一种固定龙门式正交双激光测头测量方法技术

本发明专利技术公开了一种固定龙门式正交双激光测头测量方法，该测量装置是基于O‑XYZ三轴坐标系建立的，包括龙门架、驱动机构、检测机构和工控机，龙门架包括支柱、横梁、三角梁和底板，驱动机构包括直线轴驱动组件和旋转轴驱动组件，直线轴驱动组件包括X轴直线模组、Y轴直线模组和Z轴电缸，Z轴电缸的底端设置有多功能安装板，旋转轴驱动组件包括精密转台和连接板，检测机构包括正交激光测头和CCD相机，正交激光测头包括横向激光测头和纵向激光测头；该装置能够有效降低因驱动龙门架带来的系统精度误差，CCD相机粗定位使得装置自动化程度更高，正交激光双测头使得检测范围更广，本发明专利技术可快速地标定、测量，装置刚性好、结构简单且测量精度高。

【技术实现步骤摘要】
一种固定龙门式正交双激光测头测量方法
本专利技术涉及零件的测量
，具体而言，涉及一种固定龙门式正交双激光测头测量方法。
技术介绍
随着人们生活水平的提高和制造业的快速发展，特别是机床、机械、汽车、航空航天和电子工业，各种负杂零件的研制和生产需要先进的检测技术，同时为应对全球竞争，生产现场非常重视提高加工效率和降低生产成本，为此，必须实行严格的质量管理。而为确保零件的尺寸和技术性能符合要求，必须进行精确地测量。由于机械加工、数控机床加工及自动加工线的发展，生产节拍的加快，加工一个零件仅有几十分钟或几分钟，要求加快对复杂工件的检测。甚至于为了便于实时检测工件，测量系统将直接串连到生产线上。目前，对于复杂型面的零件大都选用三坐标测量机进行测量，而传统三坐标测量机测量速度较低，对环境使用要求较高且购买成本较大，因此无法满足中小型企业对于零件快速、高效检测且控制住生产成本的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种固定龙门式正交双激光测头测量方法，其能够有效降低因驱动龙门架带来的系统精度误差，CCD相机粗定位使得装置自动化程度更高，正交激光双测头使得检测范围更广，本专利技术可快速地标定、测量，装置刚性好、结构简单且测量精度高。本专利技术的实施例是这样实现的：一种固定龙门式正交双激光测头测量方法，测量装置是基于O-XYZ三轴坐标系建立的，其包括龙门架、驱动机构、检测机构和工控机，龙门架包括支柱、横梁、三角梁和底板，驱动机构包括直线轴驱动组件和旋转轴驱动组件，直线轴驱动组件包括X轴直线模组、Y轴直线模组和Z轴电缸，旋转轴驱动组件包括精密转台和连接板，检测机构包括正交激光测头和CCD相机；龙门架的设置为：横梁的跨度距离固定且位于底板上方，与装置坐标系Y轴轴线平行，用于承载部件；支柱定位安装于横梁的两端，两个支柱与装置坐标系Z轴轴线平行，用于连接横梁两端与底板的顶部；三角梁定位安装于Y轴直线模组滑块顶部，且侧面与Z轴电缸相连接，以满足配重与提高强度的要求；底板的顶面与装置坐标系XOY平面平行，工控机、X轴直线模组、支柱的底端均安装于XOY平面；驱动机构的设置为：精密转台定位安装于X轴直线模组滑块顶部，精密转台采用直驱电机形式，其轴线与装置坐标系Z轴轴线平行，精密转台顶部设置有被测工件或标定件，精密转台将被测工件或标定件进行夹紧和定位，并绕精密转台轴线做旋转运动；X轴直线模组定位安装在底板顶部且位于X轴方向，其带动精密转台沿X轴做直线运动，Y轴直线模组沿Y轴轴线方向安装在横梁顶部且位于Y轴方向，Z轴电缸定位安装在三角梁侧面且位于Z轴方向，Y轴直线模组带动三角梁和Z轴电缸一起沿Y轴做直线运动，Z轴电缸的底端设置有多功能安装板；检测机构的设置为：正交激光测头固定在多功能安装板底端，Z轴电缸通过多功能安装板带动正交激光测头沿Z轴做直线运动；CCD相机固定在支柱上，CCD相机的镜头端面与装置坐标系XOZ平面平行且间隔固定距离，通过CCD相机对标定件或工件进行粗定位；测量方法包括：S1、粗定位：将标定件定位安装于精密转台上的连接板，进入零件粗定位工序，由所述X轴直线模组带动标定件移动至CCD相机工位处，CCD相机工作，并将标定件标志位特征传送至工控机，经过工控机计算处理，然后控制精密转台旋转至标定件的初始标定特征面，所述工控机控制X轴直线模组带动标定件运动至周边标定工位，进入标定件周边标定工序；S2、所述标定件到达周边标定工位后，由所述Y轴直线模组与Z轴电缸带动横向激光测头移动至周边标定工位，所述横向激光测头采集标定件周边标定特征，并由工控机计算处理，完成周边测量坐标系的构建与校准；所述周边测量坐标系标定完成后，进入标定件顶部标定工序：Z轴电缸带动激光测头向Z轴正方向移动，避免顶部标定过程正交激光测头与标定件干涉；由X轴直线模组带动标定件移动至顶部标定工位，由所述Y轴直线模组与Z轴电缸带动纵向激光测头移动至顶部标定工位，所述纵向激光测头采集标定件顶部标定特征，并由工控机计算处理，完成顶部测量坐标系的构建与校准；至此，所述固定龙门式正交激光双测头测量方法标定阶段已完成，进入零件测量阶段；S3、标定阶段完成后，驱动机构各轴运动至初始位置，将标定件替换成待测工件，然后依次完成粗定位、周边检测、顶部检测工序，各工序具体运动步骤和标定过程中对应工序一致。在本专利技术较佳的实施例中，上述步骤S1前，先检查设备，并将X轴直线模组的滑块、Y轴直线模组的滑块与Z轴电缸回零。在本专利技术较佳的实施例中，上述正交激光测头包括横向激光测头和纵向激光测头，横向激光测头的激光出射方向与装置坐标系X轴正方向一致，以实现测量零件周边轮廓特征的功能；纵向激光测头的激光出射方向与装置坐标系Z轴负方向一致，以实现测量零件顶部轮廓特征的功能；横向激光测头和纵向激光测头分别固定在多功能安装板的两侧面，多功能安装板通过螺栓与Z轴电缸末端的执行机构相连接，多功能安装板两侧面分别与装置坐标系XOZ平面平行。在本专利技术较佳的实施例中，上述X轴直线模组、Y轴直线模组、Z轴电缸、CCD相机、精密转台的电机分别和工控机电连接，通过工控机调节横向激光测头与纵向激光测头沿Y、Z方向直线移动，调节精密转台沿X方向直线移动以及沿其轴线做旋转运动。在本专利技术较佳的实施例中，上述横向激光测头和纵向激光测头的探测方向成正交分布，以满足零件周边与顶部检测的双重工艺要求，横向激光测头和纵向激光测头分别和多功能安装板之间无相对运动，以满足提高系统精度的要求。在本专利技术较佳的实施例中，上述X轴直线模组的初始位置为其在X轴正方向极限位置，Y轴直线模组初始位置为其Y轴负方向极限位置，Z轴电缸初始位置为其Z轴正方向极限位置。在本专利技术较佳的实施例中，上述X轴直线模组、Y轴直线模组都安装了滚珠丝杠和精密直线导轨，导轨上贴有精密光栅，通过滑块带动相连接的部件运动，即带动连接板和三角梁运动，Z轴电缸采用封闭电缸形式。在本专利技术较佳的实施例中，上述支柱上设有多个CCD相机的定位安装位，以满足根据测量对象不同而调节CCD相机高度的要求。在本专利技术较佳的实施例中，上述支柱和横梁关于装置坐标系XOZ平面对称，支柱和横梁分别与底板无相对运动，以满足提高系统精度的要求。在本专利技术较佳的实施例中，上述O-XYZ坐标系原点在底板底面与侧边交线的中点处，坐标系Z轴轴线方向垂直于底板顶面，以指向底板上方为坐标系Z轴轴线正方向，坐标系X轴轴线方向与底板另一侧边所在平面平行，以指向X轴直线模组电机一侧为坐标系X轴轴线的负方向，坐标系符合右手坐标系法则。本专利技术的有益效果是：本专利技术通过驱动机构带动激光测头沿Y、Z轴方向直线移动，带动工件或标定件绕精密转台轴线旋转以及沿X轴方向直线移动，通过标定件实现测量坐标系的构建、校准，通过CCD相机粗定位获取零件标定或测量的初始特征位置，通过正交激光测头获取零件周边与顶部轮廓特征，通过工控机实现数据采集与计算处理；该装置能够有效降低因驱动龙门架带来的系统精度误差，CCD相机粗定位使得装置自动化程本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种固定龙门式正交双激光测头测量方法，其特征在于，测量方法使用了测量装置进行测量，测量装置是基于O-XYZ三轴坐标系建立的，其包括龙门架、驱动机构、检测机构和工控机(2)，所述龙门架包括支柱(101)、横梁(102)、三角梁(103)和底板(104)，所述驱动机构包括直线轴驱动组件和旋转轴驱动组件，所述直线轴驱动组件包括X轴直线模组(201)、Y轴直线模组(202)和Z轴电缸(203)，所述旋转轴驱动组件包括精密转台(204)和连接板(205)，所述检测机构包括正交激光测头和CCD相机(303)；/n所述龙门架的设置为：所述横梁(102)的跨度距离固定且位于底板(104)上方，与装置坐标系Y轴轴线平行，用于承载部件；所述支柱(101)定位安装于横梁(102)的两端，两个支柱(101)与装置坐标系Z轴轴线平行，用于连接横梁(102)两端与底板(104)的顶部；所述三角梁(103)定位安装于Y轴直线模组(202)滑块顶部，且侧面与Z轴电缸(203)相连接，以满足配重与提高强度的要求；所述底板(104)的顶面与装置坐标系XOY平面平行，所述工控机(2)、X轴直线模组(201)、支柱(101)的底端均安装于XOY平面；/n所述驱动机构的设置为：所述精密转台(204)定位安装于X轴直线模组(201)滑块顶部，所述精密转台(204)采用直驱电机形式，其轴线与装置坐标系Z轴轴线平行，所述精密转台(204)顶部设置有被测工件(1)或标定件(3)，所述精密转台(204)将被测工件(1)或标定件(3)进行夹紧和定位，并绕精密转台(204)轴线做旋转运动；X轴直线模组(201)定位安装在底板(104)顶部且位于X轴方向，其带动精密转台(204)沿X轴做直线运动，所述Y轴直线模组(202)沿Y轴轴线方向安装在横梁(102)顶部且位于Y轴方向，所述Z轴电缸(203)定位安装在三角梁(103)侧面且位于Z轴方向，所述Y轴直线模组(202)带动三角梁(103)和Z轴电缸(203)一起沿Y轴做直线运动，所述Z轴电缸(203)的底端设置有多功能安装板(4)；/n所述检测机构的设置为：所述正交激光测头固定在多功能安装板(4)底端，所述Z轴电缸(203)通过多功能安装板(4)带动正交激光测头沿Z轴做直线运动；所述CCD相机(303)固定在支柱(101)上，所述CCD相机(303)的镜头端面与装置坐标系XOZ平面平行且间隔固定距离，通过CCD相机(303)对标定件(3)或工件(1)进行粗定位；/n测量方法包括：/nS1、粗定位：将标定件(3)定位安装于精密转台(204)上的连接板(205)，进入零件粗定位工序，由所述X轴直线模组(201)带动标定件(3)移动至CCD相机(303)工位处，CCD相机(303)工作，并将标定件(3)标志位特征传送至工控机(2)，经过工控机(2)计算处理，然后控制精密转台(204)旋转至标定件(3)的初始标定特征面，所述工控机(2)控制X轴直线模组(201)带动标定件(3)运动至周边标定工位，进入标定件(3)周边标定工序；/nS2、所述标定件(3)到达周边标定工位后，由所述Y轴直线模组(202)与Z轴电缸(203)带动横向激光测头(301)移动至周边标定工位，所述横向激光测头(301)采集标定件(3)周边标定特征，并由工控机(2)计算处理，完成周边测量坐标系的构建与校准；所述周边测量坐标系标定完成后，进入标定件(3)顶部标定工序：Z轴电缸(203)带动激光测头向Z轴正方向移动，避免顶部标定过程正交激光测头与标定件(3)干涉；由X轴直线模组(201)带动标定件(3)移动至顶部标定工位，由所述Y轴直线模组(202)与Z轴电缸(203)带动纵向激光测头(302)移动至顶部标定工位，所述纵向激光测头(302)采集标定件(3)顶部标定特征，并由工控机(2)计算处理，完成顶部测量坐标系的构建与校准；至此，所述固定龙门式正交激光双测头测量方法标定阶段已完成，进入零件测量阶段；/nS3、标定阶段完成后，驱动机构各轴运动至初始位置，将标定件(3)替换成待测工件(1)，然后依次完成粗定位、周边检测、顶部检测工序，各工序具体运动步骤和标定过程中对应工序一致。/n...

【技术特征摘要】
1.一种固定龙门式正交双激光测头测量方法，其特征在于，测量方法使用了测量装置进行测量，测量装置是基于O-XYZ三轴坐标系建立的，其包括龙门架、驱动机构、检测机构和工控机(2)，所述龙门架包括支柱(101)、横梁(102)、三角梁(103)和底板(104)，所述驱动机构包括直线轴驱动组件和旋转轴驱动组件，所述直线轴驱动组件包括X轴直线模组(201)、Y轴直线模组(202)和Z轴电缸(203)，所述旋转轴驱动组件包括精密转台(204)和连接板(205)，所述检测机构包括正交激光测头和CCD相机(303)；
所述龙门架的设置为：所述横梁(102)的跨度距离固定且位于底板(104)上方，与装置坐标系Y轴轴线平行，用于承载部件；所述支柱(101)定位安装于横梁(102)的两端，两个支柱(101)与装置坐标系Z轴轴线平行，用于连接横梁(102)两端与底板(104)的顶部；所述三角梁(103)定位安装于Y轴直线模组(202)滑块顶部，且侧面与Z轴电缸(203)相连接，以满足配重与提高强度的要求；所述底板(104)的顶面与装置坐标系XOY平面平行，所述工控机(2)、X轴直线模组(201)、支柱(101)的底端均安装于XOY平面；
所述驱动机构的设置为：所述精密转台(204)定位安装于X轴直线模组(201)滑块顶部，所述精密转台(204)采用直驱电机形式，其轴线与装置坐标系Z轴轴线平行，所述精密转台(204)顶部设置有被测工件(1)或标定件(3)，所述精密转台(204)将被测工件(1)或标定件(3)进行夹紧和定位，并绕精密转台(204)轴线做旋转运动；X轴直线模组(201)定位安装在底板(104)顶部且位于X轴方向，其带动精密转台(204)沿X轴做直线运动，所述Y轴直线模组(202)沿Y轴轴线方向安装在横梁(102)顶部且位于Y轴方向，所述Z轴电缸(203)定位安装在三角梁(103)侧面且位于Z轴方向，所述Y轴直线模组(202)带动三角梁(103)和Z轴电缸(203)一起沿Y轴做直线运动，所述Z轴电缸(203)的底端设置有多功能安装板(4)；
所述检测机构的设置为：所述正交激光测头固定在多功能安装板(4)底端，所述Z轴电缸(203)通过多功能安装板(4)带动正交激光测头沿Z轴做直线运动；所述CCD相机(303)固定在支柱(101)上，所述CCD相机(303)的镜头端面与装置坐标系XOZ平面平行且间隔固定距离，通过CCD相机(303)对标定件(3)或工件(1)进行粗定位；
测量方法包括：
S1、粗定位：将标定件(3)定位安装于精密转台(204)上的连接板(205)，进入零件粗定位工序，由所述X轴直线模组(201)带动标定件(3)移动至CCD相机(303)工位处，CCD相机(303)工作，并将标定件(3)标志位特征传送至工控机(2)，经过工控机(2)计算处理，然后控制精密转台(204)旋转至标定件(3)的初始标定特征面，所述工控机(2)控制X轴直线模组(201)带动标定件(3)运动至周边标定工位，进入标定件(3)周边标定工序；
S2、所述标定件(3)到达周边标定工位后，由所述Y轴直线模组(202)与Z轴电缸(203)带动横向激光测头(301)移动至周边标定工位，所述横向激光测头(301)采集标定件(3)周边标定特征，并由工控机(2)计算处理，完成周边测量坐标系的构建与校准；所述周边测量坐标系标定完成后，进入标定件(3)顶部标定工序：Z轴电缸(203)带动激光测头向Z轴正方向移动，避免顶部标定过程正交激光测头与标定件(3)干涉；由X轴直线模组(201)带动标定件(3)移动至顶部标定工位，由所述Y轴直线模组(202)与Z轴电缸(203)带动纵向激光测头(302)移动至顶部标定工位，所述纵向激光测头(302)采集标定件(3)顶部标定特征，并由工控机(2)计算处理，完成顶部测量坐标系的...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈珂，胡鑫，汪永超，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川;51