CN218765106U - 一种测量系统 - Google Patents

Abstract

一种测量系统，包括四个呈圆周阵列分布的移动机构，移动机构上均设有端面间隙测量机构，端面间隙测量机构上均设有位姿测量机构，其中一对位姿测量机构的上端设有轴孔测量机构；端面间隙测量机构包括设于移动机构上的控制盒，控制盒上连接有工业相机，工业相机上通过远心镜头进行端面间隙测量观测，且采用红外光源补光，通过端面间隙测量机构上的工业相机可实时地检测装配过程中上、下件的端面间隙。并利用工件圆周方向的刻线特征，对装配过程上、下件的圆周方位进行检测。

Description

一种测量系统

技术领域

本实用新型涉及工业自动化技术领域，尤其涉及一种测量系统。

背景技术

盘状工件的精密叠合是指在进行盘状工件的叠合时或者叠合后需要对盘状工件之间的间隙、盘状工件的位置及同轴度或者孔轴位置进行精确测量，并根据测量结果对盘状工件进行组装和校准。而目前所采用的测量系统测量精度较低，并且大部分采用的是机械测量方法，同时测量时采用的是静态测量方式，因此不能全面且客观地反馈出测量结果。

实用新型内容

本实用新型提供了一种测量系统，以解决上述现有技术的不足，在进行盘状工件组装叠合时，能对盘状工件之间的间隙、盘状工件的位置姿态及同轴度或者孔轴的位置进行测量，从而便于实现盘状工件的精确叠合操作。

为了实现本实用新型的目的，拟采用以下技术：

一种测量系统，包括四个呈圆周阵列分布的移动机构，移动机构上均设有端面间隙测量机构，端面间隙测量机构上均设有位姿测量机构，其中一对位姿测量机构的上端设有轴孔测量机构；

端面间隙测量机构包括设于移动机构上的控制盒，控制盒上连接有工业相机，工业相机上通过远心镜头进行端面间隙测量观测，且采用红外光源补光，通过端面间隙测量机构上的工业相机可实时地检测装配过程中上、下件的端面间隙。并利用工件圆周方向的刻线特征，对装配过程上、下件的圆周方位进行检测。

位姿测量机构包括一对设于移动机构上的固定下板，固定下板的上端安装有L形板，L形板上设有激光位移传感器，激光位移传感器的内侧下端设有斜光发射接收口，激光位移传感器的上端设有水平光发射接收口，本方案设计运用四路激光位移传感器，分别安装在移动机构上，并且移动机构之间呈度均布，四路激光线均沿水平方向，同时四路激光位移传感器可通过升降轴实现整体的上下移动，分别实现对轴工件和孔工件空间形貌的扫查，通过拟合轴工件金属棒和孔工件金属圆柱体的中轴线，计算两个中轴线之间的夹角，反馈给自动平台对轴工件的姿态进行调整，使得轴工件和孔工件的姿态对齐。

轴孔测量机构包括安装于L形板上端的安装基板，安装基板向上延伸地设有上延板，上延板的上端倾斜设有斜板，斜板上安装有第二工业相机，第二工业相机上设有高清镜头，且通过白光光源补光。通过上述的第二工业相机能够进行轴孔装配前，轴孔工件轴线对齐测量，轴孔装配前的轴孔位置安全确认，以及装配过程中轴、孔工件间隙实时监测。

进一步地，移动机构包括底座，底座的上壁两端分别安装有移动端座，移动端座之间转动设有移动丝杆，移动丝杆的一端连接有移动电机，移动电机安装于底座上，移动端座之间下侧还设有凹形导向件，移动丝杆上设有移动座，移动座的下端设于凹形导向件内，移动端座的上端设有上板，移动座的上端套设于上板上，且移动座上端安装有移动底板，控制盒与工业相机均安装于移动底板上，且固定下板安装于移动底板上。

进一步地，移动机构的下端分别设有一个升降丝杠，升降丝杠用于调节端面间隙测量机构、位姿测量机构及轴孔测量机构的高度，通过升降丝杠的设置方便对诸如金属棒的姿态进行测量。

进一步地，斜光发射接收口所发出光的光路为倾斜向上设置。

进一步地，斜板的上端向外倾斜，以使第二工业相机的镜头向下倾斜延伸，通过这种设计方式方便进行轴孔的测量操作。

上述技术方案的优点在于：

本实用新型通过端面间隙测量机构、位姿测量机构和轴孔测量机构在进行工件组装时，方便对工件之间的端面间隙进行测量，其次方便对各个工件所处的位置及姿态进行测量，并方便进行同轴度检测，以确保组装时的精度，具有较强的实用性。

附图说明

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型做进一步的详细描述。

图1示出了其中一种实施例的立体结构图。

图2示出了A处放大图。

图3示出了B处放大图。

图4示出了移动机构的立体结构图。

具体实施方式

如图1~图4所示，一种测量系统，包括四个呈圆周阵列分布的移动机构1，移动机构1上均设有端面间隙测量机构2，端面间隙测量机构2上均设有位姿测量机构3，其中一对位姿测量机构3的上端设有轴孔测量机构4。

端面间隙测量机构2包括设于移动机构1上的控制盒20，控制盒20上连接有工业相机，工业相机上通过远心镜头进行端面间隙测量观测，且采用红外光源补光。

位姿测量机构3包括一对设于移动机构1上的固定下板30，固定下板30的上端安装有L形板31，L形板31上设有激光位移传感器33，激光位移传感器33的内侧下端设有斜光发射接收口34，激光位移传感器33的上端设有水平光发射接收口35。斜光发射接收口34所发出光的光路为倾斜向上设置。

轴孔测量机构4包括安装于L形板31上端的安装基板40，安装基板40向上延伸地设有上延板41，上延板41的上端倾斜设有斜板42，斜板42上安装有第二工业相机44，第二工业相机44上设有高清镜头，且通过白光光源补光。斜板42的上端向外倾斜，以使第二工业相机44的镜头向下倾斜延伸。

移动机构1包括底座10，底座10的上壁两端分别安装有移动端座11，移动端座11之间转动设有移动丝杆14，移动丝杆14的一端连接有移动电机15，移动电机15安装于底座10上，移动端座11之间下侧还设有凹形导向件13，移动丝杆14上设有移动座16，移动座16的下端设于凹形导向件13内，移动端座11的上端设有上板12，移动座16的上端套设于上板12上，且移动座16上端安装有移动底板17，控制盒20与工业相机均安装于移动底板17上，且固定下板30安装于移动底板17上。移动机构1的下端分别设有一个升降丝杠，升降丝杠用于调节端面间隙测量机构2、位姿测量机构3及轴孔测量机构4的高度。移动机构1在进行移动时，通过移动电机15带动移动丝杆14进行转动，并通过移动丝杆14的转动将实现移动座16的位置调节，进而达到调节上述三个机构位置的调节，进而便于在测量时对其进行适应性的调节。

位姿测量机构3在对细长轴直径d=3mm、长400 mm的金属棒进行空间形貌扫查时，激光位移传感器33细长轴上端和下端测得的点阵数据经数据处理成圆周坐标，即为产品的圆周曲线坐标，通过圆拟合计算得到第1个圆心坐标(x1,y1)；激光传感器随升降丝杠上移一段距离f1，获得产品的圆周曲线坐标，通过圆拟合计算得到第 2 个圆心坐标(x2,y2)；重复N次激光位移传感器33随升降丝杠上移一段距离f1，获得产品的圆周曲线坐标，通过圆拟合计算得到第N个圆心坐标(xN,yN);从而得到轴工件金属棒中轴线上的N个三维点坐标(x1,y1,0),(x2,y2,f1),……，(xN,yN,Nf1-f1)，通过最小二乘法进行直线拟合可得到轴工件金属棒中轴线直线方程，计算出其偏转角度及位置。

位姿测量机构3在对直径200-300mm金属圆柱体，获取孔工件三维形貌数据，并拟合得到金属圆柱体中轴线。4个激光位移传感器33，成90°夹角安装，在测量时通过升降丝杠上升至拟定的位置1进行数据采集测量。测量系统同时获取4个激光位移传感器33的点阵数据。激光位移传感器33在孔工件测得的点阵数据经数据处理成圆周坐标，即为产品的圆周曲线坐标，通过圆拟合计算得到第1个圆心坐标(x1,y1)；激光传感器随升降平台上移一段距离f1，获得产品圆周曲线坐标，通过圆拟合计算得到第2个圆心坐标(x2,y2)；重复N次激光传感器随升降丝杠上移一段距离f1，获得产品的圆周曲线坐标，通过圆拟合计算得到第N个圆心坐标(xN,yN);从而得到孔工件金属圆柱体中轴线上的N个三维点坐标(x1,y1,0),(x2,y2,f1),……，(xN,yN,Nf1-f1)，通过最小二乘法进行直线拟合可得到孔工件金属圆柱体中轴线直线方程，计算出其偏转角度及位置。

直径200-300mm为金属圆柱体在对接装配完成后，对金属圆柱体上、下件错位量进行测量时。4个激光位移传感器33，成 90°夹角安装，在测量时通过升降丝杠控制激光位移传感器33的测量对象，分别在轴工件和孔工件区域测量N组圆周曲线坐标，通过圆拟合计算得到圆心坐标，针对轴工件和孔工件区域通过最小二乘法进行直线拟合得到轴工件中轴线和孔工件中轴线直线方程，计算两条中轴线之间的位姿偏差，即为金属圆柱体的上下错位量。激光位移传感器33在轴工件产品下测得的点阵数据经数据处理成圆周坐标，即为产品的圆周曲线坐标，通过圆拟合计算得到第 1 个圆心坐标(x1,y1)；激光传感器随升降丝杠上移一段距离 f1，获取产品的圆周曲线坐标，通过圆拟合计算得到第 2 个圆心坐标(x2,y2)；重复N次激光传感器随升降台上移一段距离f1，获得产品的圆周曲线坐标，通过圆拟合计算得到第N个圆心坐标(xN,yN);从而得到轴工件中轴线上的N个三维点坐标(x1,y1,0),(x2,y2,f1),……，(xN,yN,Nf1-f1)，通过最小二乘法进行直线拟合可得到轴工件中轴线直线方程L1。

激光位移传感器33在孔工件产品测得的点阵数据经数据处理成圆周坐标，即为产品的圆周曲线坐标，通过圆拟合计算得到第 1 个圆心坐标(x1,y1)；激光位移传感器33随升降丝杠上移一段距离 f1，获取产品的圆周曲线坐标，通过圆拟合计算得到第 2 个圆心坐标(x2,y2)；重复N次激光传感器随升降台上移一段距离f1，获得产品的圆周曲线坐标，通过圆拟合计算得到第N个圆心坐标(xN,yN);从而得到孔工件中轴线上的N个三维点坐标(x1,y1,0),(x2,y2,f1),……，(xN,yN,Nf1-f1)，通过最小二乘法进行直线拟合可得到孔工件中轴线直线方程L2。

通过计算比较轴工件中轴线L1和孔工件中轴线L2之间的偏转量和同心度等参数就可以得出金属圆柱体上、下工件错位量。

而其中，圆拟合、直线拟合、角度计算等功能通过调用Halcon算法库中圆拟合算子fit_circle_contour_xld可最佳拟合得到相应的圆曲线和圆心点坐标

四套端面间隙测量机构2用工业相机上通过远心镜头与红外光源安装分别安装在移动机构1上，且呈90度均布。

端面间隙测量机构2采用二维图像的方式可方便应用于各种工业现场的检测，采用普通镜头存在物体远大近小的比例变化，因此，本方案提出采用远心镜头的方式，只要物体在镜头的测量景深范围内，则可轻易获取端面间隙的尺寸。

视觉硬件中，采用4个500W像素相机，型号VCXG-51M。相机结构紧凑坚固等优点，同时改进了内置的图像处理(ISP)算法，支持 Decimation、Gamma、数字移位等多种功能，提供多种采集方式，可满足各种视觉应用的要求。VCXG-51M具有高清晰度、低噪声、性能出色、安装及使用方便等特点，并集成 I/O (GPIO) 接口，提供线缆锁紧装置，能稳定工作在各种恶劣环境下，是高可靠性、高性价比的工业相机产品。该相机分辨率为2448×2048，像元尺寸为3.45um。配备放大倍率为1X的远心镜头VS-TCH1-110，配合 VCXG-51M相机后对应的视场范围为8mm×7mm，工作距离为110mm，成像景深为0.8mm，像素级成像精度为3.45um，从而端面间隙测量精度按照像素级提取处理可达到3.45um，基于亚像素图像提取端面间隙测量精度优于10um。

工业相机配备环形无影光源CSR-80-R进行照明，并配备有光源控制器。环形无影光源的高亮LED经结构优化涉及阵列而成，光线经过特殊漫射版后在正前方形成一片均匀的照明区域，使得端面间隙以较高的对比度成像在图像上，便于在图像上对端面间隙边缘进行高精度的提取。

检测时，先建立图像处理过程中感兴趣区域，对于圆孔，以矩形区域包含建立，通过中值滤波、二值化处理、BLOB 分析，提取配合处缝隙区域。提取的目标区域是条形，可以看作矩形区域，经最小二乘法对边缘直线拟合后，求到此区域的最小内接矩形，计算直线间的垂线距离得到缝隙距离数据。在图像处理过程中，区域分割尤其重要，中值滤波可以将图像中的椒盐燥声过滤，得到比较理想化的图像。二值化采用自动阈值分割法，最大限度地准确分割缝隙区域，再对缝隙区域进行闭运算，得到连通域，连通域的边缘进行最小二乘法拟合得到最小内接矩形的两条边，计算两条边的距离即为缝隙值。

轴孔测量机构4检测时，因为之前采用位姿测量机构3将轴工件金属棒的形貌全部扫描处理，拟合出轴的弯曲和倾斜角度等参数，配合调姿系统，实时调整轴工件的位姿，实现轴孔装配。轴孔穿孔过程中，下方两台第二工业相机可能观察细长轴进入的装配情况，上方的两个摄像头观察细长轴穿出孔的情况，避免装配过程中发生轴孔干涉的情况，如发生紧急情况，可紧急停止。

而其光源采用环形无影光源CSR-80-W进行照明，并配备有光源控制器。环形无影光源的高亮LED经结构优化涉及阵列而成，光线经过特殊漫射版后在正前方形成一片均匀的照明区域。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.一种测量系统，其特征在于，包括四个呈圆周阵列分布的移动机构（1），移动机构（1）上均设有端面间隙测量机构（2），端面间隙测量机构（2）上均设有位姿测量机构（3），其中一对位姿测量机构（3）的上端设有轴孔测量机构（4）；

端面间隙测量机构（2）包括设于移动机构（1）上的控制盒（20），控制盒（20）上连接有工业相机，工业相机上通过远心镜头进行端面间隙测量观测，且采用红外光源补光；

位姿测量机构（3）包括一对设于移动机构（1）上的固定下板（30），固定下板（30）的上端安装有L形板（31），L形板（31）上设有激光位移传感器（33），激光位移传感器（33）的内侧下端设有斜光发射接收口（34），激光位移传感器（33）的上端设有水平光发射接收口（35）；

轴孔测量机构（4）包括安装于L形板（31）上端的安装基板（40），安装基板（40）向上延伸地设有上延板（41），上延板（41）的上端倾斜设有斜板（42），斜板（42）上安装有第二工业相机（44），第二工业相机（44）上设有高清镜头，且通过白光光源补光。

2.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于，移动机构（1）包括底座（10），底座（10）的上壁两端分别安装有移动端座（11），移动端座（11）之间转动设有移动丝杆（14），移动丝杆（14）的一端连接有移动电机（15），移动电机（15）安装于底座（10）上，移动端座（11）之间下侧还设有凹形导向件（13），移动丝杆（14）上设有移动座（16），移动座（16）的下端设于凹形导向件（13）内，移动端座（11）的上端设有上板（12），移动座（16）的上端套设于上板（12）上，且移动座（16）上端安装有移动底板（17），控制盒（20）与工业相机均安装于移动底板（17）上，且固定下板（30）安装于移动底板（17）上。

3.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于，移动机构（1）的下端分别设有一个升降丝杠，升降丝杠用于调节端面间隙测量机构（2）、位姿测量机构（3）及轴孔测量机构（4）的高度。

4.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于，斜光发射接收口（34）所发出光的光路为倾斜向上设置。

5.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于，斜板（42）的上端向外倾斜，以使第二工业相机（44）的镜头向下倾斜延伸。

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