工件测量系统和方法与流程

本发明涉及测量领域，并且特别地，涉及一种工件测量系统和方法。

背景技术：

光学传感器是依据光学原理进行测量的仪器，这类传感器有许多优点，例如，能够实现非接触和非破坏性测量、测量几乎不受干扰、能够实现高速传输以及可遥测、遥控、可实时处理等优点。

光学传感器包括很多类型，其中，以激光三角法为基本原理的激光位移传感器是一种利用激光为光源、将CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)或者CCD(Charge-coupled Device，电荷耦合元件)传感器作为接收器的精密测量仪器。这种传感器能够在非接触的情况下精确测量被测物体的位置、位移等变化，并且能够被应用于检测物体的位移、厚度、振动、距离、直径等几何量的测量。

例如，申请号为201010560382.5、名称为“基于高精度同轴定位的多参数内径测量系统与测量方法”中国专利，就公开了利用激光传感器测量工件内径的方案。该专利所提出的解决方案虽然能够对工件的内径进行测量，但是该专利的测量是对工件内壁的所有位置都进行测量。实际上，很多工件的内壁上会存在凹槽或者开口，在测量内径时如果对设置有凹槽或开口的地方进行测量，所得到的数据是没有意义的，反而还会影响正常的分析。

另外，如前所述，激光位移传感器能够测量的参数有很多种。上述专利所公开的方案仅仅用于测量工件的内径，其功能较为单一，实际上并没有充分发挥出激光位移传感器的作用。

针对上述问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现要素：

针对相关技术中的问题，本发明提出一种工件测量系统和方法，能够避免采集到无效的测量数据位置，并且还能够实现多种项目的测量。

根据本发明的一个方面，提供了一种工件测量系统。

根据本发明的工件测量系统包括激光位移传感器、运动机构、控制器以及上位机系统。其中，运动机构在控制器的控制下驱动激光位移传感器运动；激光位移传感器用于在控制器的控制下进行测量，并将获得的测量数据发送给上位机系统；控制器用于接收输入的指令，根据指令确定工件上需要测量的位置，并且，控制器还用于根据位置，控制运动机构带动激光位移传感器运动，并控制激光位移传感器对工件的位置进行测量；上位机系统用于确定与预先选择的测量项目相对应的数据处理规则，并利用确定的数据处理规则对激光位移传感器采集的测量数据进行处理，得到测量结果。

其中，上位机系统中预先配置有多种测量项目、以及每种测量项目所对应的数据处理规则。

此外，上位机系统还可以用于对测量结果进行记录和统计，并根据测量结果生成图表。

此外，在得到测量结果后，上位机系统还用于根据预先得到的校准结果对测量结果进行补偿。

可选地，运动机构可以为直线模组，运动机构包括伺服电机、导轨和滑块，激光位移传感器安装在滑块上，滑块安装于导轨并在伺服电机的驱动下沿着导轨进行运动。

可选地，控制器为可编程逻辑控制器PLC。

根据本发明的另一方面，提供了一种工件测量方法。

根据本发明的工件测量方法包括：控制器接收输入的指令，根据指令确定工件上需要测量的位置；控制器根据位置，控制运动机构带动激光位移传感器运动，并控制激光位移传感器对工件的位置进行测量；激光位移传感器在控制器的控制下进行测量，并将获得的测量数据发送给上位机系统；上位机系统确定与预先选择的测量项目相对应的数据处理规则，并利用确定的数据处理规则对激光位移传感器采集的测量数据进行处理，得到测量结果。

其中，上位机系统中可以预先配置有多种测量项目、以及每种测量项目所对应的数据处理规则。

此外，根据本发明的上述方法可以进一步包括：

上位机系统对测量结果进行记录和统计，并根据测量结果生成图表。

此外，在得到测量结果后，上位机系统可以根据预先的校准结果对测量结果进行补偿。

本发明通能够实现以下有益效果：

(1)通过根据工件上需要测量的位置控制运动机构带动激光位移传感器运动并测量，能够避免采集到无效的测量数据，减少不必要的测量，提高测量效率；

(2)通过在上位机系统中配置不同测量项目所对应的数据处理规则，使得上位机在得到激光位移传感器采集的数据后，能够根据当前测量项目所对应的数据处理规则进行处理，得到当前测量项目的测量结果，从而让激光位移传感器能够适用于不同的测量项目，充分发挥激光位移传感器的功能优势，降低了测量成本；

(3)通过利用校准结果补偿测量结果，能够避免因为设备误差、温度误差等因素导致测量准确度降低的问题，保证了测量精度，让整个系统满足精密测量的需求；

(4)上位机系统能够对测量结果进行统计和记录，并生成图表，从而避免了人工录入等繁琐操作，减少工作量，实现了自动化测量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例的工件测量系统的框图；

图2是对根据本发明实施例的工件测量系统进行校准后得到的校准结果曲线图；

图3是根据本发明实施例的工件测量方法的流程图。

具体实施方式

此说明性实施方式的描述应与相应的附图相结合，附图应作为完整的说明书的一部分。在附图中，实施例的形状或是厚度可扩大，并以简化或是方便标示。再者，附图中各结构的部分将以分别描述进行说明，值得注意的是，图中未示出或未通过文字进行说明的元件，为所属技术领域中的普通技术人员所知的形式。

此处实施例的描述，有关方向和方位的任何参考，均仅是为了便于描述，而不能理解为对本发明保护范围的任何限制。以下对于优选实施方式的说明会涉及到特征的组合，这些特征可能独立存在或者组合存在，本发明并不特别地限定于优选的实施方式。本发明的范围由权利要求书所界定。

根据本发明的实施例，提供了一种工件测量系统。

如图1所示，根据本发明实施例的工件测量系统包括激光位移传感器1、运动机构2、控制器3以及上位机系统4。

其中，运动机构2在控制器3的控制下驱动激光位移传感器1运动；激光位移传感器1用于在控制器3的控制下进行测量，并将获得的测量数据发送给上位机系统4；控制器3用于接收输入的指令，根据指令确定工件上需要测量的位置，并且，控制器3还用于根据需要测量的位置，控制运动机构2带动激光位移传感器1运动，并控制激光位移传感器1对工件上需要测量的位置进行测量；上位机系统4用于确定与预先选择的测量项目相对应的数据处理规则，并利用确定的数据处理规则对激光位移传感器采集的测量数据进行处理，得到测量结果。

其中，对于不同的测量项目，虽然都采用激光位移传感器进行测量，但是对于激光位移触感器所采集到的数据的处理方法(包括计算方法)是不同的。例如，对工件进行内径测量与进行平面度测量相比，对于采集到的数据需要不同的处理，才能够得到对应的结果。

上位机系统4中可以预先配置有多种测量项目、以及每种测量项目所对应的数据处理规则。例如，如果用户选择需要进行平面度测量，则在上位机系统4接收到激光位移传感器1测量的数据后，将会按照平面度测量所对应的处理规则(包括算法)对数据进行计算，从而得到被测工件的平面度。

在一个实施例中，控制器3可以根据输入的指令确定工件上需要测量的位置。具体地，控制器可以通过触摸屏接收指令，触摸屏可以提供用户界面，以便用户输入指令。该指令中包含的信息可以指定工件上需要测量的位置，或者，该指令所包含的信息还可以指定工件上不需要测量的位置。例如，在测量工件的内径时，假设运动机构需要驱动激光位移传感器从初始位置沿着直线运动到距离初始位置10cm处的终点位置；在该工件上，距离初始位置2cm、4cm以及6cm处这三个位置位置设置有凹槽或开口，则在测量内径时，无需测量这3个位置处的内径大小。借助于与控制器配套设置的触摸屏等输入设备，用户可以通过指令将这3个不需要测量的位置输入。在接收到该指令后，控制器在控制运动机构运动时，将不会在上述三个位置停留。例如，控制器在控制运动机构运动时，可以让运动机构在运动至距离初始位置1cm、3cm、5cm、7cm、8cm、9cm、10cm处时分别停留，且控制器会在每次停留期间都发送测量指令给激光位移传感器，让激光位移传感器进行测量，控制器可以在每次测量后实时采集测量数据。

此外，在一个实施例中，上位机系统4还用于对测量结果进行记录和统计，并根据测量结果生成图表。这样就能够避免人工录入等繁琐操作，减少工作量，实现自动化测量。不仅如此，上位机系统还能够实现历史数据的查询、数据导出导入功能，让测量结果的查询、回溯更加高效、方便。

可选地，上述运动机构可以为直线模组(能够带动激光位移传感器沿直线运动)，运动机构包括伺服电机、导轨和滑块，激光位移传感器安装在滑块上，滑块安装于导轨并在伺服电机的驱动下沿着导轨进行直线运动。运动机构还可以进一步采用丝杆和轴承，在伺服电机的作用下，驱动激光位移传感器运动。

可选地，在一个实施例中，上述控制器为可编程逻辑控制器(PLC)。

在实际应用中，工件测量系统可以包括激光位移传感器1个、直线模组1套(含伺服驱动)、直线模组支架、PLC、触摸屏、以及电器柜；测量平台可以选择00级大理石平台；为了对测量系统进行校准，可以配置标准陶瓷量块；上位机软件可用于采集激光位移传感器的测量数据；PLC则用于驱动运动机构带动激光位移传感器进行测量。

在进行实际测量之前，可以在00级大理石上放置组装后的直线模组(直线模组是由丝杆、导轨、滑块、轴承、伺服电机等部件组装而成，激光位移传感器由机械装置固定后安装于直线模组上；

另外，由于直线模组会产生形变，所以在测量前还可以首先对直线模组进行校准。在进行校准时，可以首先启动PLC，直线模组滑块复位；开始启动伺服电机；PLC程序负责驱动直线模组，直线模组每移动2mm，PLC使用电平触发激光位移传感器对上述标准陶瓷量块采集位移数据；上位机读取激光位移传感器的实时数据。可选地，可以采集个200点(点数可以根据实际需要进行自定义)，根据测得的200点数据Yn，以原点Y0为基准，各点与Y0作差就能够得出偏差值(Δn＝Yn-Y0)，进而能够得到导轨各点的形变偏差图(也就是说，确定了直线模组各个位置处的直线度)，具体可以参见图2。

在校准后，可以开始对被测物体进行测量。此时，可以将标准陶瓷量块移走，将被测物放置于00级大理石平台，被测物放置于直线模组的支架中间。PLC控制直线模组滑块复位；在开始真实测量时，PLC控制伺服电机，伺服电机将驱动滑块运动，测量时的运动间隔和校准时的运动间隔相一致，或者，测量时的运动间隔也可以是校准时的运动间隔的整数倍。上位机系统实时采集数据，并使用校准得到的偏差数据(例如，图2所示的偏差图)逐点进行补偿，并实时显示成图像。

尽管之前以直线模组为例说明了校准的过程，实际上，本发明可以采用的运动机构并不局限于直线模组，校准的方法也不局限于上述方法。在进行补偿时，对于不同的运动机构，可以根据其机械结构上的其他误差对测量结果进行补偿。另外，还可以根据测量环境中的温度、湿度等参数对测量结果进行补偿。

根据本发明的实施例，还提供了一种工件测量方法。

如图3所示，根据本发明实施例的工件测量方法包括：

步骤S301，控制器接收输入的指令，根据该指令确定工件上需要测量的位置；

步骤S303，控制器根据上述位置，控制运动机构带动激光位移传感器运动，并控制激光位移传感器对工件的上述位置进行测量；

步骤S305，激光位移传感器在控制器的控制下进行测量，并将获得的测量数据发送给上位机系统；

步骤S307，上位机系统确定与预先选择的测量项目相对应的数据处理规则，并利用确定的数据处理规则对激光位移传感器采集的测量数据进行处理，得到测量结果。

其中，上位机系统中可以预先配置有多种测量项目、以及每种测量项目所对应的数据处理规则。

在一个实施例中，根据本发明的测量方法可以进一步包括：

上位机系统对测量结果进行记录和统计，并根据测量结果生成图表。

此外，在上位机对来自激光位移传感器的测量数据进行数据处理得到测量结果后，上位机系统根据预先的校准结果对测量结果进行补偿，将补偿后的结果作为最终测量结果。

综上所述，本发明提供了一种廉价、高效、准确的测量方案，该方案基于激光位移传感器、PLC以及运动机构(直线模组)的自动化测量装置。使用PLC驱动直线模组并且带动激光位移传感器实现自动化测量作业，采集的数据自动上传到上位机，生成测量结果曲线，例如，在本发明用于平面度测量时，可以生成平面度曲线。本发明的技术方案能够简化用户操作，实现全自动化测量，包括：自动化运动采点、自动化生成数据图形、以及一键取得高精度数据；

本发明的测量方案具备通用性，除了平面度测量，还适用于扁平物件、各种工业原材料等的厚度测量，还可以用于物体距离、直径等精密的几何测量。只需虚线在上位机系统中预先录入数据处理规则、并在测量时选择所要测量的项目，便可直接测量，得到所需的测量结果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。