一種固定龍門式正交雙激光測頭測量方法技術

本發明專利技術公開了一種固定龍門式正交雙激光測頭測量方法，該測量裝置是基于O?XYZ三軸坐標系建立的，包括龍門架、驅動機構、檢測機構和工控機，龍門架包括支柱、橫梁、三角梁和底板，驅動機構包括直線軸驅動組件和旋轉軸驅動組件，直線軸驅動組件包括X軸直線模組、Y軸直線模組和Z軸電缸，Z軸電缸的底端設置有多功能安裝板，旋轉軸驅動組件包括精密轉臺和連接板，檢測機構包括正交激光測頭和CCD相機，正交激光測頭包括橫向激光測頭和縱向激光測頭；該裝置能夠有效降低因驅動龍門架帶來的系統精度誤差，CCD相機粗定位使得裝置自動化程度更高，正交激光雙測頭使得檢測范圍更廣，本發明專利技術可快速地標定、測量，裝置剛性好、結構簡單且測量精度高。

【技術實現步驟摘要】
一種固定龍門式正交雙激光測頭測量方法
本專利技術涉及零件的測量
，具體而言，涉及一種固定龍門式正交雙激光測頭測量方法。
技術介紹
隨著人們生活水平的提高和制造業的快速發展，特別是機床、機械、汽車、航空航天和電子工業，各種負雜零件的研制和生產需要先進的檢測技術，同時為應對全球競爭，生產現場非常重視提高加工效率和降低生產成本，為此，必須實行嚴格的質量管理。而為確保零件的尺寸和技術性能符合要求，必須進行精確地測量。由于機械加工、數控機床加工及自動加工線的發展，生產節拍的加快，加工一個零件僅有幾十分鐘或幾分鐘，要求加快對復雜工件的檢測。甚至于為了便于實時檢測工件，測量系統將直接串連到生產線上。目前，對于復雜型面的零件大都選用三坐標測量機進行測量，而傳統三坐標測量機測量速度較低，對環境使用要求較高且購買成本較大，因此無法滿足中小型企業對于零件快速、高效檢測且控制住生產成本的要求。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種固定龍門式正交雙激光測頭測量方法，其能夠有效降低因驅動龍門架帶來的系統精度誤差，CCD相機粗定位使得裝置自動化程度更高，正交激光雙測頭使得檢測范圍更廣，本專利技術可快速地標定、測量，裝置剛性好、結構簡單且測量精度高。本專利技術的實施例是這樣實現的：一種固定龍門式正交雙激光測頭測量方法，測量裝置是基于O-XYZ三軸坐標系建立的，其包括龍門架、驅動機構、檢測機構和工控機，龍門架包括支柱、橫梁、三角梁和底板，驅動機構包括直線軸驅動組件和旋轉軸驅動組件，直線軸驅動組件包括X軸直線模組、Y軸直線模組和Z軸電缸，旋轉軸驅動組件包括精密轉臺和連接板，檢測機構包括正交激光測頭和CCD相機；龍門架的設置為：橫梁的跨度距離固定且位于底板上方，與裝置坐標系Y軸軸線平行，用于承載部件；支柱定位安裝于橫梁的兩端，兩個支柱與裝置坐標系Z軸軸線平行，用于連接橫梁兩端與底板的頂部；三角梁定位安裝于Y軸直線模組滑塊頂部，且側面與Z軸電缸相連接，以滿足配重與提高強度的要求；底板的頂面與裝置坐標系XOY平面平行，工控機、X軸直線模組、支柱的底端均安裝于XOY平面；驅動機構的設置為：精密轉臺定位安裝于X軸直線模組滑塊頂部，精密轉臺采用直驅電機形式，其軸線與裝置坐標系Z軸軸線平行，精密轉臺頂部設置有被測工件或標定件，精密轉臺將被測工件或標定件進行夾緊和定位，并繞精密轉臺軸線做旋轉運動；X軸直線模組定位安裝在底板頂部且位于X軸方向，其帶動精密轉臺沿X軸做直線運動，Y軸直線模組沿Y軸軸線方向安裝在橫梁頂部且位于Y軸方向，Z軸電缸定位安裝在三角梁側面且位于Z軸方向，Y軸直線模組帶動三角梁和Z軸電缸一起沿Y軸做直線運動，Z軸電缸的底端設置有多功能安裝板；檢測機構的設置為：正交激光測頭固定在多功能安裝板底端，Z軸電缸通過多功能安裝板帶動正交激光測頭沿Z軸做直線運動；CCD相機固定在支柱上，CCD相機的鏡頭端面與裝置坐標系XOZ平面平行且間隔固定距離，通過CCD相機對標定件或工件進行粗定位；測量方法包括：S1、粗定位：將標定件定位安裝于精密轉臺上的連接板，進入零件粗定位工序，由所述X軸直線模組帶動標定件移動至CCD相機工位處，CCD相機工作，并將標定件標志位特征傳送至工控機，經過工控機計算處理，然后控制精密轉臺旋轉至標定件的初始標定特征面，所述工控機控制X軸直線模組帶動標定件運動至周邊標定工位，進入標定件周邊標定工序；S2、所述標定件到達周邊標定工位后，由所述Y軸直線模組與Z軸電缸帶動橫向激光測頭移動至周邊標定工位，所述橫向激光測頭采集標定件周邊標定特征，并由工控機計算處理，完成周邊測量坐標系的構建與校準；所述周邊測量坐標系標定完成后，進入標定件頂部標定工序：Z軸電缸帶動激光測頭向Z軸正方向移動，避免頂部標定過程正交激光測頭與標定件干涉；由X軸直線模組帶動標定件移動至頂部標定工位，由所述Y軸直線模組與Z軸電缸帶動縱向激光測頭移動至頂部標定工位，所述縱向激光測頭采集標定件頂部標定特征，并由工控機計算處理，完成頂部測量坐標系的構建與校準；至此，所述固定龍門式正交激光雙測頭測量方法標定階段已完成，進入零件測量階段；S3、標定階段完成后，驅動機構各軸運動至初始位置，將標定件替換成待測工件，然后依次完成粗定位、周邊檢測、頂部檢測工序，各工序具體運動步驟和標定過程中對應工序一致。在本專利技術較佳的實施例中，上述步驟S1前，先檢查設備，并將X軸直線模組的滑塊、Y軸直線模組的滑塊與Z軸電缸回零。在本專利技術較佳的實施例中，上述正交激光測頭包括橫向激光測頭和縱向激光測頭，橫向激光測頭的激光出射方向與裝置坐標系X軸正方向一致，以實現測量零件周邊輪廓特征的功能；縱向激光測頭的激光出射方向與裝置坐標系Z軸負方向一致，以實現測量零件頂部輪廓特征的功能；橫向激光測頭和縱向激光測頭分別固定在多功能安裝板的兩側面，多功能安裝板通過螺栓與Z軸電缸末端的執行機構相連接，多功能安裝板兩側面分別與裝置坐標系XOZ平面平行。在本專利技術較佳的實施例中，上述X軸直線模組、Y軸直線模組、Z軸電缸、CCD相機、精密轉臺的電機分別和工控機電連接，通過工控機調節橫向激光測頭與縱向激光測頭沿Y、Z方向直線移動，調節精密轉臺沿X方向直線移動以及沿其軸線做旋轉運動。在本專利技術較佳的實施例中，上述橫向激光測頭和縱向激光測頭的探測方向成正交分布，以滿足零件周邊與頂部檢測的雙重工藝要求，橫向激光測頭和縱向激光測頭分別和多功能安裝板之間無相對運動，以滿足提高系統精度的要求。在本專利技術較佳的實施例中，上述X軸直線模組的初始位置為其在X軸正方向極限位置，Y軸直線模組初始位置為其Y軸負方向極限位置，Z軸電缸初始位置為其Z軸正方向極限位置。在本專利技術較佳的實施例中，上述X軸直線模組、Y軸直線模組都安裝了滾珠絲杠和精密直線導軌，導軌上貼有精密光柵，通過滑塊帶動相連接的部件運動，即帶動連接板和三角梁運動，Z軸電缸采用封閉電缸形式。在本專利技術較佳的實施例中，上述支柱上設有多個CCD相機的定位安裝位，以滿足根據測量對象不同而調節CCD相機高度的要求。在本專利技術較佳的實施例中，上述支柱和橫梁關于裝置坐標系XOZ平面對稱，支柱和橫梁分別與底板無相對運動，以滿足提高系統精度的要求。在本專利技術較佳的實施例中，上述O-XYZ坐標系原點在底板底面與側邊交線的中點處，坐標系Z軸軸線方向垂直于底板頂面，以指向底板上方為坐標系Z軸軸線正方向，坐標系X軸軸線方向與底板另一側邊所在平面平行，以指向X軸直線模組電機一側為坐標系X軸軸線的負方向，坐標系符合右手坐標系法則。本專利技術的有益效果是：本專利技術通過驅動機構帶動激光測頭沿Y、Z軸方向直線移動，帶動工件或標定件繞精密轉臺軸線旋轉以及沿X軸方向直線移動，通過標定件實現測量坐標系的構建、校準，通過CCD相機粗定位獲取零件標定或測量的初始特征位置，通過正交激光測頭獲取零件周邊與頂部輪廓特征，通過工控機實現數據采集與計算處理；該裝置能夠有效降低因驅動龍門架帶來的系統精度誤差，CCD相機粗定位使得裝置自動化程本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種固定龍門式正交雙激光測頭測量方法，其特征在于，測量方法使用了測量裝置進行測量，測量裝置是基于O-XYZ三軸坐標系建立的，其包括龍門架、驅動機構、檢測機構和工控機(2)，所述龍門架包括支柱(101)、橫梁(102)、三角梁(103)和底板(104)，所述驅動機構包括直線軸驅動組件和旋轉軸驅動組件，所述直線軸驅動組件包括X軸直線模組(201)、Y軸直線模組(202)和Z軸電缸(203)，所述旋轉軸驅動組件包括精密轉臺(204)和連接板(205)，所述檢測機構包括正交激光測頭和CCD相機(303)；/n所述龍門架的設置為：所述橫梁(102)的跨度距離固定且位于底板(104)上方，與裝置坐標系Y軸軸線平行，用于承載部件；所述支柱(101)定位安裝于橫梁(102)的兩端，兩個支柱(101)與裝置坐標系Z軸軸線平行，用于連接橫梁(102)兩端與底板(104)的頂部；所述三角梁(103)定位安裝于Y軸直線模組(202)滑塊頂部，且側面與Z軸電缸(203)相連接，以滿足配重與提高強度的要求；所述底板(104)的頂面與裝置坐標系XOY平面平行，所述工控機(2)、X軸直線模組(201)、支柱(101)的底端均安裝于XOY平面；/n所述驅動機構的設置為：所述精密轉臺(204)定位安裝于X軸直線模組(201)滑塊頂部，所述精密轉臺(204)采用直驅電機形式，其軸線與裝置坐標系Z軸軸線平行，所述精密轉臺(204)頂部設置有被測工件(1)或標定件(3)，所述精密轉臺(204)將被測工件(1)或標定件(3)進行夾緊和定位，并繞精密轉臺(204)軸線做旋轉運動；X軸直線模組(201)定位安裝在底板(104)頂部且位于X軸方向，其帶動精密轉臺(204)沿X軸做直線運動，所述Y軸直線模組(202)沿Y軸軸線方向安裝在橫梁(102)頂部且位于Y軸方向，所述Z軸電缸(203)定位安裝在三角梁(103)側面且位于Z軸方向，所述Y軸直線模組(202)帶動三角梁(103)和Z軸電缸(203)一起沿Y軸做直線運動，所述Z軸電缸(203)的底端設置有多功能安裝板(4)；/n所述檢測機構的設置為：所述正交激光測頭固定在多功能安裝板(4)底端，所述Z軸電缸(203)通過多功能安裝板(4)帶動正交激光測頭沿Z軸做直線運動；所述CCD相機(303)固定在支柱(101)上，所述CCD相機(303)的鏡頭端面與裝置坐標系XOZ平面平行且間隔固定距離，通過CCD相機(303)對標定件(3)或工件(1)進行粗定位；/n測量方法包括：/nS1、粗定位：將標定件(3)定位安裝于精密轉臺(204)上的連接板(205)，進入零件粗定位工序，由所述X軸直線模組(201)帶動標定件(3)移動至CCD相機(303)工位處，CCD相機(303)工作，并將標定件(3)標志位特征傳送至工控機(2)，經過工控機(2)計算處理，然后控制精密轉臺(204)旋轉至標定件(3)的初始標定特征面，所述工控機(2)控制X軸直線模組(201)帶動標定件(3)運動至周邊標定工位，進入標定件(3)周邊標定工序；/nS2、所述標定件(3)到達周邊標定工位后，由所述Y軸直線模組(202)與Z軸電缸(203)帶動橫向激光測頭(301)移動至周邊標定工位，所述橫向激光測頭(301)采集標定件(3)周邊標定特征，并由工控機(2)計算處理，完成周邊測量坐標系的構建與校準；所述周邊測量坐標系標定完成后，進入標定件(3)頂部標定工序：Z軸電缸(203)帶動激光測頭向Z軸正方向移動，避免頂部標定過程正交激光測頭與標定件(3)干涉；由X軸直線模組(201)帶動標定件(3)移動至頂部標定工位，由所述Y軸直線模組(202)與Z軸電缸(203)帶動縱向激光測頭(302)移動至頂部標定工位，所述縱向激光測頭(302)采集標定件(3)頂部標定特征，并由工控機(2)計算處理，完成頂部測量坐標系的構建與校準；至此，所述固定龍門式正交激光雙測頭測量方法標定階段已完成，進入零件測量階段；/nS3、標定階段完成后，驅動機構各軸運動至初始位置，將標定件(3)替換成待測工件(1)，然后依次完成粗定位、周邊檢測、頂部檢測工序，各工序具體運動步驟和標定過程中對應工序一致。/n...

【技術特征摘要】
1.一種固定龍門式正交雙激光測頭測量方法，其特征在于，測量方法使用了測量裝置進行測量，測量裝置是基于O-XYZ三軸坐標系建立的，其包括龍門架、驅動機構、檢測機構和工控機(2)，所述龍門架包括支柱(101)、橫梁(102)、三角梁(103)和底板(104)，所述驅動機構包括直線軸驅動組件和旋轉軸驅動組件，所述直線軸驅動組件包括X軸直線模組(201)、Y軸直線模組(202)和Z軸電缸(203)，所述旋轉軸驅動組件包括精密轉臺(204)和連接板(205)，所述檢測機構包括正交激光測頭和CCD相機(303)；
所述龍門架的設置為：所述橫梁(102)的跨度距離固定且位于底板(104)上方，與裝置坐標系Y軸軸線平行，用于承載部件；所述支柱(101)定位安裝于橫梁(102)的兩端，兩個支柱(101)與裝置坐標系Z軸軸線平行，用于連接橫梁(102)兩端與底板(104)的頂部；所述三角梁(103)定位安裝于Y軸直線模組(202)滑塊頂部，且側面與Z軸電缸(203)相連接，以滿足配重與提高強度的要求；所述底板(104)的頂面與裝置坐標系XOY平面平行，所述工控機(2)、X軸直線模組(201)、支柱(101)的底端均安裝于XOY平面；
所述驅動機構的設置為：所述精密轉臺(204)定位安裝于X軸直線模組(201)滑塊頂部，所述精密轉臺(204)采用直驅電機形式，其軸線與裝置坐標系Z軸軸線平行，所述精密轉臺(204)頂部設置有被測工件(1)或標定件(3)，所述精密轉臺(204)將被測工件(1)或標定件(3)進行夾緊和定位，并繞精密轉臺(204)軸線做旋轉運動；X軸直線模組(201)定位安裝在底板(104)頂部且位于X軸方向，其帶動精密轉臺(204)沿X軸做直線運動，所述Y軸直線模組(202)沿Y軸軸線方向安裝在橫梁(102)頂部且位于Y軸方向，所述Z軸電缸(203)定位安裝在三角梁(103)側面且位于Z軸方向，所述Y軸直線模組(202)帶動三角梁(103)和Z軸電缸(203)一起沿Y軸做直線運動，所述Z軸電缸(203)的底端設置有多功能安裝板(4)；
所述檢測機構的設置為：所述正交激光測頭固定在多功能安裝板(4)底端，所述Z軸電缸(203)通過多功能安裝板(4)帶動正交激光測頭沿Z軸做直線運動；所述CCD相機(303)固定在支柱(101)上，所述CCD相機(303)的鏡頭端面與裝置坐標系XOZ平面平行且間隔固定距離，通過CCD相機(303)對標定件(3)或工件(1)進行粗定位；
測量方法包括：
S1、粗定位：將標定件(3)定位安裝于精密轉臺(204)上的連接板(205)，進入零件粗定位工序，由所述X軸直線模組(201)帶動標定件(3)移動至CCD相機(303)工位處，CCD相機(303)工作，并將標定件(3)標志位特征傳送至工控機(2)，經過工控機(2)計算處理，然后控制精密轉臺(204)旋轉至標定件(3)的初始標定特征面，所述工控機(2)控制X軸直線模組(201)帶動標定件(3)運動至周邊標定工位，進入標定件(3)周邊標定工序；
S2、所述標定件(3)到達周邊標定工位后，由所述Y軸直線模組(202)與Z軸電缸(203)帶動橫向激光測頭(301)移動至周邊標定工位，所述橫向激光測頭(301)采集標定件(3)周邊標定特征，并由工控機(2)計算處理，完成周邊測量坐標系的構建與校準；所述周邊測量坐標系標定完成后，進入標定件(3)頂部標定工序：Z軸電缸(203)帶動激光測頭向Z軸正方向移動，避免頂部標定過程正交激光測頭與標定件(3)干涉；由X軸直線模組(201)帶動標定件(3)移動至頂部標定工位，由所述Y軸直線模組(202)與Z軸電缸(203)帶動縱向激光測頭(302)移動至頂部標定工位，所述縱向激光測頭(302)采集標定件(3)頂部標定特征，并由工控機(2)計算處理，完成頂部測量坐標系的...

【專利技術屬性】
技術研發人員：陳珂，胡鑫，汪永超，
申請(專利權)人：四川大學，
類型：發明
國別省市：四川;51