本發(fā)明涉及測量領(lǐng)域，并且特別地，涉及一種工件測量系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

光學(xué)傳感器是依據(jù)光學(xué)原理進(jìn)行測量的儀器，這類傳感器有許多優(yōu)點(diǎn)，例如，能夠?qū)崿F(xiàn)非接觸和非破壞性測量、測量幾乎不受干擾、能夠?qū)崿F(xiàn)高速傳輸以及可遙測、遙控、可實(shí)時處理等優(yōu)點(diǎn)。

光學(xué)傳感器包括很多類型，其中，以激光三角法為基本原理的激光位移傳感器是一種利用激光為光源、將CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)或者CCD(Charge-coupled Device，電荷耦合元件)傳感器作為接收器的精密測量儀器。這種傳感器能夠在非接觸的情況下精確測量被測物體的位置、位移等變化，并且能夠被應(yīng)用于檢測物體的位移、厚度、振動、距離、直徑等幾何量的測量。

例如，申請?zhí)枮?01010560382.5、名稱為“基于高精度同軸定位的多參數(shù)內(nèi)徑測量系統(tǒng)與測量方法”中國專利，就公開了利用激光傳感器測量工件內(nèi)徑的方案。該專利所提出的解決方案雖然能夠?qū)ぜ膬?nèi)徑進(jìn)行測量，但是該專利的測量是對工件內(nèi)壁的所有位置都進(jìn)行測量。實(shí)際上，很多工件的內(nèi)壁上會存在凹槽或者開口，在測量內(nèi)徑時如果對設(shè)置有凹槽或開口的地方進(jìn)行測量，所得到的數(shù)據(jù)是沒有意義的，反而還會影響正常的分析。

另外，如前所述，激光位移傳感器能夠測量的參數(shù)有很多種。上述專利所公開的方案僅僅用于測量工件的內(nèi)徑，其功能較為單一，實(shí)際上并沒有充分發(fā)揮出激光位移傳感器的作用。

針對上述問題，目前尚未提出有效的解決方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對相關(guān)技術(shù)中的問題，本發(fā)明提出一種工件測量系統(tǒng)和方法，能夠避免采集到無效的測量數(shù)據(jù)位置，并且還能夠?qū)崿F(xiàn)多種項(xiàng)目的測量。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種工件測量系統(tǒng)。

根據(jù)本發(fā)明的工件測量系統(tǒng)包括激光位移傳感器、運(yùn)動機(jī)構(gòu)、控制器以及上位機(jī)系統(tǒng)。其中，運(yùn)動機(jī)構(gòu)在控制器的控制下驅(qū)動激光位移傳感器運(yùn)動；激光位移傳感器用于在控制器的控制下進(jìn)行測量，并將獲得的測量數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機(jī)系統(tǒng)；控制器用于接收輸入的指令，根據(jù)指令確定工件上需要測量的位置，并且，控制器還用于根據(jù)位置，控制運(yùn)動機(jī)構(gòu)帶動激光位移傳感器運(yùn)動，并控制激光位移傳感器對工件的位置進(jìn)行測量；上位機(jī)系統(tǒng)用于確定與預(yù)先選擇的測量項(xiàng)目相對應(yīng)的數(shù)據(jù)處理規(guī)則，并利用確定的數(shù)據(jù)處理規(guī)則對激光位移傳感器采集的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到測量結(jié)果。

其中，上位機(jī)系統(tǒng)中預(yù)先配置有多種測量項(xiàng)目、以及每種測量項(xiàng)目所對應(yīng)的數(shù)據(jù)處理規(guī)則。

此外，上位機(jī)系統(tǒng)還可以用于對測量結(jié)果進(jìn)行記錄和統(tǒng)計，并根據(jù)測量結(jié)果生成圖表。

此外，在得到測量結(jié)果后，上位機(jī)系統(tǒng)還用于根據(jù)預(yù)先得到的校準(zhǔn)結(jié)果對測量結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)償。

可選地，運(yùn)動機(jī)構(gòu)可以為直線模組，運(yùn)動機(jī)構(gòu)包括伺服電機(jī)、導(dǎo)軌和滑塊，激光位移傳感器安裝在滑塊上，滑塊安裝于導(dǎo)軌并在伺服電機(jī)的驅(qū)動下沿著導(dǎo)軌進(jìn)行運(yùn)動。

可選地，控制器為可編程邏輯控制器PLC。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種工件測量方法。

根據(jù)本發(fā)明的工件測量方法包括：控制器接收輸入的指令，根據(jù)指令確定工件上需要測量的位置；控制器根據(jù)位置，控制運(yùn)動機(jī)構(gòu)帶動激光位移傳感器運(yùn)動，并控制激光位移傳感器對工件的位置進(jìn)行測量；激光位移傳感器在控制器的控制下進(jìn)行測量，并將獲得的測量數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機(jī)系統(tǒng)；上位機(jī)系統(tǒng)確定與預(yù)先選擇的測量項(xiàng)目相對應(yīng)的數(shù)據(jù)處理規(guī)則，并利用確定的數(shù)據(jù)處理規(guī)則對激光位移傳感器采集的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到測量結(jié)果。

其中，上位機(jī)系統(tǒng)中可以預(yù)先配置有多種測量項(xiàng)目、以及每種測量項(xiàng)目所對應(yīng)的數(shù)據(jù)處理規(guī)則。

此外，根據(jù)本發(fā)明的上述方法可以進(jìn)一步包括：

上位機(jī)系統(tǒng)對測量結(jié)果進(jìn)行記錄和統(tǒng)計，并根據(jù)測量結(jié)果生成圖表。

此外，在得到測量結(jié)果后，上位機(jī)系統(tǒng)可以根據(jù)預(yù)先的校準(zhǔn)結(jié)果對測量結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)償。

本發(fā)明通能夠?qū)崿F(xiàn)以下有益效果：

(1)通過根據(jù)工件上需要測量的位置控制運(yùn)動機(jī)構(gòu)帶動激光位移傳感器運(yùn)動并測量，能夠避免采集到無效的測量數(shù)據(jù)，減少不必要的測量，提高測量效率；

(2)通過在上位機(jī)系統(tǒng)中配置不同測量項(xiàng)目所對應(yīng)的數(shù)據(jù)處理規(guī)則，使得上位機(jī)在得到激光位移傳感器采集的數(shù)據(jù)后，能夠根據(jù)當(dāng)前測量項(xiàng)目所對應(yīng)的數(shù)據(jù)處理規(guī)則進(jìn)行處理，得到當(dāng)前測量項(xiàng)目的測量結(jié)果，從而讓激光位移傳感器能夠適用于不同的測量項(xiàng)目，充分發(fā)揮激光位移傳感器的功能優(yōu)勢，降低了測量成本；

(3)通過利用校準(zhǔn)結(jié)果補(bǔ)償測量結(jié)果，能夠避免因?yàn)樵O(shè)備誤差、溫度誤差等因素導(dǎo)致測量準(zhǔn)確度降低的問題，保證了測量精度，讓整個系統(tǒng)滿足精密測量的需求；

(4)上位機(jī)系統(tǒng)能夠?qū)y量結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計和記錄，并生成圖表，從而避免了人工錄入等繁瑣操作，減少工作量，實(shí)現(xiàn)了自動化測量。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的工件測量系統(tǒng)的框圖；

圖2是對根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的工件測量系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)后得到的校準(zhǔn)結(jié)果曲線圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的工件測量方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

此說明性實(shí)施方式的描述應(yīng)與相應(yīng)的附圖相結(jié)合，附圖應(yīng)作為完整的說明書的一部分。在附圖中，實(shí)施例的形狀或是厚度可擴(kuò)大，并以簡化或是方便標(biāo)示。再者，附圖中各結(jié)構(gòu)的部分將以分別描述進(jìn)行說明，值得注意的是，圖中未示出或未通過文字進(jìn)行說明的元件，為所屬技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員所知的形式。

此處實(shí)施例的描述，有關(guān)方向和方位的任何參考，均僅是為了便于描述，而不能理解為對本發(fā)明保護(hù)范圍的任何限制。以下對于優(yōu)選實(shí)施方式的說明會涉及到特征的組合，這些特征可能獨(dú)立存在或者組合存在，本發(fā)明并不特別地限定于優(yōu)選的實(shí)施方式。本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求書所界定。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供了一種工件測量系統(tǒng)。

如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的工件測量系統(tǒng)包括激光位移傳感器1、運(yùn)動機(jī)構(gòu)2、控制器3以及上位機(jī)系統(tǒng)4。

其中，運(yùn)動機(jī)構(gòu)2在控制器3的控制下驅(qū)動激光位移傳感器1運(yùn)動；激光位移傳感器1用于在控制器3的控制下進(jìn)行測量，并將獲得的測量數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機(jī)系統(tǒng)4；控制器3用于接收輸入的指令，根據(jù)指令確定工件上需要測量的位置，并且，控制器3還用于根據(jù)需要測量的位置，控制運(yùn)動機(jī)構(gòu)2帶動激光位移傳感器1運(yùn)動，并控制激光位移傳感器1對工件上需要測量的位置進(jìn)行測量；上位機(jī)系統(tǒng)4用于確定與預(yù)先選擇的測量項(xiàng)目相對應(yīng)的數(shù)據(jù)處理規(guī)則，并利用確定的數(shù)據(jù)處理規(guī)則對激光位移傳感器采集的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到測量結(jié)果。

其中，對于不同的測量項(xiàng)目，雖然都采用激光位移傳感器進(jìn)行測量，但是對于激光位移觸感器所采集到的數(shù)據(jù)的處理方法(包括計算方法)是不同的。例如，對工件進(jìn)行內(nèi)徑測量與進(jìn)行平面度測量相比，對于采集到的數(shù)據(jù)需要不同的處理，才能夠得到對應(yīng)的結(jié)果。

上位機(jī)系統(tǒng)4中可以預(yù)先配置有多種測量項(xiàng)目、以及每種測量項(xiàng)目所對應(yīng)的數(shù)據(jù)處理規(guī)則。例如，如果用戶選擇需要進(jìn)行平面度測量，則在上位機(jī)系統(tǒng)4接收到激光位移傳感器1測量的數(shù)據(jù)后，將會按照平面度測量所對應(yīng)的處理規(guī)則(包括算法)對數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，從而得到被測工件的平面度。

在一個實(shí)施例中，控制器3可以根據(jù)輸入的指令確定工件上需要測量的位置。具體地，控制器可以通過觸摸屏接收指令，觸摸屏可以提供用戶界面，以便用戶輸入指令。該指令中包含的信息可以指定工件上需要測量的位置，或者，該指令所包含的信息還可以指定工件上不需要測量的位置。例如，在測量工件的內(nèi)徑時，假設(shè)運(yùn)動機(jī)構(gòu)需要驅(qū)動激光位移傳感器從初始位置沿著直線運(yùn)動到距離初始位置10cm處的終點(diǎn)位置；在該工件上，距離初始位置2cm、4cm以及6cm處這三個位置位置設(shè)置有凹槽或開口，則在測量內(nèi)徑時，無需測量這3個位置處的內(nèi)徑大小。借助于與控制器配套設(shè)置的觸摸屏等輸入設(shè)備，用戶可以通過指令將這3個不需要測量的位置輸入。在接收到該指令后，控制器在控制運(yùn)動機(jī)構(gòu)運(yùn)動時，將不會在上述三個位置停留。例如，控制器在控制運(yùn)動機(jī)構(gòu)運(yùn)動時，可以讓運(yùn)動機(jī)構(gòu)在運(yùn)動至距離初始位置1cm、3cm、5cm、7cm、8cm、9cm、10cm處時分別停留，且控制器會在每次停留期間都發(fā)送測量指令給激光位移傳感器，讓激光位移傳感器進(jìn)行測量，控制器可以在每次測量后實(shí)時采集測量數(shù)據(jù)。

此外，在一個實(shí)施例中，上位機(jī)系統(tǒng)4還用于對測量結(jié)果進(jìn)行記錄和統(tǒng)計，并根據(jù)測量結(jié)果生成圖表。這樣就能夠避免人工錄入等繁瑣操作，減少工作量，實(shí)現(xiàn)自動化測量。不僅如此，上位機(jī)系統(tǒng)還能夠?qū)崿F(xiàn)歷史數(shù)據(jù)的查詢、數(shù)據(jù)導(dǎo)出導(dǎo)入功能，讓測量結(jié)果的查詢、回溯更加高效、方便。

可選地，上述運(yùn)動機(jī)構(gòu)可以為直線模組(能夠帶動激光位移傳感器沿直線運(yùn)動)，運(yùn)動機(jī)構(gòu)包括伺服電機(jī)、導(dǎo)軌和滑塊，激光位移傳感器安裝在滑塊上，滑塊安裝于導(dǎo)軌并在伺服電機(jī)的驅(qū)動下沿著導(dǎo)軌進(jìn)行直線運(yùn)動。運(yùn)動機(jī)構(gòu)還可以進(jìn)一步采用絲桿和軸承，在伺服電機(jī)的作用下，驅(qū)動激光位移傳感器運(yùn)動。

可選地，在一個實(shí)施例中，上述控制器為可編程邏輯控制器(PLC)。

在實(shí)際應(yīng)用中，工件測量系統(tǒng)可以包括激光位移傳感器1個、直線模組1套(含伺服驅(qū)動)、直線模組支架、PLC、觸摸屏、以及電器柜；測量平臺可以選擇00級大理石平臺；為了對測量系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)，可以配置標(biāo)準(zhǔn)陶瓷量塊；上位機(jī)軟件可用于采集激光位移傳感器的測量數(shù)據(jù)；PLC則用于驅(qū)動運(yùn)動機(jī)構(gòu)帶動激光位移傳感器進(jìn)行測量。

在進(jìn)行實(shí)際測量之前，可以在00級大理石上放置組裝后的直線模組(直線模組是由絲桿、導(dǎo)軌、滑塊、軸承、伺服電機(jī)等部件組裝而成，激光位移傳感器由機(jī)械裝置固定后安裝于直線模組上；

另外，由于直線模組會產(chǎn)生形變，所以在測量前還可以首先對直線模組進(jìn)行校準(zhǔn)。在進(jìn)行校準(zhǔn)時，可以首先啟動PLC，直線模組滑塊復(fù)位；開始啟動伺服電機(jī)；PLC程序負(fù)責(zé)驅(qū)動直線模組，直線模組每移動2mm，PLC使用電平觸發(fā)激光位移傳感器對上述標(biāo)準(zhǔn)陶瓷量塊采集位移數(shù)據(jù)；上位機(jī)讀取激光位移傳感器的實(shí)時數(shù)據(jù)。可選地，可以采集個200點(diǎn)(點(diǎn)數(shù)可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行自定義)，根據(jù)測得的200點(diǎn)數(shù)據(jù)Yn，以原點(diǎn)Y0為基準(zhǔn)，各點(diǎn)與Y0作差就能夠得出偏差值(Δn＝Y(jié)n-Y0)，進(jìn)而能夠得到導(dǎo)軌各點(diǎn)的形變偏差圖(也就是說，確定了直線模組各個位置處的直線度)，具體可以參見圖2。

在校準(zhǔn)后，可以開始對被測物體進(jìn)行測量。此時，可以將標(biāo)準(zhǔn)陶瓷量塊移走，將被測物放置于00級大理石平臺，被測物放置于直線模組的支架中間。PLC控制直線模組滑塊復(fù)位；在開始真實(shí)測量時，PLC控制伺服電機(jī)，伺服電機(jī)將驅(qū)動滑塊運(yùn)動，測量時的運(yùn)動間隔和校準(zhǔn)時的運(yùn)動間隔相一致，或者，測量時的運(yùn)動間隔也可以是校準(zhǔn)時的運(yùn)動間隔的整數(shù)倍。上位機(jī)系統(tǒng)實(shí)時采集數(shù)據(jù)，并使用校準(zhǔn)得到的偏差數(shù)據(jù)(例如，圖2所示的偏差圖)逐點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)償，并實(shí)時顯示成圖像。

盡管之前以直線模組為例說明了校準(zhǔn)的過程，實(shí)際上，本發(fā)明可以采用的運(yùn)動機(jī)構(gòu)并不局限于直線模組，校準(zhǔn)的方法也不局限于上述方法。在進(jìn)行補(bǔ)償時，對于不同的運(yùn)動機(jī)構(gòu)，可以根據(jù)其機(jī)械結(jié)構(gòu)上的其他誤差對測量結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)償。另外，還可以根據(jù)測量環(huán)境中的溫度、濕度等參數(shù)對測量結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)償。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，還提供了一種工件測量方法。

如圖3所示，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的工件測量方法包括：

步驟S301，控制器接收輸入的指令，根據(jù)該指令確定工件上需要測量的位置；

步驟S303，控制器根據(jù)上述位置，控制運(yùn)動機(jī)構(gòu)帶動激光位移傳感器運(yùn)動，并控制激光位移傳感器對工件的上述位置進(jìn)行測量；

步驟S305，激光位移傳感器在控制器的控制下進(jìn)行測量，并將獲得的測量數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機(jī)系統(tǒng)；

步驟S307，上位機(jī)系統(tǒng)確定與預(yù)先選擇的測量項(xiàng)目相對應(yīng)的數(shù)據(jù)處理規(guī)則，并利用確定的數(shù)據(jù)處理規(guī)則對激光位移傳感器采集的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到測量結(jié)果。

其中，上位機(jī)系統(tǒng)中可以預(yù)先配置有多種測量項(xiàng)目、以及每種測量項(xiàng)目所對應(yīng)的數(shù)據(jù)處理規(guī)則。

在一個實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明的測量方法可以進(jìn)一步包括：

上位機(jī)系統(tǒng)對測量結(jié)果進(jìn)行記錄和統(tǒng)計，并根據(jù)測量結(jié)果生成圖表。

此外，在上位機(jī)對來自激光位移傳感器的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理得到測量結(jié)果后，上位機(jī)系統(tǒng)根據(jù)預(yù)先的校準(zhǔn)結(jié)果對測量結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)償，將補(bǔ)償后的結(jié)果作為最終測量結(jié)果。

綜上所述，本發(fā)明提供了一種廉價、高效、準(zhǔn)確的測量方案，該方案基于激光位移傳感器、PLC以及運(yùn)動機(jī)構(gòu)(直線模組)的自動化測量裝置。使用PLC驅(qū)動直線模組并且?guī)蛹す馕灰苽鞲衅鲗?shí)現(xiàn)自動化測量作業(yè)，采集的數(shù)據(jù)自動上傳到上位機(jī)，生成測量結(jié)果曲線，例如，在本發(fā)明用于平面度測量時，可以生成平面度曲線。本發(fā)明的技術(shù)方案能夠簡化用戶操作，實(shí)現(xiàn)全自動化測量，包括：自動化運(yùn)動采點(diǎn)、自動化生成數(shù)據(jù)圖形、以及一鍵取得高精度數(shù)據(jù)；

本發(fā)明的測量方案具備通用性，除了平面度測量，還適用于扁平物件、各種工業(yè)原材料等的厚度測量，還可以用于物體距離、直徑等精密的幾何測量。只需虛線在上位機(jī)系統(tǒng)中預(yù)先錄入數(shù)據(jù)處理規(guī)則、并在測量時選擇所要測量的項(xiàng)目，便可直接測量，得到所需的測量結(jié)果。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。