本發(fā)明涉及一種測(cè)量機(jī)裝置，特別涉及一種支持?jǐn)?shù)控加工的在位自動(dòng)測(cè)量的激光和機(jī)器視覺(jué)測(cè)量機(jī)機(jī)構(gòu)。

背景技術(shù)：

常用測(cè)量方法可以分為離線(xiàn)測(cè)量，在位測(cè)量和在線(xiàn)測(cè)量三種。離線(xiàn)測(cè)量是指待加工完成后再在檢測(cè)室進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量和加工過(guò)程是分開(kāi)的，若測(cè)量不合格，則需要重新裝夾進(jìn)行修復(fù)，容易產(chǎn)生夾裝誤差；在位測(cè)量是指加工完成之后無(wú)需卸下工件在機(jī)床工作臺(tái)上直接測(cè)量；在線(xiàn)測(cè)量是指在加工過(guò)程中實(shí)時(shí)的進(jìn)行測(cè)量，隨時(shí)掌握加工誤差以及變化趨勢(shì)，能及時(shí)進(jìn)行控制，是一種動(dòng)態(tài)測(cè)量過(guò)程。理論上來(lái)說(shuō)，在線(xiàn)測(cè)量是最好的測(cè)量方案選擇，但由于現(xiàn)有技術(shù)及環(huán)境的限制，在線(xiàn)測(cè)量進(jìn)行具體實(shí)施的難度較大，本發(fā)明主要針對(duì)在位測(cè)量的方法。研究數(shù)控機(jī)床上的在位自動(dòng)測(cè)量，減少零件的搬運(yùn)移動(dòng)，提高加工效率，避免二次裝夾，提高測(cè)量精度。運(yùn)用機(jī)械手的自動(dòng)測(cè)量，使制造與測(cè)量精密相連，讓測(cè)量融入到了制造設(shè)備之中。機(jī)械手上裝配了激光和機(jī)械視覺(jué)測(cè)量探頭，從而組成了在位自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，讓測(cè)量的結(jié)果能及時(shí)反饋給加工過(guò)程，使得零件制造過(guò)程成為一個(gè)具有反饋的閉環(huán)系統(tǒng)，對(duì)于制造所追求的效率與精度都有重要的意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明是要提供一種支持?jǐn)?shù)控加工的在位自動(dòng)測(cè)量的激光和機(jī)器視覺(jué)測(cè)量機(jī)，該測(cè)量機(jī)能在不丟失機(jī)床原點(diǎn)和原有精度的前提下測(cè)量，提高測(cè)量精度，機(jī)械手的自動(dòng)化完成加工過(guò)程中的在位測(cè)量，實(shí)現(xiàn)測(cè)量與制造的無(wú)縫鏈接，并利用激光測(cè)距和機(jī)器視覺(jué)測(cè)量工件尺寸為基本測(cè)量工具，測(cè)量機(jī)具備與數(shù)控機(jī)床兼容，切削罩防護(hù)，自動(dòng)聚焦，與主軸自動(dòng)綁定與獨(dú)立可控，實(shí)現(xiàn)與數(shù)控協(xié)同工作。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種支持?jǐn)?shù)控加工的在位自動(dòng)測(cè)量的激光和機(jī)器視覺(jué)測(cè)量機(jī)，包括小手臂組件、大手臂組件、吸盤(pán)底座組件及防切屑罩組件，其特征在于：所述小手臂組件通過(guò)小手臂座與大手臂組件連接，所述的小手臂組件包括測(cè)量探頭組、腕部中心軸、電機(jī)齒輪箱、減速器a、旋轉(zhuǎn)臂電機(jī)，所述小手臂座上裝有控制小手臂擺動(dòng)的減速器b和小手臂擺動(dòng)電機(jī)，腕部中心軸后端通過(guò)電機(jī)齒輪箱和減速器a連接旋轉(zhuǎn)臂電機(jī)，由旋轉(zhuǎn)臂電機(jī)通過(guò)減速器a和電機(jī)齒輪箱調(diào)節(jié)控制腕部中心軸旋轉(zhuǎn)，腕部中心軸前端安裝測(cè)量探頭組；所述大手臂組件通過(guò)驅(qū)動(dòng)臂座與吸盤(pán)底座組件連接，所述的大手臂組件包括大手臂支架、控制大手臂擺動(dòng)的兩個(gè)減速器c、大手臂擺動(dòng)電機(jī)、安裝法蘭，所述大手臂擺動(dòng)電機(jī)通過(guò)螺栓和安裝法蘭安裝在減速器c上，減速器c的旋轉(zhuǎn)軸通過(guò)鍵與軸承套連接；軸承套采用過(guò)盈配合與大手臂支架連接，驅(qū)動(dòng)臂座通過(guò)螺栓與減速器c外圈固定連接；所述吸盤(pán)底座組件通過(guò)螺栓與驅(qū)動(dòng)臂座固定連接，其兩側(cè)焊接有防切屑罩組件，所述的吸盤(pán)底座組件包括大底座、四個(gè)磁力吸盤(pán)、吸盤(pán)可調(diào)螺釘，大底座底面通過(guò)吸盤(pán)可調(diào)螺釘安裝四個(gè)磁力吸盤(pán)。

所述防切屑罩組件包括防護(hù)罩、插銷(xiāo)柱、焊接套筒以及控制插銷(xiāo)柱旋轉(zhuǎn)的電機(jī)，所述防護(hù)罩通過(guò)焊接套筒連接插銷(xiāo)柱，使防護(hù)罩可繞插銷(xiāo)柱張開(kāi)或閉合，插銷(xiāo)柱連接電機(jī)，由電機(jī)通過(guò)插銷(xiāo)柱控制防護(hù)罩張開(kāi)或閉合，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量機(jī)的隔離或撤除。

所述測(cè)量探頭組包括測(cè)量座、機(jī)器視覺(jué)探頭、激光探頭，機(jī)器視覺(jué)探頭安裝在測(cè)量座底面的中央，可隨腕部中心軸旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器視覺(jué)探頭的調(diào)焦；激光探頭安裝在測(cè)量座-底面的邊緣位置，可隨腕部中心軸旋轉(zhuǎn)，對(duì)激光在工件上的方位進(jìn)行調(diào)整。

所述小手臂座與大手臂支架之間通過(guò)關(guān)節(jié)軸芯和軸承連接，關(guān)節(jié)軸芯通過(guò)減速器b與小手臂擺動(dòng)電機(jī)連接，小手臂擺動(dòng)電機(jī)通過(guò)螺栓安裝在減速器b上，小手臂座用螺栓與減速器b外圈固定連接。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明用于數(shù)控機(jī)床上的在位自動(dòng)測(cè)量，能減少零件的搬運(yùn)移動(dòng)，提高加工效率，避免二次裝夾，提高測(cè)量精度。運(yùn)用機(jī)械手的自動(dòng)測(cè)量，使制造與測(cè)量精密相連，讓測(cè)量融入到了制造設(shè)備之中。機(jī)械手上裝配了激光和機(jī)械視覺(jué)測(cè)量探頭，從而組成了在位自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，讓測(cè)量的結(jié)果能及時(shí)反饋給加工過(guò)程，使得零件制造過(guò)程成為一個(gè)具有反饋的閉環(huán)系統(tǒng)，對(duì)于制造所追求的效率與精度都有重要的意義。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的激光和機(jī)器視覺(jué)測(cè)量機(jī)結(jié)構(gòu)立體示意圖；

圖2是本發(fā)明的吸盤(pán)底座組件圖；

圖3是本發(fā)明的防切屑罩組件圖；

圖4是本發(fā)明的大手臂關(guān)節(jié)圖；

圖5是本發(fā)明的小手臂關(guān)節(jié)圖；

圖6是本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)臂安裝圖。

圖7是本發(fā)明的測(cè)量探頭圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

數(shù)控機(jī)床在加工的過(guò)程中有各種檢測(cè)任務(wù)，包括測(cè)定零件的編程原點(diǎn)、對(duì)首件零件進(jìn)行檢測(cè)、在工序之間的檢測(cè)和在加工完成后的檢測(cè)等。在位自動(dòng)測(cè)量能在不丟失機(jī)床原點(diǎn)和原有精度的前提下測(cè)量工件精度。因此，開(kāi)展面向數(shù)控機(jī)床的在位測(cè)量技術(shù)的研究將是實(shí)現(xiàn)測(cè)量與制造無(wú)縫鏈接的重要紐帶。本發(fā)明給出一種支持?jǐn)?shù)控加工的在位自動(dòng)測(cè)量的激光和機(jī)器視覺(jué)測(cè)量機(jī)，通過(guò)在機(jī)械手上裝夾激光和視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量。主要內(nèi)容如下：

(1)確定測(cè)量機(jī)構(gòu)的安裝，主要包括在機(jī)床上的安裝位置，以及采用何種方式安裝。要做到機(jī)構(gòu)是可拆卸的，拆卸方式簡(jiǎn)單，同時(shí)安裝具有一定的穩(wěn)定性，安裝位置要避免影響機(jī)床加工。

(2)確定采用機(jī)械手的方式來(lái)運(yùn)載裝有測(cè)量系統(tǒng)的探頭。對(duì)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)以及驅(qū)動(dòng)方式進(jìn)行設(shè)計(jì)。主要要求能達(dá)到的目的是，機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)具有較高的精度，能夠準(zhǔn)確定位；機(jī)械手能實(shí)現(xiàn)3個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)，以滿(mǎn)足測(cè)量范圍的需求；機(jī)械手要可折疊收回，收回尺寸足夠小，這樣可完全避免測(cè)量機(jī)構(gòu)對(duì)機(jī)床加工的干擾。

考慮到機(jī)床加工時(shí)產(chǎn)生的切屑，對(duì)機(jī)械手進(jìn)行防切屑的設(shè)計(jì)。要做到機(jī)械手收回時(shí)能對(duì)測(cè)量機(jī)進(jìn)行隔離，防止切屑的影響，在測(cè)量之前能及時(shí)便利的對(duì)隔離進(jìn)行撤除，讓測(cè)量過(guò)程暢通無(wú)阻。

如圖1至圖7所示，本發(fā)明的支持?jǐn)?shù)控加工的在位自動(dòng)測(cè)量的激光和機(jī)器視覺(jué)測(cè)量機(jī)，包括小手臂組件1、大手臂組件2、吸盤(pán)底座組件3及防切屑罩組件4。

小手臂組件1通過(guò)小手臂座16與大手臂組件2連接，小手臂座16上裝有控制小手臂擺動(dòng)的減速器b17和小手臂擺動(dòng)電機(jī)18。大手臂組件2通過(guò)驅(qū)動(dòng)臂座24與吸盤(pán)底座組件3連接，吸盤(pán)底座組件3通過(guò)螺栓與驅(qū)動(dòng)臂座24固定連接，其兩側(cè)焊接有防切屑罩組件4。測(cè)量探頭組11安裝在小手臂組件1前端。

1.各零部件裝配

如圖2所示，吸盤(pán)底座組件3包括大底座31、四個(gè)磁力吸盤(pán)32、吸盤(pán)可調(diào)螺釘33。大底座31底面通過(guò)吸盤(pán)可調(diào)螺釘33安裝四個(gè)磁力吸盤(pán)32。本吸盤(pán)底座組件3在安裝方面采用了接觸面積可調(diào)的磁力吸盤(pán)在機(jī)床工作臺(tái)側(cè)面安裝的方案。該方案具有以下幾點(diǎn)特性。

(1)機(jī)構(gòu)采用磁力吸盤(pán)進(jìn)行固定。磁力吸盤(pán)的固定方式具有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)，其一是吸盤(pán)具有足夠的吸附性，能保證機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定安裝；其二是磁力吸盤(pán)由于其磁性可調(diào)的性質(zhì)，能夠簡(jiǎn)易可行的實(shí)現(xiàn)整個(gè)機(jī)構(gòu)的裝卸。

(2)磁力吸盤(pán)的接觸面可調(diào)。磁力吸盤(pán)在結(jié)構(gòu)方面分為了四個(gè)小吸盤(pán)，通過(guò)滑軌調(diào)節(jié)小吸盤(pán)之間的間隙，能夠使機(jī)構(gòu)與機(jī)床的接觸面積發(fā)生變化，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)不同接觸面的適應(yīng)。

(3)機(jī)構(gòu)的安裝位置選在側(cè)方位安裝。有了磁力吸盤(pán)的吸附功能，機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性得到了保證，由此對(duì)安裝位置的選擇只需要考慮一個(gè)原則：對(duì)機(jī)床的加工過(guò)程不產(chǎn)生影響。因此采用側(cè)方位安裝，能完全將機(jī)構(gòu)隱藏在工作臺(tái)之外，做到加工與測(cè)量互不干擾。

如圖3所示，防切屑罩組件4包括防護(hù)罩41、插銷(xiāo)柱42、焊接套筒43以及控制插銷(xiāo)柱旋轉(zhuǎn)的電機(jī)44。防護(hù)罩41通過(guò)焊接套筒43連接插銷(xiāo)柱42，使防護(hù)罩41可繞插銷(xiāo)柱42張開(kāi)或閉合，插銷(xiāo)柱42連接電機(jī)44，由電機(jī)44通過(guò)插銷(xiāo)柱42控制防護(hù)罩41張開(kāi)或閉合，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量機(jī)的隔離或撤除。本防切屑罩組件4采用了用電機(jī)帶動(dòng)防護(hù)罩繞旋轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)的方案。防護(hù)罩繞旋轉(zhuǎn)軸可張開(kāi)與閉合，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)機(jī)構(gòu)的隔離和撤除。由電機(jī)控制切屑罩的旋轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)，方案簡(jiǎn)單且切實(shí)可行，實(shí)現(xiàn)了機(jī)構(gòu)的自動(dòng)化運(yùn)行，提高了整個(gè)加工測(cè)量過(guò)程的效率。

如圖4所示，大手臂組件2包括大手臂支架21、控制大手臂擺動(dòng)的兩個(gè)減速器22及電機(jī)23，用于固定的驅(qū)動(dòng)臂座24和用于電機(jī)與減速器連接的安裝法蘭25。大手臂擺動(dòng)電機(jī)23通過(guò)螺栓和安裝法蘭25安裝在減速器c22上，減速器c22的旋轉(zhuǎn)軸通過(guò)鍵與軸承套連接；軸承套采用過(guò)盈配合與大手臂支架21連接，驅(qū)動(dòng)臂座24通過(guò)螺栓與減速器c22外圈固定連接。

如圖1，5所示，小手臂組件1通過(guò)小手臂座16與大手臂組件2連接，小手臂座16上裝有控制小手臂擺動(dòng)的減速器b17和小手臂擺動(dòng)電機(jī)18。小手臂座16與大手臂支架21之間通過(guò)關(guān)節(jié)軸芯19和軸承20連接，關(guān)節(jié)軸芯19通過(guò)減速器b17與小手臂擺動(dòng)電機(jī)18連接，小手臂擺動(dòng)電機(jī)18通過(guò)螺栓安裝在減速器b17上，小手臂座16用螺栓與減速器b17外圈固定連接。

如圖6所示，小手臂組件1包括測(cè)量探頭組11、腕部中心軸12、電機(jī)齒輪箱13、減速器a14、旋轉(zhuǎn)臂電機(jī)15，腕部中心軸12后端通過(guò)電機(jī)齒輪箱13和減速器a14連接旋轉(zhuǎn)臂電機(jī)15，由旋轉(zhuǎn)臂電機(jī)15通過(guò)減速器a14和電機(jī)齒輪箱13調(diào)節(jié)控制腕部中心軸12旋轉(zhuǎn)，腕部中心軸12前端安裝測(cè)量探頭組11。電機(jī)齒輪箱13的一側(cè)連接有減速器a14連接旋轉(zhuǎn)臂電機(jī)15，通過(guò)電機(jī)—減速機(jī)—齒輪箱調(diào)節(jié)控制腕部中心軸12的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

電機(jī)齒輪箱13內(nèi)有手腕直齒相配合，在另一段通過(guò)軸承，小手臂旋轉(zhuǎn)法蘭，軸承隔套與腕部中心軸12相連。腕部中心軸12再通過(guò)軸承與前爪固定座相連，固定座之后將用于測(cè)量系統(tǒng)的安裝。

如圖7所示，測(cè)量探頭組11安裝在小手臂組件1上，測(cè)量探頭組11包括測(cè)量座11-1、機(jī)器視覺(jué)探頭11-2、激光探頭11-3，機(jī)器視覺(jué)探頭11-2安裝在測(cè)量座11-1底面的中央，可隨腕部中心軸12旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器視覺(jué)探頭11-2的調(diào)焦；激光探頭11-3安裝在測(cè)量座11-1底面的邊緣位置，可隨腕部中心軸12旋轉(zhuǎn)，對(duì)激光在工件上的方位進(jìn)行調(diào)整。

機(jī)器視覺(jué)探頭安裝在安裝面的中央，隨旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，可以實(shí)現(xiàn)攝像頭的調(diào)焦。攝像頭覆蓋面積大，在中央位置便能清楚的拍攝整個(gè)工件。激光探頭安裝在安裝面的邊緣位置，隨著旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)，可以對(duì)激光在工件上的方位進(jìn)行調(diào)整。由于激光為一點(diǎn)，覆蓋面積小，旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)對(duì)于激光位置的調(diào)整，可以幫助激光測(cè)距儀測(cè)出工件不同部位的距離，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)全方位的非接觸式測(cè)量。

2.電機(jī)的選型

通過(guò)機(jī)械手的設(shè)定質(zhì)量與尺寸可以計(jì)算各關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，再由給定的旋轉(zhuǎn)速度與轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可以計(jì)算出減速器所需輸出的轉(zhuǎn)矩t0，由此可計(jì)算出電機(jī)所需的輸出力矩tout。

計(jì)算公式如下

式中：

t0—減速器的輸出轉(zhuǎn)矩

tout—電機(jī)的輸出力矩

i—減速器減速比

η—減速器的傳遞效率

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。