CN116182667A - 方棒几何参数检测机及检测方法 - Google Patents

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CN116182667A CN202310304856.7A CN202310304856A CN116182667A CN 116182667 A CN116182667 A CN 116182667A CN 202310304856 A CN202310304856 A CN 202310304856A CN 116182667 A CN116182667 A CN 116182667A
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Abstract

本申请公开了一种方棒几何参数检测机及检测方法，方棒几何参数检测机包括机座、支撑机构、检测机构、驱动机构和控制器，支撑机构安装在机座上，支撑机构上设有标准块、方棒、激光测距传感器，检测机构包括检测基板、接触式测量传感器，检测基板上设有供方棒与支撑机构通过的通道，接触式测量传感器用于感应方棒的横截面位点信息，驱动机构与检测基板相连以驱动检测基板前后往复移动，控制器用于控制检测机中各电气元件的工作情况，根据激光测距传感器和接触式测量传感器检测到的信息计算方棒的几何参数值，该方棒几何参数检测机根据检测参数需求精准获取方棒对应的几何参数值，参数检测准确度及检测效率高，可检测的方棒几何参数类型多。

Description

方棒几何参数检测机及检测方法
技术领域
本发明属于的技术领域，尤其涉及方棒几何参数检测机及检测方法。
背景技术
在太阳能单晶硅片制造过程中，需要将单晶硅棒磨削切方制成单晶方棒。为了保证单晶方棒的产品质量，需要在出厂及生产工序中对对单晶方棒的几何参数信息如长度、垂直度等进行检测工作。传统的方棒检测工作一般由人工进行，随着技术发展，人们研发了方棒全自动检测机已经行自动化检测，现有的方棒全自动检测机存在检测精度不够高,方棒几何参数可检测项数较少等问题。
发明内容
本发明的目的就是解决背景技术中的问题，提出一种方棒几何参数检测机及检测方法。
为实现上述目的，本发明提出了一种方棒几何参数检测机，包括：
机座；
支撑机构，所述支撑机构安装在机座上，支撑机构上安装有标准块、检测方棒长度用的激光测距传感器，支撑机构上放置有待检测的方棒，所述标准块中部设有通孔；
检测机构，所述检测机构包括检测基板、安装在检测基板上的若干接触式测量传感器，所述检测基板上设有供方棒与支撑机构通过的通道，所述接触式测量传感器用于感应方棒和标准块的横截面位点信息；
驱动机构，所述驱动机构安装在机座上，驱动机构与检测基板相连，用于驱动检测基板前后往复移动；
控制器，所述控制器用于控制检测机中各电气元件的工作情况，根据激光测距传感器检测到的长度信息和接触式测量传感器检测到的横截面位点信息计算方棒的几何参数值，几何参数值包括方棒的长度、边长、垂直度、锥度、直径、弦长、弦长投影中的至少一种。
作为优选，所述支撑机构包括支撑立板和支撑横杆，两根支撑横杆相平行设置并形成有与方棒、标准块侧面相适应的V形限位区，支撑横杆的两端分别与两块支撑立板相连，支撑横杆安装有标准块固定板和若干接触块，所述激光测距传感器安装在支撑立板上。
作为优选，所述标准块固定板上安装有可移动的顶紧块，标准块固定板设有卡口，所述标准块放置在标准块固定板的卡口处并用螺钉使得顶紧块将标准块紧贴固定在标准块固定板上。
作为优选，所述驱动机构包括主动丝杠滑块模组、从动丝杠滑块模组，所述主动丝杠滑块模组的丝杠与第一伺服电机相连，所述检测基板的两端分别与主动丝杠滑块模组、从动丝杠滑块模组上滑块相连。
作为优选，其中部分所述接触式测量传感器由线性模组控制其以移动使得该接触式测量传感器与方棒、标准块感应以获取横截面位点信息。
作为优选，所述检测基板的正面安装有若干吹气喷嘴、位移传感器，检测基板的反面安装有端面测长传感器，所述吹气喷嘴的喷嘴口朝向所述通道设置。
作为优选，所述检测基板底部安装有光栅尺。
作为优选，所述检测基板底部安装有若干防撞杆，所述检测基板底部一侧安装有光电开关挡片，所述机座上设有两个光电开关座，所述检测基板移动至最大限位时光电开关挡片挡住光电开关座。
本发明还提出了一种基于上述方棒几何参数检测机的检测方法，包括以下几个步骤：
以检测基板的中心位置作为坐标原点，建立坐标系；
取方棒第一位置的纵截面外侧的若干位点作为第一检测点，确定各位点相应的位置坐标，接触式测量传感器感应测量各位点距离方棒纵截面外沿的距离；
水平移动检测基板至方棒的第二位置，取方棒第二外置的纵截面外侧的若干位点作为第二检测点，确定各位点相应的位置坐标，接触式测量传感器感应测量各位点距离方棒纵截面外沿的距离；
根据各第一检测点位置的距离值、位置坐标以及各第二检测点位置的距离值、位置坐标，计算方棒的几何参数值，几何参数值包括方棒的长度、边长、垂直度、锥度、直径、弦长、弦长投影中的至少一种。
作为优选，所述方棒为长方体形状且长方体四周拐角位置经过倒角处理，选取所述方棒端面外沿的位点数为10且分别位于方棒端面外沿相邻的两条边上。
本发明的有益效果：本发明通过将方棒、标准块放置在支撑机构上，通过驱动检测机构移动，检测机构的多个接触式测量传感器能够检测方棒与标准块的横截面多个位点信息计算方棒的多个几何参数值，并将方棒的几何参数值与标准块的对应几何参数值进行对比，判断方棒质量是否合格，方棒几何参数检测机根据检测参数需求精准获取方棒对应的几何参数值，参数检测准确度及检测效率高。
本发明的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。
附图说明
图1是本发明实施例的结构示意图。
图2是本发明实施例的支撑机构示意图。
图3是本发明实施例的机座示意图。
图4是本发明实施例的检测机构示意图。
图5是本发明实施例的检测机构示意图。
图6是本发明实施例的检测机构局部示意图。
图7是本发明实施例的检测机构局部示意图。
图8是本发明实施例的方棒坐标系示意图。
图9是本发明实施例的方棒平面与弦长位置关系示意图。
图10是本发明实施例的方棒测量截面外切圆弦长关系图。
图中：1-机座、2-支撑机构、3-检测机构、4-标准块、5-方棒、6-接触式测量传感器、7-线性模组、11-驱动机构、21-标准块固定板、22-接触块、23-、24-顶紧块、31-喷气喷嘴、32-位移传感器、33-端面测长传感器、34-防撞杆、35-光栅尺。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。在本申请的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
下面结合各附图，对本发明做详细描述。
参阅图1至图7，本实施例提供了方棒几何参数检测机，包括：
机座1；
支撑机构2，其安装在机座1上，支撑机构2上安装有标准块4、检测方棒5长度用的激光测距传感器23，支撑机构上放置有待检测的方棒5，标准块4中部设有供激光测距传感器23对射用的通孔，通过激光测距传感器23的激光对射原理检测方棒5长度；
检测机构3，包括检测基板、安装在检测基板上的若干接触式测量传感器6，检测基板上设有供方棒5与支撑机构2通过的通道，接触式测量传感器6用于感应方棒5和标准块4的横截面位点信息，其中，各接触式测量传感器6围绕检测基板的中心位置设置；
驱动机构11，其安装在机座1上，驱动机构11与检测基板相连，用于驱动检测基板前后往复移动；
控制器，用于控制检测机中各电气元件的工作情况，根据激光测距传感器23检测到的长度信息和接触式测量传感器6检测到的横截面位点信息计算方棒的几何参数值，几何参数值包括方棒的长度、边长、垂直度、锥度、直径、弦长、弦长投影中的至少一种。
机座1采用大理石台面，机座1底部设有支撑架，支撑架四个支撑脚位置安装有万向轮，机座一侧设置有电气柜。
参阅图2，支撑机构2包括支撑立板和支撑横杆，两根支撑横杆相平行设置并形成有与方棒5、标准块4侧面相适应的V形限位区，支撑横杆的两端分别与两块支撑立板相连，支撑横杆安装有标准块固定板21和若干接触块22，激光测距传感器23安装在支撑立板上，接触块22的设置使得方棒放置后相对平整。
标准块固定板21上安装有可移动的顶紧块24，标准块固定板21设有卡口，标准块4放置在标准块固定板21的卡口处并用螺钉使得顶紧块24将标准块4紧贴固定在标准块固定板21上，方便安装不同厚度尺寸的标准块4。
参阅图3，驱动机构11包括主动丝杠滑块模组、从动丝杠滑块模组，主动丝杠滑块模组的丝杠与第一伺服电机相连，检测基板的两端分别与主动丝杠滑块模组、从动丝杠滑块模组上滑块相连。
参阅图4至图7，其中部分接触式测量传感6由线性模组7控制其以移动使得该接触式测量传感器6与方棒5、标准块4感应以获取横截面位点信息，线性模组7为推杆滑块模组，接触式测量传感器6安装在推杆滑块模组的滑块上，推杆滑块模组可设置一个或垂直相交设置，当垂直相交设置时，位于上方的推杆模块模组与位于下方的推杆模块模组的滑块相连，推杆滑块模组的驱动元件为电机或气缸。
检测基板的正面安装有若干吹气喷嘴31、位移传感器32，检测基板的反面安装有端面测长传感器33，吹气喷嘴31的喷嘴口朝向通道设置，喷气喷嘴31与供气单元相连以对方棒5或标准块4进行喷气处理去除表面杂质。
检测基板底部安装有光栅尺35。
检测基板底部安装有若干防撞杆34，检测基板底部一侧安装有光电开关挡片，机座顶端中部设有两个光电开关座，检测基板移动至最大限位时光电开关挡片挡住光电开关座，限定检测基板的最大活动范围，保证工作安全性，避免发生碰撞。
本发明还提出了一种基于上述方棒几何参数检测机的检测方法，包括以下几个步骤：
以检测基板的中心位置作为坐标原点，建立坐标系；
取方棒第一位置的纵截面外侧的若干位点作为第一检测点，确定各位点相应的位置坐标，接触式测量传感器感应测量各位点距离方棒纵截面外沿的距离；
水平移动检测基板至方棒的第二位置，取方棒第二外置的纵截面外侧的若干位点作为第二检测点，确定各位点相应的位置坐标，接触式测量传感器感应测量各位点距离方棒纵截面外沿的距离；
根据各第一检测点位置的距离值、位置坐标以及各第二检测点位置的距离值、位置坐标，计算方棒的几何参数值，几何参数值包括方棒的长度、边长、垂直度、锥度、直径、弦长、弦长投影中的至少一种。
具体地，方棒5为长方体形状且长方体四周拐角位置经过倒角处理，本实施例中选取方棒5端面外沿的位点数为10且分别位于方棒5端面外沿相邻的两条边上。
如图8至10所示，该方棒几何参数检测机实际使用时，图中A、B、C、D、E为方棒第一位置纵截面两条相邻边外侧的五个点并作为第一检测点，A和B处于方棒第一位置纵截面的第一条边外侧，D和E处于方棒第一位置纵截面的第二条边外侧，C点处于方棒第一位置纵截面的第一条边和第二条边衔接的过渡圆弧段外侧，接触式测量传感器感应测量A、B、C、D、E五个位点到方棒第一位置纵截面的距离值，设A、B、C、D、E位点的位置坐标分别为A(xA,yA,zA),B(xB,yB,zB),C(xC,yC,zC),D(xD,yD,zD),E(xE,yE,zE)，A、B、C、D、E五个位点到对应该位置方棒的纵截面外沿两条相邻边的五个点分别记为A1、B1、C1、D1、E1，其中，A、B、C、D、E五个位点到A1、B1、C1、D1、E1位点的距离值分别记为d1、d2、d5、d7、d8，而A1、B1、C1、D1、E1位点的坐标分别为A1(xA,yA,zA-d1),B1(xB,yB,zB-d2),C1(xC,yC,zC-d5),D1(xD,yD-d7,zD),E1(xE,yE-d8,zE)。
启动第一伺服电机，使得检测基板沿方棒长度方向移动一段距离后停止，取该位置方棒的纵截面外沿两条相邻边外侧的五个点A’、B’、C’、D’、E’作为第二检测点，A’、B’、C’、D’、E’五个位点到对应该位置方棒的纵截面外沿两条相邻边的五个点分别记为A2、B2、C2、D2、E2，其中，A’、B’、C’、D’、E’五个位点到A2、B2、C2、D2、E2五个位点的距离值分别记为d3、d4、d6、d9、d10，A’、B’、C’、D’、E’五个位点的坐标分别为A’(xA’,yA’,zA’),B’(xB’,yB’,zB’),C’(xC’,yC’,zC’),D’(xD’,yD’,zD’),E’(xE’,yE’,zE’)，而A2、B2、C2、D2、E2位点的坐标分别为A2(xA’,yA’,zA’-d3),B2(xB’,yB’,zB’-d4),C2(xC’,yC’,zC’-d6),D2(xD’,yD’,zD’-d9),E2(xE’,yE’,zE’-d10)。
图中M、N、H、O、P为方棒上相对A、B、C、D、E五个点设置，设M、N、H、O、P位点的位置坐标分别为M(xM,yM,zM),N(xN,yN,zN),H(xH,yH,zH),O(xO,yO,zO),P(xP,yP,zP)，同理，M1、N1、H1、O1、P1为方棒上相对A1、B1、C1、D1、E1五个点设置,M、N、H、O、P五个位点到M1、N1、H1、O1、P1位点的距离值分别记为d11、d12、d15、d16、d17，M2、N2、H2、O2、P2为方棒上相对A2、B2、C2、D2、E2五个点设置,M2、N2、O2、P2五个位点到M’、N’、O’、P’位点的距离值分别记为d13、d14、d18、d19。
A1B1A2B2平面空间方程为：
Figure BDA0004146420620000091
法向量：
Figure BDA0004146420620000092
A1B1A2B2方程为:
-(yA′-yA)(d1-d2)(x-xA)+(d3-d1)(xB-xA)(y-yA)+(xB-xA)(yA′-yA)(z-zA+d1)＝0同理，D1E1D2E2平面法向量：
Figure BDA0004146420620000101
D1E1D2E2平面方程：
-(d7-d9)(ZE-ZD)(x-xD)+(ZE-ZD)(xD′-xD)(y-yD+d7)+(xD′-xD)(d8-d7)(z-zD)＝0
M1N1M2N2平面法向量：
Figure BDA0004146420620000102
/>
Figure BDA0004146420620000103
当测量方棒边长时，可以根据平面上点到基准平面垂直距离进行计算，以A1B1A2B2作为基准平面为例。
Figure BDA0004146420620000104
当计算方棒边长时，也可以根据圆心到直线的距离进行计算：
Figure BDA0004146420620000111
Figure BDA0004146420620000112
Figure BDA0004146420620000113
θ为弦长所在平面与投影平面间夹角。
当需要测量方棒垂直度时，通过相邻两平面夹角作为相邻两面垂直度，计算公式如下：
Figure BDA0004146420620000114
Figure BDA0004146420620000115
当测量方棒锥度时，计算公式如下：
Figure BDA0004146420620000116
当需要测量方棒的直径时，该直径为方棒截面四角圆弧所在圆的直径即外切圆的直径，设
Figure BDA0004146420620000117
和/>
Figure BDA0004146420620000118
为第一测量位置得到的圆弧上最高两点。/>
Figure BDA0004146420620000119
垂直于A1B1A2B2的面的法向量为：
Figure BDA0004146420620000121
，方棒的直径
Figure BDA0004146420620000122
测量分析方棒的弦长偏差误差，当弦长与平面交线小于45°时，弦长与平面交线夹角为ε，θ为弦长所在平面与投影平面间夹角，则弦长在投影平面投影长度为：
Figure BDA0004146420620000123
由公式可知，当ε、θ很小时，四次项(sinεsinθ)2可忽略不计，因此，可直接以测量平面弦长代替实际弦长。
当弦长与平面交线大于45°时，弦长与平面交线夹角为ε，θ为弦长所在平面与投影平面间夹角，则弦长在投影平面投影长度为：
Figure BDA0004146420620000124
由公式可知，当ε、θ很小时，四次项(cosεsinθ)2可简化为(sinθ)2，简化后l投＝l弦·cosθ。
测量方棒的弦长时，在第一个测量点直线A1B1在坐标系yoz中的方程为：
直线方程：
lA1B1:
Figure BDA0004146420620000125
lD1E1:
Figure BDA0004146420620000126
lM1N1:
Figure BDA0004146420620000127
lO1P1：
Figure BDA0004146420620000131
方棒第一检测位置所在截面的外切圆的中心记为01，其坐标为
Figure BDA0004146420620000132
圆在y0z平面方程：
Figure BDA0004146420620000133
圆心01到直线A1B1距离为:
Figure BDA0004146420620000134
/>
圆心01到直线D1E1距离为:
Figure BDA0004146420620000135
Figure BDA0004146420620000136
直线A1B1与D1E1的夹角
Figure BDA0004146420620000137
Figure BDA0004146420620000138
Figure BDA0004146420620000139
弦长对应的角度δ＝π-β1-β2-α，
弦长
Figure BDA00041464206200001310
测量方棒的弦长投影时，
Figure BDA0004146420620000141
Figure BDA0004146420620000142
同理，
Figure BDA0004146420620000143
上述实施例是对本发明的说明，不是对本发明的限定，任何对本发明简单变换后的方案均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种方棒几何参数检测机，其特征在于,包括：
机座；
支撑机构，所述支撑机构安装在机座上，支撑机构上安装有标准块、检测方棒长度用的激光测距传感器，支撑机构上放置有待检测的方棒，所述标准块中部设有通孔；
检测机构，所述检测机构包括检测基板、安装在检测基板上的若干接触式测量传感器，所述检测基板上设有供方棒与支撑机构通过的通道，所述接触式测量传感器用于感应方棒和标准块的横截面位点信息；
驱动机构，所述驱动机构安装在机座上，驱动机构与检测基板相连，用于驱动检测基板前后往复移动；
控制器，所述控制器用于控制检测机中各电气元件的工作情况，根据激光测距传感器检测到的长度信息和接触式测量传感器检测到的横截面位点信息计算方棒的几何参数值，几何参数值包括方棒的长度、边长、垂直度、锥度、直径、弦长、弦长投影中的至少一种。
2.如权利要求1所述的方棒几何参数检测机，其特征在于：所述支撑机构包括支撑立板和支撑横杆，两根支撑横杆相平行设置并形成有与方棒、标准块侧面相适应的V形限位区，支撑横杆的两端分别与两块支撑立板相连，支撑横杆安装有标准块固定板和若干接触块，所述激光测距传感器安装在支撑立板上。
3.如权利要求2所述的方棒几何参数检测机，其特征在于：所述标准块固定板上安装有可移动的顶紧块，标准块固定板设有卡口，所述标准块放置在标准块固定板的卡口处并用螺钉使得顶紧块将标准块紧贴固定在标准块固定板上。
4.如权利要求1所述的方棒几何参数检测机，其特征在于：所述驱动机构包括主动丝杠滑块模组、从动丝杠滑块模组，所述主动丝杠滑块模组的丝杠与第一伺服电机相连，所述检测基板的两端分别与主动丝杠滑块模组、从动丝杠滑块模组上滑块相连。
5.如权利要求1所述的方棒几何参数检测机，其特征在于：其中部分所述接触式测量传感器由线性模组控制其以移动使得该接触式测量传感器与方棒、标准块感应以获取横截面位点信息。
6.如权利要求1所述的方棒几何参数检测机，其特征在于：所述检测基板的正面安装有若干吹气喷嘴、位移传感器，检测基板的反面安装有端面测长传感器，所述吹气喷嘴的喷嘴口朝向所述通道设置。
7.如权利要求1所述的方棒几何参数检测机，其特征在于：所述检测基板底部安装有光栅尺。
8.如权利要求1所述的方棒几何参数检测机，其特征在于：所述检测基板底部安装有若干防撞杆，所述检测基板底部一侧安装有光电开关挡片，所述机座上设有两个光电开关座，所述检测基板移动至最大限位时光电开关挡片挡住光电开关座。
9.一种如权利要求1至8任一项所述方棒几何参数检测机的检测方法，其特征在于：包括以下几个步骤：
以检测基板的中心位置作为坐标原点，建立坐标系；
取方棒第一位置的纵截面外侧的若干位点作为第一检测点，确定各位点相应的位置坐标，接触式测量传感器感应测量各位点距离方棒纵截面外沿的距离；
水平移动检测基板至方棒的第二位置，取方棒第二外置的纵截面外侧的若干位点作为第二检测点，确定各位点相应的位置坐标，接触式测量传感器感应测量各位点距离方棒纵截面外沿的距离；
根据各第一检测点位置的距离值、位置坐标以及各第二检测点位置的距离值、位置坐标，计算方棒的几何参数值，几何参数值包括方棒的长度、边长、垂直度、锥度、直径、弦长、弦长投影中的至少一种。
10.如权利要求9所述的检测方法，其特征在于：所述方棒为长方体形状且长方体四周拐角位置经过倒角处理，选取所述方棒端面外沿的位点数为10且分别位于方棒端面外沿相邻的两条边上。
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