平行度和示值误差等多个特征参数的自动化检定，提高了检定精度和效率，解决了目前人工检定的工作量大、可靠性差、自动化程度低的弊端。

Claims (1)

1.通用卡尺自动检定装置，其特征在于，包括卡尺装夹定位机构(01)、卡尺夹持拖动机构(02)、量块托盘(03)、量块滑槽(04)、双导轨龙门式运动机构(05)、量块抓取机构(06)和机器视觉系统(07)；
所述的卡尺装夹定位机构(01)用于实现卡尺检定时的快速装夹与定位；卡尺装夹定位机构(01)包括工装夹具(0101)、电动推杆(0103)和夹具底座(0102)；工装夹具(0101)安装在夹具底座(0102)上，电动推杆(0103)安装在工装夹具(0101)上；工装夹具(0101)设有上方定位挡块(0105)和左侧定位挡块(0104)，两个定位挡块用于卡尺尺框定位；电动推杆(0103)顶端装有硅胶垫，用于有效夹紧卡尺尺框；
所述的卡尺夹持拖动机构(02)用于在检定过程中拖动卡尺尺身做直线移动；卡尺夹持拖动机构(02)包括直线电机、电动夹爪(0203)、连接件(0202)和推板(0201)组成；直线电机包括直线电机动子(0204)和直线电机定子(0205)；电动夹爪(0203)通过连接件(0202)安装于直线电机动子(0204)上，用于夹持并拖动卡尺尺身使卡尺两量爪张开；推板(0201)安装于电动夹爪(0203)的侧面，同样在直线电机驱动下用于推动卡尺尺身使两量爪合并；卡尺两量爪的夹持力通过直线电机的反馈电压进行控制；
所述的量块托盘(03)用于集中放置卡尺检定所需的各种规格标准量块；量块托盘(03)包括托盘(0301)、复位机构和托盘支腿(0304)；托盘(0301)上设有放置量块的槽，槽按量块尺寸规格呈梯形排列；托盘(0301)的边缘与卡尺装夹定位机构(01)的基准面对齐；复位机构安装于托盘(0301)下方，由调整推板(0302)和直线运动模组四(0303)组成，调整推板(0302)通过螺纹连接安装在直线运动模组四(0303)上，调整推板(0302)在直线运动模组四(0303)驱动下移动，使托盘(0301)上的量块复位，从而保证量块横向位置的一致性；
所述的量块滑槽(04)安装于被检卡尺下方，用于在检定时支承量块；量块滑槽(04)为U型结构，相互平行的两个槽分别用于在卡尺量爪的里端和外端放置量块；
所述的量块抓取机构(06)用于在检定过程中自动抓取和传递量块；量块抓取机构(06)包括直线运动模组三(0603)、连接板(0602)和电动夹爪组(0601)，电动夹爪组(0601)通过连接板(0602)安装在竖直的直线运动模组三(0603)上，用于在卡尺检定时抓取和放置量块；
所述的机器视觉系统(07)用于根据通用卡尺检定项目对卡尺特征进行图像采集；机器视觉系统(07)由第一视觉检测模块和第二视觉检测模块组成；第一视觉检测模块包括工业相机(0701)、普通镜头(0702)、光源托架(0703)、环形光源(0704)；第二视觉检测模块包括工业相机(0701)、放大镜头(0705)、光源托架(0703)、环形光源(0704)；第一视觉检测模块配合环形光源(0704)用于实现卡尺的自动读数，第二视觉检测模块采用放大镜头(0705)，并配合由环形光源(0704)和平面背光源共同构成的组合光源，用于卡尺标记宽度、零值误差以及刀口内量爪平行度参数的测量；第二视觉检测模块安装在一竖直的直线运动模组二(0707)上，并在直线运动模组二(0707)驱动下实现自动对焦；
所述量块抓取机构(06)和机器视觉系统(07)安装在双导轨龙门式运动机构(05)上，并在双导轨龙门式运动机构(05)驱动下纵向移动；所述双导轨龙门式运动机构(05)由直线运动模组一(0501)、导轨(0504)和横梁(0505)组成，所述横梁(0505)上安装一横向移动的直线电机二(0506)，所述机器视觉系统(07)安装在所述直线电机二(0506)的动子上。
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