如何制作智能檢查工具

本發(fā)明涉及一種特征在于采用光學方法的測量裝置，尤其涉及一種用于快速，智能地檢查零件尺寸精度的智能檢查工具。

背景技術：

為使汽車零部件和整車等每個部件都達到理想的制造和加工精度，需要充分保證相關檢查工具的測量穩(wěn)定性和準確性。

在尺寸檢查的當前階段，通常使用支撐結構（夾具）根據(jù)設計圖紙規(guī)格將零件放置在檢查工具上，并使用以下接觸式或非接觸式檢查方法進行尺寸檢查在檢查工具上檢查：

方法1，使用特殊的測量尺或量規(guī)進行手動檢查；

方法二，使用空間位置測量設備對工件尺寸進行接觸檢測；

方法3：在定位檢查工具上設置一組高精度檢查塊，使用千分表或DateMyte等測量工具將其一個一個地插入檢查塊的套管（儀表座）中，然后讀取零件的位置以獲得尺寸偏差。

一種方法需要在檢查位置使用高精度檢查塊作為評估零件尺寸偏差的參考。因此，獲得的零件尺寸讀數(shù)的誤差是這些檢查塊的精度的偏差和刻度尺/量規(guī)的偏差。并積累了操作者的刻度/量表讀數(shù)的三個偏差。檢查塊的精度在±0.1mm以內，導致檢測方法的偏差高達0.2mm。這樣會導致測量穩(wěn)定性不足，測量速度緩慢（通常需要幾分鐘）以及數(shù)據(jù)準確性低，從而影響產品交付的質量。

由于這種檢查工具上的檢查塊經(jīng)常碰到尺子/量規(guī)，因此該檢查塊會磨損，必須經(jīng)常維護或更換該檢查塊。維護要求和成本較高。另外，必須手動記錄通過手動測量獲得的數(shù)據(jù)并將其輸入計算機系統(tǒng)?？梢钥闯觯椒?的檢測方式效率低，費時，結果不夠準確。

方法2要求使用空間位置測量設備（例如固定或移動的三坐標測量儀）通過接觸測量來測量零件。這種檢查工具不需要高精度的檢查塊作為參考，例如可以直接獲取檢查位置中的零件與探頭之間的偏差的三坐標測量儀。測量結果的精度取決于空間位置測量設備的精度，因此，可以將獲得的零件尺寸讀數(shù)的誤差控制在0.05mm或更小?？臻g位置測量設備的成本較高，固定的三坐標測量儀也需要恒溫恒濕的環(huán)境要求。無論是手動操作三坐標測量儀還是編程自動檢查，都需要大量的人力和準備工作。盡管移動三坐標不受環(huán)境溫度的影響，但其精度已不能滿足某些零件的測量要求，特別是對于汽車零件形狀復雜的情況，三坐標探頭無法到達某些特定的測量位置。

方法3使用相同的百分表指示器測量零件在檢查臺上的不同位置。通常需要將百分表重置為零。每個檢查塊都是一個檢查基準，檢查塊的處理和調試精度都很高，并將這些精度要求轉換為檢查工具的制造成本，從而限制了其普及和使用。

也可以將激光傳感器等高精度傳感器[0.01mm）應用于模式3的檢查工具，并且可以即時獲得測量值，屬于當前新興技術。但是，仍然需要在檢查工具上設置一個高精度檢查塊作為校準激光傳感器位置的參考。這對激光傳感器的安裝提出了極高的精度要求。安裝位置精度可以獲得較高的檢測精度結果。在工業(yè)現(xiàn)場惡劣的環(huán)境中，檢查塊和激光傳感器的任何偏差都會導致檢查結果的準確性降低。與方法一相同，存在檢查塊的定位精度影響測量精度的問題。并且對維護提出了更高的要求。這些對精度的過高要求最終轉化為設備制造和調試的過高成本，嚴重影響了該技術的應用和推廣。

經(jīng)過搜索，中國專利文獻CN103196365A公開了一種用于汽車零部件的激光掃描檢查工具。檢查工具上的激光傳感器用于掃描被檢查的零件以獲得測量數(shù)據(jù)。計算機調用測量數(shù)據(jù)并合成零件圖像。將圖像與原始的預存儲標準圖像合成進行比較，以確定要檢查的產品是否合格。必須使用移動激光傳感器掃描零件的所有輪廓并通過計算機建模來獲取零件圖像，這需要很長時間。而且，現(xiàn)有掃描設備的掃描精度不能滿足零件質量控制的要求。另外，在實際生產和制造中，大多數(shù)零件只需要對關鍵零件的尺寸精度進行質量控制。例如，僅將需要安裝和匹配的零件的尺寸用作質量控制點，并采用整體掃描和比較的檢查方法?？磥硇侍?。

《中國制造2025》提出了“促進信息化與工業(yè)化深度融合”和“生產過程自動化與智能化建設”的戰(zhàn)略目標和重點。檢測工具的智能化已成為“工業(yè)4.0”的“智能工廠”和“智能生產”的重要組成部分。

如何對現(xiàn)有的定位檢測工具進行有限的轉換和升級，以實現(xiàn)高速，高精度的自動檢測，已成為亟待解決的技術問題。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的：為了克服上述現(xiàn)有技術中的許多缺點，本發(fā)明提供了一種用于零件的高速和高精度自動檢查的智能檢查工具。

技術方案：為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供的智能檢測工具包括：工件夾持平臺，在與工件檢測點相對應的位置上安裝有激光傳感器；工件之間留有用于拾取和放置工件的操作空間，工件夾持平臺還設有用于校準激光傳感器的歸零裝置。在現(xiàn)有的檢查工具上，用于安裝定位千分表，DataMyte等測量工具的安裝座要求極高的位置精度，并且需要非常精確地調整測量工具的安裝坐標。測量結果的誤差也是安裝座定位誤差，零件誤差的累積。在該解決方案中，首先將激光傳感器牢固地安裝在傳感器支架上（相當于安裝座），然后使用調零裝置使激光傳感器的精確位置反向，從而節(jié)省了制造成本并節(jié)省了調整成本。高精度安裝座。校準支架所需的人工成本。

優(yōu)選地，激光傳感器通過傳感器支架固定安裝在工件夾持平臺上，將歸零裝置屏蔽在激光傳感器的激光路徑之外，并且將歸零裝置可拆卸地安裝在工件支架上。平臺。將參考塊結構夾緊在平臺或傳感器支架上。將激光傳感器固定安裝在傳感器支架上后，將參考塊安裝在激光傳感器可檢測的位置，然后用坐標測量機或其他裝置測量參考塊的反射。表面的坐標，測量值反轉激光傳感器的位置和反射面的實際坐標，以獲取激光傳感器的準確位置。

作為首選，歸零設備是安裝在傳感器支架上的參考塊。當需要將激光傳感器歸零時，可以將歸零設備的參考塊安裝到可以阻擋激光束的位置。安裝工件后，請將其安裝在不會干擾工件的位置?？梢圆捎勉q接安裝方法。當需要將激光傳感器歸零時，將歸零裝置的參考塊轉到可以阻擋激光束的位置，并且當需要檢測工件時，將其翻轉并折疊到外部以避免干擾工件。

優(yōu)選地，工件夾緊平臺使用定位檢查工具，并且定位檢查工具的檢查工具輪廓也可以用作歸零裝置。

此外，通過將可編程智能操作面板與激光傳感器連接，檢查工具可以具有自己的顯示和編程控制。

此外，可編程智能操作面板通過有線或無線網(wǎng)絡連接到公司的IT系統(tǒng)，以充分分析和利用檢測數(shù)據(jù)。

此外，激光傳感器可以與電源和無線通信設備集成到一個獨立的傳感器模塊中，可以輕松地將其安裝在現(xiàn)有檢查工具的測量工具位置，而無需電纜連接，并且避免了電纜損壞工業(yè)應用。布局也更加靈活，具有廣泛的應用范圍，并且可以用作工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的一部分。

本發(fā)明還提出了上述智能檢查工具的檢測方法，包括以下步驟：

步驟1.在檢查工具設計和處理期間，將產品設計模型的測量點A沿零件表面的法線方向投影到檢查工具的表面上，并標記目標點B的位置;

步驟2，以測量點A與目標點B之間的連接線為光路，反方向確定光源點C的位置，確定傳感器的安裝位置，并安裝相應的傳感器支架機構；

第3步。在測量開始之前，將每個傳感器的光路上的歸零設備設置為使每個傳感器歸零；

步驟4，打開激光源，檢查量具表面的激光束斑是否在目標點B上，并迅速檢查傳感器光束位置是否沒有偏移；

步驟5，切換并限制固定的回零裝置，并在回零裝置上標記激光束光斑的D點；

步驟6，使用空間位置測量設備測量并記錄零點D的空間坐標值；此時將傳感器讀數(shù)設置為零；

第7步，移除零復位塊，使其不再阻擋激光束，然后加載實際零件進行檢測。傳感器激光束實際上將光斑E投射到零件上，傳感器獲得從點D到點E的距離。值表示遠離激光點C，負值表示靠近激光點C；

步驟8，實際零件偏差矢量EA =矢量DA-矢量DE;系統(tǒng)輸出結果讀數(shù)，計算結果的正號表示該零件朝著更靠近激光點C的方向偏離，負號表示該零件偏離了激光點C。

具體地，在步驟8中，距離DA是由空間位置測量裝置檢測到的點D的坐標值，其是由空間位置測量裝置軟件通過點D和點A的坐標直接計算出的。

具體地，在步驟8中，將D點的坐標值和空間位置測量裝置測得的A點的理論坐標直接輸入到數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中，并由系統(tǒng)轉換DA距離。

將定位量規(guī)的量規(guī)輪廓用作歸零設備時，上述方法可得出另一套檢查程序：

步驟1。在檢測之前，激光位移傳感器以目標點B返回零，并且目標點B也用作返回點D；

第2步，使用空間位置測量設備校準目標點B的坐標；

步驟3，使用在步驟1、2中獲得的數(shù)據(jù)將激光位移傳感器歸零

步驟4.激光位移傳感器檢測實際零件，并計算產品設計模型的測量點A與實際測量點E之間的距離。測量系統(tǒng)顯示讀數(shù)：實際零件偏差AE = BE-DA。

隨著檢測速度和效率的提高，本發(fā)明的智能檢查工具可以用于離線采樣檢查，也可以用于在線全面檢查。

發(fā)明原理：

1)激光測量系統(tǒng)的邏輯是傳感器測量點，并且傳感器位置已清除；儀表上可能有n個傳感器，并且每個傳感器都已清除。

2)輸入傳感器的校正值并存儲。

3)點，存儲每個傳感器的讀數(shù)（總共n個）。

4)在屏幕上顯示輸出3) +校正值的讀數(shù)。

5)保存n＃4)個值并輸出帶有序列號的數(shù)組;數(shù)組標題必須具有一定的名稱要求+測量時間，首次清除時間和輸入名稱。

測量和計算過程如下：

第一步是點擊參考塊?？梢詣h除參考塊作為傳感器重置的參考。

第二步是使用空間位置測量設備，例如將三個坐標擊中參考塊上的同一點，然后清除傳感器，由三個坐標測量機測量的值與標稱值之間的差在量規(guī)的坐標系中。它是下一步中使用的校正值。

攻絲的第三步是實際零件的測量點。此時，使用上述校正值校正傳感器測量值就是零件尺寸的絕對偏差。

由光束投射角引起的測量誤差的原理如圖6所示。與理論測量表面相比，激光傳感器2的激光束投射到實際測量表面（實際部分）4上。產品設計模型）5.實際的光速將距離縮短1，選擇不同的投影角度α，并使用三角函數(shù)計算測量誤差d。

從上表可以看出，當α為10°且實際法向偏差為1 mm時，測量誤差為0.015 mm，足以滿足檢查工具的要求。

有益效果：本發(fā)明將激光傳感器安裝在與工件檢測點位置相對應的工件夾持平臺上，并輔以對激光傳感器調零裝置的校準，這相當于坐標系概念和工件定位現(xiàn)有定位檢測器的設計方法，在此基礎上，引入了高精度的非接觸式激光測量方法，具有以下重大改進：

1.不僅可以高速，高精度地獲得零件尺寸數(shù)據(jù)，而且不需要激光傳感器的安裝和定位精度，并且部署非常簡單。

2.在現(xiàn)有定位檢查工具的基礎上進行有限的改造可以形成一個高速，高精度的自動檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有較高的現(xiàn)有定位檢查工具利用率，并具有明顯的成本優(yōu)勢。

3.該檢查工具的核心設備，如激光傳感器，支架和復位設備以及可編程智能操作面板，都是通用設備。當產品生命周期結束時，可以將這些常規(guī)設備卸下并轉移到其他設備上。新產品用于定位檢查工具，具有極高的可重復使用性。

4.它的非接觸式高精度檢測特性可以避免在將零件安裝到定位檢查工具中時檢查工具與零件之間的干擾，并避免在零件上設計太多活動零件的成本。檢查工具，非常適合在汽車工業(yè)中檢測車身鈑金和注塑件。

5.檢查工具僅需進行一次校準，即可進行連續(xù)測試。在測試過程中無需重新安裝激光傳感器，可以執(zhí)行高速簡化的測試。

6.該檢查工具還與自動化系統(tǒng)集成在一起，該系統(tǒng)可以實時判斷和報警尺寸鑒定，并為SPC提供完整而準確的歷史記錄。它可以在不增加周期時間的情況下對關鍵部件進行100％全面檢查，并提供實現(xiàn)規(guī)模的手機終端和公司系統(tǒng)報告，以進行質量管理。

綜上所述，與現(xiàn)有的檢查工具相比，本發(fā)明具有最低的總成本（硬件，操作），最高的準確性和最快的速度?；谥悄軝z查工具，可以實現(xiàn)最嚴格的數(shù)據(jù)自動化，系統(tǒng)的尺寸管理，消除批量產品問題并實現(xiàn)自動模具維護預警。

除了本發(fā)明要解決的上述技術問題自動檢具，構成技術方案的技術特征以及這些技術方案的技術特征所帶來的優(yōu)勢外，智能技術還可以解決其他技術問題。結合附圖對本技術方案中包括的其他技術特征以及這些技術特征帶來的優(yōu)點進行進一步的詳細說明。

圖紙說明

圖1是本發(fā)明第一實施例的傳感器支架的結構示意圖；

圖2是圖1的左視圖；

圖3是圖1的俯視圖；

圖4是將激光傳感器安裝到套管中的結構示意圖;

圖5是圖4中參考塊的安裝示意圖;

圖6是由光束投射角引起的測量誤差的示意圖;

圖7是本發(fā)明第二實施例的檢測原理圖；

圖8是本發(fā)明第四實施例的檢測原理圖；

圖9是本發(fā)明第五實施例的檢測設備的圖；

圖10是圖9的使用狀態(tài)實體圖；

在圖中：101套管，102參考塊，103針，1個傳感器支架，2個激光傳感器，3個復位塊，4個實際被測表面（實際部分），5個理論被測表面（產品設計模型），6個部分檢查工具輪廓，7個產品設計模型測量點A，8個目標點B，9個光源點C，10個零點D，11個實際測量點E，12個激光束，13個控制箱，14個安裝支架，15個零件安裝基準，由16部分組成的安裝平臺。

具體的實現(xiàn)方法

示例一

本實施例主要詳細描述傳感器支架。其結構示于圖1、圖2和3中，包括襯套101和基準塊102。基準塊102為L形，銷103基準塊102可拆卸地安裝在襯套101上，并且襯套101的內部有一個用于夾持激光傳感器的通槽。

如圖4和圖5所示，套管101可以采用矩形框架結構，該矩形框架結構與激光傳感器2的外輪廓匹配，并且用于調節(jié)的間隙在框架上流出?；鶞拾惭b在套管101的102塊上。

由于將激光傳感器固定安裝在套管上之后可以對其進行精確校準，因此套管和參考塊本身不需要太高的精度。套管僅需滿足牢固固定激光傳感器的要求。參考塊需要一個可以阻擋激光的平面。

示例2

該實施例的檢測原理如圖7所示。工件夾持平臺是用于牢固地固定要檢測的工件的固定裝置。在本實施例中，使用了現(xiàn)有的定位檢查夾具。

在定位檢查工具的設計和加工期間，產品設計模型測量點A（即產品數(shù)字模型的測量點）沿著零件表面的法線方向投影到零件檢查工具輪廓上6作為理論測量表面（產品設計模型）5，并標記目標B的位置；

以測量點A與目標點B的連接線為光路，反過來確定光源點C的位置和激光傳感器2的安裝位置，并設計開發(fā)相應的傳感器支架1；

設計和開發(fā)歸零模塊3，在測量開始之前，每個激光傳感器2都配備一個至零的每個激光傳感器2。

檢測過程如下：

1.在檢查工具設計和加工期間自動檢具，從產品設計模型的測量點A沿零件表面的法線方向繪制一條直線。光源點C在該直線上，理論上C到A的距離應為激光傳感器的設計標稱測量距離，安裝后從C到A的實際距離值不超過傳感器可測范圍距離，并且接近傳感器的設計標稱測量距離值更好；

2.根據(jù)C點的位置以及從C點到A的連接方向，設計傳感器的安裝位置和角度。 C與A之間的連接應為激光束的理論軌跡，并應安裝固定傳感器；

3.在測量開始之前，在每個傳感器的光路上設置了一個零歸位設備，以將每個傳感器歸零。歸零點D到A的距離必須在傳感器的可測量范圍內；

4.在測量開始時，首先將零復位塊安裝或切換到剛好阻擋激光路徑的位置；

5.打開激光源，這時光束在調零塊上投射一個光斑D；

6.使用空間位置測量設備測量D點的空間坐標值并將其記錄下來，此時將傳感器讀數(shù)設置為零；

7.卸下歸零塊，使其不再阻擋激光束，然后裝入實際零件進行檢測。傳感器激光束實際上將光斑E投射到零件上，傳感器獲得從點D到點E的距離。值表示遠離激光點C，負值表示靠近激光點C；

8.實際零件偏差矢量EA =矢量DA-矢量DE;系統(tǒng)輸出結果讀數(shù)，計算結果的正號表示該零件朝著激光點C的方向偏移，負號表示該零件朝著激光點C的方向偏移；

通過系統(tǒng)轉換從點D和點A的坐標獲得步驟8中的矢量DA。在步驟6中測量點D的坐標，并直接從軟件中提取點A的坐標。獲取距離DA的方法有兩種：

a。由空間位置測量設備的軟件通過點D和點A的坐標直接計算出空間位置測量設備檢測到的點D的坐標值，然后輸入到數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中。

b。將空間位置測量設備測得的D點坐標值和A點理論坐標直接輸入數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，系統(tǒng)將轉換DA距離。

示例三

在本實施例中，使用以下步驟進行檢測。

步驟1.在檢查工具設計和處理期間，將產品設計模型的測量點A沿零件表面的法線方向投影到檢查工具的表面上，并標記目標點B的位置;

步驟2，以測量點A與目標點B的連接線為光路，確定光源點C的反方向位置，確定傳感器安裝位置，并安裝相應的傳感器支架機構;

步驟3。在測量開始之前，將每個傳感器的光路上的調零塊設置為將每個傳感器調零；

步驟4，打開激光源，檢查量具表面的激光束斑是否在目標點B上，并迅速檢查傳感器光束位置是否沒有偏移；

步驟5，切換并限制固定零塊，在零塊上標記激光束光斑的D點；

步驟6，此時將傳感器讀數(shù)設置為零；

步驟7，使用空間位置測量裝置（如CMM）測量并記錄零點D的空間坐標值；

步驟8，拆下歸零塊，加載實際零件進行檢測，傳感器獲得從D點到被測點E的距離；

步驟9，傳感器讀數(shù)輸出，實際零件偏差AE =距離DA-距離DE;計算結果的正號表示零件偏離檢查夾具的物理空間，負號表示零件偏離檢查夾具的實體空間。

示例四

本實施例的檢測如圖8所示，包括傳感器支架1，激光傳感器2，實際測量表面（實際部分）4和理論測量表面（產品設計模型）5、零件檢查工具輪廓6和激光束a。

在某些情況下，工件夾緊平臺在傳感器相對于零件的另一側具有一個實體，例如一些常用的零件檢查工具。因此，為了改進第二實施例，步驟如下：

1.與方法一的步驟1相同；

2.與方法一的步驟2相同；

3.取消方法一的步驟3；

4.取消方法一中的第4步；

5.在測量開始時，首先不要加載零件，打開激光源，這時光束會投射到工件夾緊平臺實體上以獲得目標點B；

6.使用空間位置測量設備測量B點的空間坐標值并將其記錄下來，此時將傳感器讀數(shù)設置為零；

7.加載要檢測的實際零件，傳感器的激光束實際上將光斑E投射到零件上，并且傳感器獲得從B點到E點的距離。該值應為負值；

8.實際零件偏差矢量EA =矢量BA-矢量BE;計算結果的正號表示該零件在靠近激光點C的方向上偏移，負號表示該零件在遠離激光點C的方向上偏移；

9.8中提到的矢量BA是通過系統(tǒng)轉換從點B和點A的坐標獲得的。點B的坐標由上述第6項測量，點A的坐標直接從該軟件。

從該實施例可以看出，本發(fā)明的歸零裝置包括但不限于塊狀歸零塊，歸零塊和參考塊的結構布置。

示例5

該實施例提供了一種用于檢測汽車的控制面板的尺寸偏差的檢查工具。如圖8所示，控制箱13、安裝托架14和零件安裝基準安裝在零件安裝平臺14 15上。其中，安裝托架14和零件安裝基準15成對地配置在零件安裝平臺14上。汽車中心控制面板的四個質量控制點（靠近四個角）。

控制箱具有可編程的智能操作面板，電源等，以處理和計算激光傳感器獲得的數(shù)據(jù)。安裝支架用于安裝激光傳感器，在檢測開始之前安裝調零裝置，打開機器并將激光傳感器歸零。