一种非接触式孔径测量机器人系统及其测量方法与流程

1.本专利申请属于非接触式孔径测量技术领域，更具体地说，是涉及一种非接触式孔径测量机器人系统及其测量方法。


背景技术：

2.目前，对于孔径的圆柱度测量方法主要通过接触式测量实现，而接触式测量孔径会对精度要求非常高的孔洞产生一定的磨损；目前也存在非接触的测量方式，主要通过光学系统或视觉系统采集的方式，测量出孔的圆柱度，但该方式对零件的厚度要求高，并且测量的孔径厚度也十分有限。目前大部分孔径测量依然还是通过人工测量实现，费时费力。
3.本发明公开了一种非接触式圆柱度测量机器人系统，该系统为非接触式的测量方式，利用镜面反射结合线激光传感器，将传感器伸入孔洞中完成圆柱度的测量工作。非接触的方式对零件不会产生损害，提高了测量效率与测量精度。


技术实现要素：

4.本发明需要解决的技术问题是提供一种非接触式孔径测量方法，防止了测量过程中对零件的损害，并提供了一种非接触式孔径测量机器人测量系统，该系统智能化程度高、效率高、安全性强。
5.为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案是：一种非接触式孔径测量机器人系统，包括机器人系统、反光系统、激光传感器系统、测量平台、待测零件；机器人系统，包括电性连接的机器人和机器人控制器，机器人和待测零件分别安装到测量平台的两端，机器人控制器位于测量平台的外侧，机器人的摆臂上还设有连接杆；反光系统包括反光镜支架和反光镜，反光镜支架设于连接杆的外侧，反光镜支架内置有反光镜；激光传感器系统包括电性连接的传感器和信号处理系统，信号处理系统位于中控室、其与传感器相连接、其用于处理传感器采集到的信号数据；传感器与反光镜支架位于连接杆的同侧，传感器的数量为多个、其位于反光镜支架的外围；机器人的高度高于待测零件；反光镜支架向外设置并延伸出传感器。
6.传感器安装到反光镜支架与连接杆上，能够使传感器通过折射测量数据，最大程度实现小孔径的测量。
7.进一步，机器人为工业机器人，连接杆通过法兰盘安装到机器人上。
8.进一步，测量平台为高低型的钢制平台，由钢板制作，机器人安装到测量平台的高侧，待测零件安装到测量平台的低侧。此举是为了机器人带安装杆运动过程不影响其运动轨迹。
9.进一步，反光镜支架包括安装杆、与安装杆连接的镜架，安装杆设于连接杆的中部
上，镜架内外各设有一反光镜；传感器通过传感器安装支架设于连接杆上，传感器安装支架的数量为两个、其位于安装杆（也就是反光镜支架的两侧），传感器数量也为两个、其为彩色同轴位移传感器。
10.信号处理系统，将彩色同轴位移传感器采集到的数据进行筛选、处理，得出测量孔径的直径、同轴度等信息。
11.进一步，镜架为三角形，待测零件通过零件固定支架固定在测量平台上。零件固定支架，能够将被测零件固定到对应的位置，方便机器人测量。
12.一种非接触式孔径测量方法，利用了上述的机器人系统，包括如下步骤：s1、安装机器人系统，确保机器人位置要高于待测零件的安装位置，保证较长的安装杆不影响机器人的正常运动；s2、调试传感器、反光镜；s3、系统启动后，机器人末端的传感器移动到待测零件孔径上方，调整传感器的位置姿态，之后将两个传感器与反光镜支架均伸入测量孔径中，（此过程应保证传感器与反光镜支架大小小于孔径直径，需根据孔径大小进行传感器及支架的型号选择）；系统首先测量一次两个传感器的数据，并调整机器人位置，然后顺时针旋转90
°
后再次测量数据并调整，最后再逆时针旋转45
°
测量最后一次，通过采集数据确定当前位置已经处于孔径的圆心；s4、之后机器人带传感器垂直向上移动伸出孔，并开始顺时针旋转同时向下移动测量直径数据（通过螺旋线的方式进行圆柱度与直径的测量），运行到设定深度后完成测量；s5、机器人测量完成后回到原点；s6、传感器的信号处理系统计算采集到的数据，求出待测零件的圆心及圆柱度数据。
13.非接触式孔径测量机器人系统，通过两个传感器经过反光镜的镜面反射，将测量方向偏转90
°
，实现小孔的圆柱度测量。
14.进一步，s3中，先顺时针旋转90
°
，再逆时针旋转45
°
。
15.本发明为非接触式的测量方式，利用镜面反射结合线激光传感器，将传感器伸入孔洞中完成圆柱度的测量工作。非接触的方式对待测零件不会产生损害，提高了测量效率与测量精度。
16.由于采用了上述技术方案，本发明取得的有益效果是：1.本发明采用非接触方式测量孔的圆柱度，与接触测量方式相比不会损伤待测零件，确保精密零件的正常使用。
17.2.本发明将传感器系统与机器人相结合，提升了系统的稳定性与智能化程度。
18.3.本发明具有较高的测量精度。
附图说明
19.图1为本发明的系统布置示意图。
20.图2为连接杆、传感器、反光镜支架的局部图。
21.其中：1、机器人，2、连接杆，3、传感器，4、反光镜支架，5、待测零件，6、测量平台，7、机器人控制器。
具体实施方式
22.下面结合实施例对本发明做进一步详细说明。
23.一种非接触式孔径测量机器人系统，如图1，包括机器人系统、反光系统、激光传感器系统、测量平台6，以及对应的待测零件5；机器人系统，包括电性连接的机器人1和机器人控制器7，机器人1和待测零件5分别安装到测量平台6的两端。机器人控制器7位于测量平台6的外侧，用于控制机器人1。机器人1的摆臂上还设有连接杆2；反光系统包括反光镜支架4和反光镜，反光镜支架4设于连接杆2的外侧，反光镜支架4内置有反光镜；激光传感器系统包括电性连接的传感器3和信号处理系统，信号处理系统位于中控室、其与传感器3相连接、其用于处理传感器3采集到的信号数据；传感器3与反光镜支架4位于连接杆2的同侧，传感器3的数量为多个、其位于反光镜支架4的外围；机器人1的高度高于待测零件5；反光镜支架4向外设置并延伸出传感器3。
24.或者将传感器3安装到反光镜支架4与连接杆2上，能够使传感器3通过折射测量数据，最大程度实现小孔径的测量。
25.作为优选，机器人1为工业机器人，连接杆2通过法兰盘安装到机器人1上。
26.测量平台6为高低型的钢制平台，机器人1安装到测量平台6的高侧，待测零件5安装到测量平台6的低侧。此举是为了机器人1带安装杆2运动过程不影响其运动轨迹。
27.反光镜支架4包括安装杆、与安装杆连接的镜架，安装杆设于连接杆2的中部上，镜架内外各设有一反光镜；传感器3通过传感器安装支架设于连接杆2上，传感器安装支架的数量为两个、其位于安装杆（也就是反光镜支架4）的两侧，与之对应的，传感器3数量也为两个、其为彩色同轴位移传感器。
28.从图1可知，镜架为三角形，待测零件5通过零件固定支架固定在测量平台6上。
29.传感器3安装到反光镜支架4与连接杆2上，能够使传感器3通过折射测量数据，最大程度实现小孔径的测量。
30.本发明的非接触式孔径测量机器人系统，通过两个传感器3经过反光镜的镜面反射，将测量方向偏转90
°
，实现小孔的圆柱度测量。
31.基于上述的机器人系统，提出了一种非接触式孔径测量方法，包括如下步骤：s1、安装机器人系统，确保机器人1位置要高于待测零件5的安装位置，保证较长的安装杆2不影响机器人1的正常运动轨迹；s2、调试传感器3、反光镜，出于正常工作状态中；s3、系统启动后，机器人1末端的传感器3移动到待测零件5孔径上方，调整传感器3的位置姿态，之后将两个传感器3与反光镜支架4均伸入测量孔径中，此过程中要保证传感器3与反光镜支架4大小应小于孔径直径，需根据孔径大小进行传感器及支架的型号选择。系统首先测量一次两个传感器3的数据，并调整机器人1位置，然后顺时针旋转90
°
后再次测量数据并调整，最后再逆时针旋转45
°
测量最后一次，通过采集数据确定当前位置已经处于孔径的圆心；
s4、之后机器人1带传感器3垂直向上移动伸出孔，并开始旋转同时向下移动测量直径数据（目的是通过螺旋线的方式进行圆柱度与直径的测量），运行到设定深度后完成测量；s5、机器人1测量完成后回到原点；s6、传感器3的信号处理系统计算采集到的数据，求出待测零件5的圆心及圆柱度数据。
32.s3中，先顺时针旋转90
°
，再逆时针旋转45
°
。s4中的旋转向下测量数据是顺时针旋转或逆时针旋转，不做要求。

技术特征：
1.一种非接触式孔径测量机器人系统，其特征在于：包括机器人系统、反光系统、激光传感器系统、测量平台（6）、待测零件（5）；机器人系统，包括电性连接的机器人（1）和机器人控制器（7），机器人（1）和待测零件（5）分别安装到测量平台（6）的两端，机器人控制器（7）位于测量平台（6）的外侧，机器人（1）的摆臂上还设有连接杆（2）；反光系统包括反光镜支架（4）和反光镜，反光镜支架（4）设于连接杆（2）的外侧，反光镜支架（4）内置有反光镜；激光传感器系统包括电性连接的传感器（3）和信号处理系统，信号处理系统位于中控室、其与传感器（3）相连接、其用于处理传感器（3）采集到的信号数据；传感器（3）与反光镜支架（4）位于连接杆（2）的同侧，传感器（3）的数量为多个、其位于反光镜支架（4）的外围；机器人（1）的高度高于待测零件（5）；反光镜支架（4）向外设置并延伸出传感器（3）。2.根据权利要求1所述的一种非接触式孔径测量机器人系统，其特征在于：机器人（1）为工业机器人，连接杆（2）通过法兰盘安装到机器人（1）上。3.根据权利要求1所述的一种非接触式孔径测量机器人系统，其特征在于：测量平台（6）为高低型的钢制平台，机器人（1）安装到测量平台（6）的高侧，待测零件（5）安装到测量平台（6）的低侧。4.根据权利要求2所述的一种非接触式孔径测量机器人系统，其特征在于：反光镜支架（4）包括安装杆、与安装杆连接的镜架，安装杆设于连接杆（2）的中部上，镜架内外各设有一反光镜；传感器（3）通过传感器安装支架设于连接杆（2）上，传感器安装支架的数量为两个、其位于安装杆的两侧，传感器（3）数量也为两个、其为彩色同轴位移传感器。5.根据权利要求1所述的一种非接触式孔径测量机器人系统，其特征在于：镜架为三角形，待测零件（5）通过零件固定支架固定在测量平台（6）上。6.一种非接触式孔径测量方法，利用了权利要求1-5任一项所述的机器人系统，其特征在于包括如下步骤：s1、安装机器人系统，确保机器人（1）位置要高于待测零件（5）的安装位置，保证安装杆（2）不影响机器人（1）的正常运动；s2、调试传感器（3）、反光镜；s3、系统启动后，机器人（1）末端的传感器（3）移动到待测零件（5）孔径上方，调整传感器（3）的位置姿态，之后将两个传感器（3）与反光镜支架（4）均伸入测量孔径中；系统首先测量一次两个传感器（3）的数据，并调整机器人（1）位置，然后旋转90
°
后再次测量数据并调整，最后再旋转45
°
测量最后一次，通过采集数据确定当前位置已经处于孔径的圆心；s4、之后机器人（1）带传感器（3）垂直向上移动伸出孔，并开始顺时针旋转同时向下移动测量直径数据，运行到设定深度后完成测量；s5、机器人（1）测量完成后回到原点；s6、传感器（3）的信号处理系统计算采集到的数据，求出待测零件（5）的圆心及圆柱度数据。7.根据权利要求6所述的一种非接触式孔径测量机器人系统及其测量方法，其特征在
于：s3中，先顺时针旋转90
°
、再逆时针旋转45
°
。

技术总结
本发明涉及一种非接触式孔径测量机器人系统及其测量方法，系统包括机器人系统、反光系统、激光传感器系统、测量平台。该测量方法为非接触式的测量方式，将线激光传感器伸入孔洞中，通过镜面折射可实现内壁测量；机器人安装传感器与镜面在孔洞中旋转下降，完成圆柱度的测量工作。非接触的测量方式对零件不会产生损害，提高了测量效率与测量精度。提高了测量效率与测量精度。提高了测量效率与测量精度。


技术研发人员：李奇松 甦震 田广才 刘倩 闫东 马强 鞠凯 伦新凯 张一行 高亦寒 鄂涛 张彦青 刘守显 王瑛琳 韩会峰
受保护的技术使用者：河钢工业技术服务有限公司
技术研发日：2023.03.16
技术公布日：2023/7/20