大工件激光測量系統(tǒng)和測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種大工件激光測量系統(tǒng)和測量方法，尤其是針對大工件的在線激光測量，屬于精密測量技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]目前機械制造業(yè)中零件的幾何加工質(zhì)量控制體系建立在加工后離機檢測的基礎(chǔ)上，且以接觸式測量為主要方法。三坐標(biāo)測量機等接觸式測量設(shè)備雖然有很高的測量精度，但是工件必須撤離加工機床再安裝在測量機上檢測，而且這種測量不能做到對于工作情況下有損耗的大工件進(jìn)行測量。加工與檢測(尤其非接觸式檢測)在加工現(xiàn)場結(jié)合，是當(dāng)今制造業(yè)的最薄弱之處，在加工位置的工件三維可視化、數(shù)字化幾何檢測是解決該類問題的關(guān)鍵技術(shù)之一。
[0003]正確的測量與檢驗工件是認(rèn)識其機械性能、幾何形狀及其精度狀況的基本手段。通過檢測可以達(dá)到正確判斷工件是否符合精度要求，并根據(jù)測量得到的誤差值，分析產(chǎn)生誤差的原因，從而采取措施改進(jìn)工藝，以保證和不斷提高工件的加工精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對上述問題，本發(fā)明提供一種大工件三維測量系統(tǒng)和測量方法。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下:一種大工件激光測量系統(tǒng)，其特征在于，其包括測量裝置和主機箱；測量裝置包括激光掃描頭、測量架和單臂機械手；測量架通過地腳螺栓安裝在地面上；測量架上裝有精密導(dǎo)軌、第一步進(jìn)電機和氣缸；移動滑枕安裝在測量架上的精密導(dǎo)軌上且與傳送帶連接；移動滑枕上裝有單臂機械手，通過測量架上的第一步進(jìn)電機驅(qū)動單臂機械手水平移動；單臂機械手內(nèi)安裝有精密絲桿和第二步進(jìn)電機，由單臂機械手內(nèi)的第二步進(jìn)電機驅(qū)動單臂機械手上下移動；單臂機械手的底端裝有旋轉(zhuǎn)電機，旋轉(zhuǎn)電機搭載激光掃描頭；主機箱中包括微處理器、激光控制器、運動控制器、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、激光電源、顯示屏；微處理器向激光控制器發(fā)送信號，激光控制器向激光掃描頭發(fā)送信號；激光掃描頭依次向數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、微處理器回傳信號；微處理器通過運動控制器來控制第一步進(jìn)電機和第二步進(jìn)電機；微處理器向顯示屏發(fā)送信號；激光電源向激光控制器供電。
[0006]優(yōu)選地，所述激光掃描頭為二維激光掃描頭，第一步進(jìn)電機、第二步進(jìn)電機都為精密步進(jìn)電機。
[0007]本發(fā)明還提供一種大工件激光測量方法，其特征在于，其包括以下步驟:
步驟一，校準(zhǔn)步驟:激光掃描測量技術(shù)的校準(zhǔn)問題就是如何把激光掃描頭自身的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)變換成為測量裝置的基準(zhǔn)坐標(biāo)系；通過對標(biāo)準(zhǔn)模板上三維坐標(biāo)已知的被測點進(jìn)行掃描測量，得出有關(guān)參數(shù)，利用相應(yīng)的標(biāo)定算法建立測量裝置的基準(zhǔn)坐標(biāo)系；
步驟二，測量步驟:由于激光掃描傳感器本身具有一定的量程，所以需要在測量架的精密導(dǎo)軌可設(shè)定多個測量位置； 步驟三，計算步驟:激光掃描頭在所有測量位對待測工件進(jìn)行測量點坐標(biāo)值的采集后，對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合計算，得出待測工件的尺寸，由顯示屏顯示。
[0008]優(yōu)選地，所述步驟二包括以下步驟:a.測量前激光掃描頭必須先回零，即回到測量裝置的基準(zhǔn)坐標(biāo)系的零點；b.由微處理器向運動控制器發(fā)送測量信號，控制測量架上的第一步進(jìn)電機驅(qū)動單臂機械手水平移動，單臂機械手到達(dá)第一個測量位；c.微處理器向運動控制器發(fā)送信號，控制氣缸頂出錐形銷，使錐形銷頂入移動滑枕上的錐孔；當(dāng)錐形銷和錐孔完全配合接觸時，單臂機械手會被調(diào)整到第一次測量位的正確位置，此時水平運動方向被鎖止；d.運動控制器控制單臂機械手內(nèi)的第二步進(jìn)電機運動，單臂機械手帶動激光掃描頭下降到指定的高度；e.微處理器同時向激光控制器和運動控制器發(fā)送信號，通過旋轉(zhuǎn)電機帶動激光掃描頭開始掃描取點；f.剩余的測量待到達(dá)各自測量位置時重復(fù)步驟c?e，最后完成對整個待測工件的掃描取點過程。
[0009]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果:本發(fā)明減輕了檢驗人員的勞動強度，提高了檢測效率、測量精度和測量可靠性；克服了手動操作，目視讀數(shù)，不宜測量，人工計算等缺點。測量范圍可根據(jù)工件大小任意調(diào)整，精度0.01_，可用于工業(yè)現(xiàn)場大工件在線測量。
【附圖說明】
[0010]圖1是本發(fā)明總體結(jié)構(gòu)圖；
圖2是本發(fā)明電路聯(lián)接框圖；
圖3是圖1中測量架結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]圖中零部件及編號:
1-激光掃描頭，2-測量架，3-單臂機械手，4-精密導(dǎo)軌，5-第一步進(jìn)電機，6-氣缸，7-移動滑枕，8-旋轉(zhuǎn)電機，9-傳送帶，10-微處理器，11-激光控制器，12-運動控制器，13-數(shù)據(jù)采集模塊，14-數(shù)據(jù)處理模塊，15-激光電源，16-顯示屏，17-被測工件，18-第二步進(jìn)電機，19-錐孔，20-錐形銷。
【具體實施方式】
[0012]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0013]參見圖1至圖3，本發(fā)明大工件激光測量系統(tǒng)包括測量裝置和主機箱；測量裝置包括激光掃描頭1、測量架2和單臂機械手3 ;測量架2通過地腳螺栓安裝在地面上；測量架2上裝有精密導(dǎo)軌4、第一步進(jìn)電機5和氣缸6 ;移動滑枕7安裝在測量架2上的精密導(dǎo)軌4上且與傳送帶9連接；移動滑枕7上裝有單臂機械手3，通過測量架2上的第一步進(jìn)電機5驅(qū)動單臂機械手3水平移動；單臂機械手3內(nèi)安裝有精密絲桿和第二步進(jìn)電機18，由單臂機械手3內(nèi)的第二步進(jìn)電機18驅(qū)動單臂機械手3上下移動；單臂機械手3的底端裝有旋轉(zhuǎn)電機8，旋轉(zhuǎn)電機搭載激光掃描頭I ;主機箱中包括微處理器10、激光控制器11、運動控制器
12、數(shù)據(jù)采集模塊13、數(shù)據(jù)處理模塊14、激光電源15、顯示屏16;微處理器10向激光控制器11發(fā)送信號，激光控制器11向激光掃描頭I發(fā)送信號；激光掃描頭I依次向數(shù)據(jù)采集模塊
13、數(shù)據(jù)處理模塊14、微處理器10回傳信號；微處理器10通過運動控制器12來控制第一步進(jìn)電機5和第二步進(jìn)電機18 ;微處理器10向顯示屏16發(fā)送信號；激光電源15向激光控制器11供電。
[0014]其中，激光掃描頭為二維激光掃描頭，第一步進(jìn)電機、第二步進(jìn)電機都為精密步進(jìn)電機。
[0015]本發(fā)明大工件激光測量方法包括以下步驟:
步驟一，校準(zhǔn)步驟:激光掃描測量技術(shù)的校準(zhǔn)問題就是如何把激光掃描頭自身的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)變換成為測量裝置的基