CN114593679B - 一种智能化高精密测高设备及其测高方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能化高精密测高设备，包括工作载台，所述工作载台上设置有产品模块，所述产品模块的下方设置有用于定心夹持的夹持模块，所述夹持模块的一侧设置有粗测模块、精测模块和三轴模块，所述粗测模块用于检测产品位置，所述精测模块用于测量产品高度，所述三轴模块用于带动所述粗测模块和精测模块移动，所述产品模块的上方设置有喷墨标识模块；本发明还提供了该测高设备的测高方法。通过上述方式，本发明能够实现智能找料、精密测高、高点标识等测高动作，测量过程对物料外形、摆放状态、盘高一致性均无要求，大幅度降低对人员技能的依赖性，测量精度高达0.1um，能满足大多数高精密测量需求。

Description

一种智能化高精密测高设备及其测高方法

技术领域

本发明涉及光通讯棱镜平面研磨技术领域，特别是涉及一种智能化高精密测高设备及其测高方法。

背景技术

目前，光通讯行业对贴盘棱镜的高度测量方式通常包括两种：即采用千分卡尺表和测高仪两种手动测量方式。前一种测量方式，由于测量尺本身的形状限制，只能测到光面载盘外围的产品；后一种测量方式需要多次挪动光面载盘进行测量，对于光面载盘与测高仪载物台的磨损较大，测量的损失成本高，而且在测量精细微小产品时，对位过程有撞伤测量针头的操作风险。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种智能化高精密测高设备及其测高方法，能够实现智能找料、精密测高、高点标识等测高动作，测量过程对物料外形、摆放状态、盘高一致性均无要求，大幅度降低对人员技能的依赖性，测量精度高达0.1um，能满足大多数高精密测量需求。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种智能化高精密测高设备，包括工作载台，所述工作载台上设置有产品模块，所述产品模块的下方设置有用于定心夹持的夹持模块，所述夹持模块的一侧设置有粗测模块、精测模块和三轴模块，所述粗测模块用于检测产品位置，所述精测模块用于测量产品高度，所述三轴模块用于带动所述粗测模块和精测模块移动，所述产品模块的上方设置有喷墨标识模块。

优选的，所述夹持模块包括转动设置在所述工作载台上方的回转夹盘，所述回转夹盘的一侧设置有夹紧动力气缸，所述回转夹盘和所述产品模块之间设置有定心夹紧机构。

优选的，所述定心夹紧机构包括设置在所述产品模块和回转夹盘之间的夹紧载台，所述夹紧载台的周向活动设置有多对夹紧轮和凸轮随动器，所述回转夹盘上对应每一所述凸轮随动器设置有朝向中心延伸的导引槽。

优选的，所述夹紧载台采用部分镂空设计，且采用000等级的大理石载台。

优选的，所述粗测模块包括光学传感器和第一让位气缸，所述精测模块包括位移传感器和第二让位气缸，所述位移传感器的底端设置为球面。

优选的，所述三轴模块包括X轴移动组件、Y轴移动组件和Z轴移动组件，所述Z轴移动组件包括Z向直线电机和光栅尺。

优选的，所述喷墨标识模块包括喷射阀和墨筒，所述喷射阀的一侧设置有第三让位气缸。

优选的，所述产品模块包括光面载盘，所述光面载盘的上方排布设置有贴盘棱镜，所述光面载盘的外侧设置有多组对射光电。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种智能化高精密测高设备的测高方法，包括如下过程：

S1、参数设置：预先对待测贴盘棱镜的种类进行统计，根据贴盘棱镜产品尺寸范围设计相应X轴移动组件、Y轴移动组件、Z轴移动组件的行程范围，光学传感器的量程技术参数；

S2、定位过程：夹紧动力气缸向前推动回转夹盘回转运动，回转夹盘的导引槽引导凸轮随动器向中心趋近运动，从而带动夹紧轮在直线导轨上向中心收紧运动，定心夹紧光面载盘，光面载盘固定好，对射光电检测到后，开始后面的扫描动作。

S3、扫描过程：光学传感器在三轴模块的带动下，依次移动至光面载盘上的测量区域，按照设定轨迹扫描找到待测的贴盘棱镜，并计算出待测贴盘棱镜的几何中心坐标。

S4、测量过程：三轴模块带动位移传感器对标的贴盘棱镜进行接触测量，然后对相邻光面载盘空白盘面进行接触测量，通过计算得出待测贴盘棱镜的高度，计算的方式如下：

上述位移传感器的触头(如下均称触头)与光面载盘上表面的距离记为H01，触头与贴盘棱镜上表面的距离记为H00，触头测量光面载盘时的收缩量记为ΔH2，触头测量贴盘棱镜上表面时的收缩量记为ΔH1，通过Z向直线电机的光栅尺得出触头与测量光面载盘移动截止点的距离记为H02，通过Z向直线电机的光栅尺给出触头与测量贴盘棱镜产品移动截止点的距离记为H03，ΔH1和ΔH2均由触头上的控制器给出，按照计算：H01＝H02-△H2，H00＝H03-△H1，待测贴盘棱镜的高度H＝H01-H00＝H02-△H2+△H1-H03。

S5、高点标识过程：完成四个点的标的贴盘棱镜测高后，筛选出较高的点，对较高点的贴盘棱镜由喷射阀装载油墨进行喷墨标识，待下一工序研磨时对标识位置进行顶点加压研磨，以修正贴盘棱镜的高度差，保证尺寸一致。

优选的，所述步骤S1参数设置中，可以设置不同的找料轨迹，通过光学传感器沿着预先设定的找料轨迹对光面载盘实施3D扫描建模，从而识别出贴盘棱镜的位置、外尺寸或者几何中心。

本发明的有益效果是：

本发明提供的一种智能化高精密测高设备及其测高方法，能够实现智能找料，精密测高，高点标识等智能化测高动作，由于设备具备较高智能性，测量过程对物料外形，摆放状态，盘高一致性均无要求，大幅降低此工序对人员技能的依赖性，测量精度高达0.1um，能满足大多数高精密测量需求；

同时，设备的差值计算和高点标识功能，可以对盘面上高度超标的产品或区域做出明显标记，与下道研磨工序进行了良好串联，整套设备智能化程度高，准确率高，有效降低人为失误造成的品质风险，大幅度降低作业难度，具有较高的技术创新性和技术推广性，特别对于离散多样的产品种类具有很好的兼容性。

附图说明

图1是本发明一种智能化高精密测高设备的立体结构示意图；

图2是本发明中夹持模块和产品模块的结构示意图；

图3是本发明中粗测模块、精测模块、喷墨标识模块的结构示意图；

图4是本发明中三轴模块的结构示意图；

图5是本发明中测高计算逻辑示意图；

附图中各部件的标记如下：

1、工作载台；2、回转夹盘；3、夹紧动力气缸；4、夹紧载台；5、夹紧轮；6、凸轮随动器；7、导引槽；8、光学传感器；9、第一让位气缸；10、位移传感器；11、第二让位气缸；12、X轴移动组件；13、Y轴移动组件；14、Z轴移动组件；15、喷射阀；16、墨筒；17、第三让位气缸；18、光面载盘；19、贴盘棱镜；20、对射光电。

具体实施方式

下面对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

实施例：

如图1所示，一种智能化高精密测高设备，包括工作载台1，工作载台1上设置有产品模块，产品模块的下方设置有用于定心夹持的夹持模块，夹持模块的一侧设置有粗测模块、精测模块和三轴模块，粗测模块用于检测产品位置，精测模块用于测量产品高度，三轴模块用于带动粗测模块和精测模块移动，产品模块的上方设置有喷墨标识模块，用于对尺寸高出平均线的产品进行标识，从而为后续的研磨提供参考指导。

如图1和图2所示，夹持模块包括回转夹盘2，回转夹盘2转动设置在工作载台1的上方，回转夹盘2的一侧设置有夹紧动力气缸3，夹紧动力气缸3以单动力纵置安装的方式提供驱动力，不占用设备过多尺寸，满足结构紧凑型。回转夹盘2和产品模块之间设置有定心夹紧机构，通过夹紧动力气缸3驱动定心夹紧机构对产品模块进行定位。关于产品模块，包括光面载盘18，光面载盘18的上方排布设置有贴盘棱镜19。定心夹紧机构包括有夹紧轮5，夹紧轮5能够用自转有效抵消定心夹紧运动中对光面载盘18造成的损伤；进一步的，定心夹紧机构还包括有凸轮随动器6，凸轮随动器6能够用自转有效抵消导向运动中产生的干摩擦。本设备的下部夹持模块设计为定心夹持方式，确保在新盘装入夹持的位置重复性好，在测同类产品时，减少找料时间。

如图1和图2所示，定心夹紧机构包括夹紧载台4，夹紧载台4设置在产品模块和回转夹盘2之间，夹紧轮5和凸轮随动器6活动设置在夹紧载台4的周向，夹紧轮5和凸轮随动器6设置为多对，且均匀间隔排布在夹紧载台4的轴向，提供平衡向心的夹持力，回转夹盘2上对应每一个凸轮随动器6设置有导引槽7，导引槽7朝向回转夹盘2的中心延伸，设备启动后，夹紧动力气缸3向前推动回转夹盘2进行回转运动，回转夹盘2上的导引槽7引导凸轮随动器6向中心趋近运动，带动夹紧轮5在直线导轨上往中心收紧运动，从而定心夹紧光面载盘18。

如图1和图2所示，光面载盘18的外侧设置有多组对射光电20，对射光电20的设置用于检测产品的有无，多组对射光电20的设置让设备实时区分不同尺寸的光面载盘，从而自动适配不同的扫描路径进行智能找料，当光面载盘18固定好，并且被对射光电20检测到后，开始后续的测量工作。其中，夹紧载台4采用000等级的大理石载台，用于提供高平整度的放置面；进一步的，夹紧载台4采用部分镂空设计，防止两高平整表面接触后产生吸附现象。

如图1和图3所示，粗测模块包括光学传感器8和第一让位气缸9，精测模块包括位移传感器10和第二让位气缸11，光学传感器8利用第一让位气缸9来兼容高低差大的棱镜，同时保护位移传感器10免于撞针。进一步的，位移传感器10的底端设置为球面，点接触的方式具有更好的测量重复性；进一步的，位移传感器10的触头选取高硬度高刚性材料的制成，确保在接触测量时不会因为触头变形带来测量误差。

如图1、图2和图4所示，三轴模块包括X轴移动组件12、Y轴移动组件13和Z轴移动组件14，Z轴移动组件14包括Z向直线电机和光栅尺，选取的Z向直线电机和位移传感器10的精度都达到0.1um，且两者的Z向运动直线度均通过打表校正保证。光学传感器8在三轴模块的带动下，依次走到光面载盘18上的某些特定测量区域，按照设定轨迹扫描找到待测贴盘棱镜19，并计算出待测贴盘棱镜19的几何中心坐标，扫描完成后，第二让位气缸11带动光学传感器8收回，同时三轴模块带动位移传感器10对标的棱镜进行接触测量，完成后对相邻空白盘面进行接触测量，通过计算得出待测贴盘棱镜19的高度。

如图1、图2和图3所示，喷墨标识模块包括喷射阀15和墨筒16，喷射阀15的一侧设置有第三让位气缸17，喷射阀15利用第三让位气缸17来兼容高低差大的棱镜，同时保护位移传感器10免于撞针。另外，墨筒16采用简洁快装方式，便于更换。完成多个点(一般取四个，每个间隔90°)的标的棱镜测高后，筛选出其中较高的点进行喷墨标识，后道研磨工序对此位置进行加压研磨。

结合图1～图5所示，本发明提供的一种智能化高精密测高设备的测高方法，包括如下过程：

S1、参数设置：预先对待测贴盘棱镜19的种类进行统计，根据贴盘棱镜19产品尺寸范围设计相应X轴移动组件12、Y轴移动组件13、Z轴移动组件14的行程范围，光学传感器8的量程技术参数；

在步骤S1参数设置中，可以设置不同的找料轨迹，通过光学传感器8沿着预先设定的找料轨迹对光面载盘18实施3D扫描建模，从而识别出贴盘棱镜19的位置、外尺寸或者几何中心。

S2、定位过程：夹紧动力气缸3向前推动回转夹盘2回转运动，回转夹盘2的导引槽7引导凸轮随动器6向中心趋近运动，从而带动夹紧轮5在直线导轨上向中心收紧运动，定心夹紧光面载盘18，光面载盘18固定好，对射光电20检测到后，开始后面的扫描动作。

S3、扫描过程：光学传感器8在三轴模块的带动下，依次移动至光面载盘18上的测量区域，按照设定轨迹扫描找到待测的贴盘棱镜19，并计算出待测贴盘棱镜19的几何中心坐标。

S4、测量过程：三轴模块带动位移传感器10对标的贴盘棱镜19进行接触测量，然后对相邻光面载盘18空白盘面进行接触测量，通过计算得出待测贴盘棱镜19的高度，计算的方式如下：

上述位移传感器10的触头(如下均称触头)与光面载盘18上表面的距离记为H01，触头与贴盘棱镜19上表面的距离记为H00，触头测量光面载盘18时的收缩量记为ΔH2，触头测量贴盘棱镜19上表面时的收缩量记为ΔH1，通过Z向直线电机的光栅尺得出触头与测量光面载盘移动截止点的距离记为H02，通过Z向直线电机的光栅尺给出触头与测量贴盘棱镜产品移动截止点的距离记为H03，ΔH1和ΔH2均由触头上的控制器给出，按照计算：H01＝H02-△H2，H00＝H03-△H1，待测贴盘棱镜的高度H＝H01-H00＝H02-△H2+△H1-H03。

S5、高点标识过程：完成四个点的标的贴盘棱镜19测高后，筛选出较高的点，对较高点的贴盘棱镜19由喷射阀15装载油墨进行喷墨标识，待下一工序研磨时对标识位置进行顶点加压研磨，以修正贴盘棱镜的高度差，保证尺寸一致。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种智能化高精密测高设备的测高方法，其特征在于，包括如下过程：

S1、参数设置：预先对待测的贴盘棱镜（19）的种类进行统计，根据贴盘棱镜（19）产品尺寸范围设计相应X轴移动组件（12）、Y轴移动组件（13）、Z轴移动组件（14）的行程范围，光学传感器（8）的量程技术参数；

S2、定位过程：夹紧动力气缸（3）向前推动回转夹盘（2）回转运动，回转夹盘（2）的导引槽（7）引导凸轮随动器（6）向中心趋近运动，从而带动夹紧轮（5）在直线导轨上向中心收紧运动，定心夹紧光面载盘（18），光面载盘（18）固定好，对射光电（20）检测到后，开始后面的扫描动作；

S3、扫描过程：光学传感器（8）在三轴模块的带动下，依次移动至光面载盘（18）上的测量区域，按照设定轨迹扫描找到待测的贴盘棱镜（19），并计算出待测的贴盘棱镜（19）的几何中心坐标；

S4、测量过程：三轴模块带动位移传感器（10）对标的的贴盘棱镜（19）进行接触测量，然后对相邻的光面载盘（18）空白盘面进行接触测量，通过计算得出待测的贴盘棱镜（19）的高度，计算的方式如下：

上述位移传感器（10）的触头与光面载盘（18）上表面的距离记为H01，触头与贴盘棱镜（19）上表面的距离记为H00，触头测量光面载盘（18）时的收缩量记为ΔH2，触头测量贴盘棱镜（19）上表面时的收缩量记为ΔH1，通过Z向直线电机的光栅尺得出触头与测量光面载盘（18）移动截止点的距离记为H02，通过Z向直线电机的光栅尺给出触头与测量贴盘棱镜（19）产品移动截止点的距离记为H03，ΔH1和ΔH2均由触头上的控制器给出，按照计算：H01 =H02-△H2，H00 = H03-△H1，待测的贴盘棱镜（19）的高度H = H01-H00 = H02-△H2+△H1-H03；

S5、高点标识过程：完成四个点的标的的贴盘棱镜（19）测高后，筛选出较高的点，对较高点的贴盘棱镜（19）由喷射阀（15）装载油墨进行喷墨标识，待下一工序研磨时对标识位置进行顶点加压研磨，以修正贴盘棱镜（19）的高度差，保证尺寸一致；

上述测高方法所用的智能化高精密测高设备，包括工作载台（1），所述工作载台（1）上设置有产品模块，所述产品模块的下方设置有用于定心夹持的夹持模块，所述夹持模块的一侧设置有粗测模块、精测模块和三轴模块，所述粗测模块用于检测产品位置，所述精测模块用于测量产品高度，所述三轴模块用于带动所述粗测模块和精测模块移动，所述产品模块的上方设置有喷墨标识模块。

2.根据权利要求1所述的一种智能化高精密测高设备的测高方法，其特征在于：所述夹持模块包括转动设置在所述工作载台（1）上方的回转夹盘（2），所述回转夹盘（2）的一侧设置有夹紧动力气缸（3），所述回转夹盘（2）和所述产品模块之间设置有定心夹紧机构。

3.根据权利要求2所述的一种智能化高精密测高设备的测高方法，其特征在于：所述定心夹紧机构包括设置在所述产品模块和回转夹盘（2）之间的夹紧载台（4），所述夹紧载台（4）的周向活动设置有多对夹紧轮（5）和凸轮随动器（6），所述回转夹盘（2）上对应每一所述凸轮随动器（6）设置有朝向中心延伸的导引槽（7）。

4.根据权利要求3所述的一种智能化高精密测高设备的测高方法，其特征在于：所述夹紧载台（4）采用部分镂空设计，且采用000等级的大理石载台。

5.根据权利要求1所述的一种智能化高精密测高设备的测高方法，其特征在于：所述粗测模块包括光学传感器（8）和第一让位气缸（9），所述精测模块包括位移传感器（10）和第二让位气缸（11），所述位移传感器（10）的底端设置为球面。

6.根据权利要求1所述的一种智能化高精密测高设备的测高方法，其特征在于：所述三轴模块包括X轴移动组件（12）、Y轴移动组件（13）和Z轴移动组件（14），所述Z轴移动组件（14）包括Z向直线电机和光栅尺。

7.根据权利要求1所述的一种智能化高精密测高设备的测高方法，其特征在于：所述喷墨标识模块包括喷射阀（15）和墨筒（16），所述喷射阀（15）的一侧设置有第三让位气缸（17）。

8.根据权利要求1所述的一种智能化高精密测高设备的测高方法，其特征在于：所述产品模块包括光面载盘（18），所述光面载盘（18）的上方排布设置有贴盘棱镜（19），所述光面载盘（18）的外侧设置有多组对射光电（20）。

9.根据权利要求1所述的一种智能化高精密测高设备的测高方法，其特征在于：所述步骤S1参数设置中，设置不同的找料轨迹，通过光学传感器（8）沿着预先设定的找料轨迹对光面载盘（18）实施3D扫描建模，从而识别出贴盘棱镜（19）的位置、外尺寸或者几何中心。