本發(fā)明涉及測量領域，并且特別地，涉及一種工件測量系統(tǒng)和方法。

背景技術：

光學傳感器是依據(jù)光學原理進行測量的儀器，這類傳感器有許多優(yōu)點，例如，能夠實現(xiàn)非接觸和非破壞性測量、測量幾乎不受干擾、能夠實現(xiàn)高速傳輸以及可遙測、遙控、可實時處理等優(yōu)點。

光學傳感器包括很多類型，其中，以激光三角法為基本原理的激光位移傳感器是一種利用激光為光源、將CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互補金屬氧化物半導體)或者CCD(Charge-coupled Device，電荷耦合元件)傳感器作為接收器的精密測量儀器。這種傳感器能夠在非接觸的情況下精確測量被測物體的位置、位移等變化，并且能夠被應用于檢測物體的位移、厚度、振動、距離、直徑等幾何量的測量。

例如，申請?zhí)枮?01010560382.5、名稱為“基于高精度同軸定位的多參數(shù)內徑測量系統(tǒng)與測量方法”中國專利，就公開了利用激光傳感器測量工件內徑的方案。該專利所提出的解決方案雖然能夠對工件的內徑進行測量，但是該專利的測量是對工件內壁的所有位置都進行測量。實際上，很多工件的內壁上會存在凹槽或者開口，在測量內徑時如果對設置有凹槽或開口的地方進行測量，所得到的數(shù)據(jù)是沒有意義的，反而還會影響正常的分析。

另外，如前所述，激光位移傳感器能夠測量的參數(shù)有很多種。上述專利所公開的方案僅僅用于測量工件的內徑，其功能較為單一，實際上并沒有充分發(fā)揮出激光位移傳感器的作用。

針對上述問題，目前尚未提出有效的解決方案。

技術實現(xiàn)要素：

針對相關技術中的問題，本發(fā)明提出一種工件測量系統(tǒng)和方法，能夠避免采集到無效的測量數(shù)據(jù)位置，并且還能夠實現(xiàn)多種項目的測量。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種工件測量系統(tǒng)。

根據(jù)本發(fā)明的工件測量系統(tǒng)包括激光位移傳感器、運動機構、控制器以及上位機系統(tǒng)。其中，運動機構在控制器的控制下驅動激光位移傳感器運動；激光位移傳感器用于在控制器的控制下進行測量，并將獲得的測量數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機系統(tǒng)；控制器用于接收輸入的指令，根據(jù)指令確定工件上需要測量的位置，并且，控制器還用于根據(jù)位置，控制運動機構帶動激光位移傳感器運動，并控制激光位移傳感器對工件的位置進行測量；上位機系統(tǒng)用于確定與預先選擇的測量項目相對應的數(shù)據(jù)處理規(guī)則，并利用確定的數(shù)據(jù)處理規(guī)則對激光位移傳感器采集的測量數(shù)據(jù)進行處理，得到測量結果。

其中，上位機系統(tǒng)中預先配置有多種測量項目、以及每種測量項目所對應的數(shù)據(jù)處理規(guī)則。

此外，上位機系統(tǒng)還可以用于對測量結果進行記錄和統(tǒng)計，并根據(jù)測量結果生成圖表。

此外，在得到測量結果后，上位機系統(tǒng)還用于根據(jù)預先得到的校準結果對測量結果進行補償。

可選地，運動機構可以為直線模組，運動機構包括伺服電機、導軌和滑塊，激光位移傳感器安裝在滑塊上，滑塊安裝于導軌并在伺服電機的驅動下沿著導軌進行運動。

可選地，控制器為可編程邏輯控制器PLC。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種工件測量方法。

根據(jù)本發(fā)明的工件測量方法包括：控制器接收輸入的指令，根據(jù)指令確定工件上需要測量的位置；控制器根據(jù)位置，控制運動機構帶動激光位移傳感器運動，并控制激光位移傳感器對工件的位置進行測量；激光位移傳感器在控制器的控制下進行測量，并將獲得的測量數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機系統(tǒng)；上位機系統(tǒng)確定與預先選擇的測量項目相對應的數(shù)據(jù)處理規(guī)則，并利用確定的數(shù)據(jù)處理規(guī)則對激光位移傳感器采集的測量數(shù)據(jù)進行處理，得到測量結果。

其中，上位機系統(tǒng)中可以預先配置有多種測量項目、以及每種測量項目所對應的數(shù)據(jù)處理規(guī)則。

此外，根據(jù)本發(fā)明的上述方法可以進一步包括：

上位機系統(tǒng)對測量結果進行記錄和統(tǒng)計，并根據(jù)測量結果生成圖表。

此外，在得到測量結果后，上位機系統(tǒng)可以根據(jù)預先的校準結果對測量結果進行補償。

本發(fā)明通能夠實現(xiàn)以下有益效果：

(1)通過根據(jù)工件上需要測量的位置控制運動機構帶動激光位移傳感器運動并測量，能夠避免采集到無效的測量數(shù)據(jù)，減少不必要的測量，提高測量效率；

(2)通過在上位機系統(tǒng)中配置不同測量項目所對應的數(shù)據(jù)處理規(guī)則，使得上位機在得到激光位移傳感器采集的數(shù)據(jù)后，能夠根據(jù)當前測量項目所對應的數(shù)據(jù)處理規(guī)則進行處理，得到當前測量項目的測量結果，從而讓激光位移傳感器能夠適用于不同的測量項目，充分發(fā)揮激光位移傳感器的功能優(yōu)勢，降低了測量成本；

(3)通過利用校準結果補償測量結果，能夠避免因為設備誤差、溫度誤差等因素導致測量準確度降低的問題，保證了測量精度，讓整個系統(tǒng)滿足精密測量的需求；

(4)上位機系統(tǒng)能夠對測量結果進行統(tǒng)計和記錄，并生成圖表，從而避免了人工錄入等繁瑣操作，減少工作量，實現(xiàn)了自動化測量。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的工件測量系統(tǒng)的框圖；

圖2是對根據(jù)本發(fā)明實施例的工件測量系統(tǒng)進行校準后得到的校準結果曲線圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例的工件測量方法的流程圖。

具體實施方式

此說明性實施方式的描述應與相應的附圖相結合，附圖應作為完整的說明書的一部分。在附圖中，實施例的形狀或是厚度可擴大，并以簡化或是方便標示。再者，附圖中各結構的部分將以分別描述進行說明，值得注意的是，圖中未示出或未通過文字進行說明的元件，為所屬技術領域中的普通技術人員所知的形式。

此處實施例的描述，有關方向和方位的任何參考，均僅是為了便于描述，而不能理解為對本發(fā)明保護范圍的任何限制。以下對于優(yōu)選實施方式的說明會涉及到特征的組合，這些特征可能獨立存在或者組合存在，本發(fā)明并不特別地限定于優(yōu)選的實施方式。本發(fā)明的范圍由權利要求書所界定。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供了一種工件測量系統(tǒng)。

如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明實施例的工件測量系統(tǒng)包括激光位移傳感器1、運動機構2、控制器3以及上位機系統(tǒng)4。

其中，運動機構2在控制器3的控制下驅動激光位移傳感器1運動；激光位移傳感器1用于在控制器3的控制下進行測量，并將獲得的測量數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機系統(tǒng)4；控制器3用于接收輸入的指令，根據(jù)指令確定工件上需要測量的位置，并且，控制器3還用于根據(jù)需要測量的位置，控制運動機構2帶動激光位移傳感器1運動，并控制激光位移傳感器1對工件上需要測量的位置進行測量；上位機系統(tǒng)4用于確定與預先選擇的測量項目相對應的數(shù)據(jù)處理規(guī)則，并利用確定的數(shù)據(jù)處理規(guī)則對激光位移傳感器采集的測量數(shù)據(jù)進行處理，得到測量結果。

其中，對于不同的測量項目，雖然都采用激光位移傳感器進行測量，但是對于激光位移觸感器所采集到的數(shù)據(jù)的處理方法(包括計算方法)是不同的。例如，對工件進行內徑測量與進行平面度測量相比，對于采集到的數(shù)據(jù)需要不同的處理，才能夠得到對應的結果。

上位機系統(tǒng)4中可以預先配置有多種測量項目、以及每種測量項目所對應的數(shù)據(jù)處理規(guī)則。例如，如果用戶選擇需要進行平面度測量，則在上位機系統(tǒng)4接收到激光位移傳感器1測量的數(shù)據(jù)后，將會按照平面度測量所對應的處理規(guī)則(包括算法)對數(shù)據(jù)進行計算，從而得到被測工件的平面度。

在一個實施例中，控制器3可以根據(jù)輸入的指令確定工件上需要測量的位置。具體地，控制器可以通過觸摸屏接收指令，觸摸屏可以提供用戶界面，以便用戶輸入指令。該指令中包含的信息可以指定工件上需要測量的位置，或者，該指令所包含的信息還可以指定工件上不需要測量的位置。例如，在測量工件的內徑時，假設運動機構需要驅動激光位移傳感器從初始位置沿著直線運動到距離初始位置10cm處的終點位置；在該工件上，距離初始位置2cm、4cm以及6cm處這三個位置位置設置有凹槽或開口，則在測量內徑時，無需測量這3個位置處的內徑大小。借助于與控制器配套設置的觸摸屏等輸入設備，用戶可以通過指令將這3個不需要測量的位置輸入。在接收到該指令后，控制器在控制運動機構運動時，將不會在上述三個位置停留。例如，控制器在控制運動機構運動時，可以讓運動機構在運動至距離初始位置1cm、3cm、5cm、7cm、8cm、9cm、10cm處時分別停留，且控制器會在每次停留期間都發(fā)送測量指令給激光位移傳感器，讓激光位移傳感器進行測量，控制器可以在每次測量后實時采集測量數(shù)據(jù)。

此外，在一個實施例中，上位機系統(tǒng)4還用于對測量結果進行記錄和統(tǒng)計，并根據(jù)測量結果生成圖表。這樣就能夠避免人工錄入等繁瑣操作，減少工作量，實現(xiàn)自動化測量。不僅如此，上位機系統(tǒng)還能夠實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)的查詢、數(shù)據(jù)導出導入功能，讓測量結果的查詢、回溯更加高效、方便。

可選地，上述運動機構可以為直線模組(能夠帶動激光位移傳感器沿直線運動)，運動機構包括伺服電機、導軌和滑塊，激光位移傳感器安裝在滑塊上，滑塊安裝于導軌并在伺服電機的驅動下沿著導軌進行直線運動。運動機構還可以進一步采用絲桿和軸承，在伺服電機的作用下，驅動激光位移傳感器運動。

可選地，在一個實施例中，上述控制器為可編程邏輯控制器(PLC)。

在實際應用中，工件測量系統(tǒng)可以包括激光位移傳感器1個、直線模組1套(含伺服驅動)、直線模組支架、PLC、觸摸屏、以及電器柜；測量平臺可以選擇00級大理石平臺；為了對測量系統(tǒng)進行校準，可以配置標準陶瓷量塊；上位機軟件可用于采集激光位移傳感器的測量數(shù)據(jù)；PLC則用于驅動運動機構帶動激光位移傳感器進行測量。

在進行實際測量之前，可以在00級大理石上放置組裝后的直線模組(直線模組是由絲桿、導軌、滑塊、軸承、伺服電機等部件組裝而成，激光位移傳感器由機械裝置固定后安裝于直線模組上；

另外，由于直線模組會產(chǎn)生形變，所以在測量前還可以首先對直線模組進行校準。在進行校準時，可以首先啟動PLC，直線模組滑塊復位；開始啟動伺服電機；PLC程序負責驅動直線模組，直線模組每移動2mm，PLC使用電平觸發(fā)激光位移傳感器對上述標準陶瓷量塊采集位移數(shù)據(jù)；上位機讀取激光位移傳感器的實時數(shù)據(jù)?？蛇x地，可以采集個200點(點數(shù)可以根據(jù)實際需要進行自定義)，根據(jù)測得的200點數(shù)據(jù)Yn，以原點Y0為基準，各點與Y0作差就能夠得出偏差值(Δn＝Yn-Y0)，進而能夠得到導軌各點的形變偏差圖(也就是說，確定了直線模組各個位置處的直線度)，具體可以參見圖2。

在校準后，可以開始對被測物體進行測量。此時，可以將標準陶瓷量塊移走，將被測物放置于00級大理石平臺，被測物放置于直線模組的支架中間。PLC控制直線模組滑塊復位；在開始真實測量時，PLC控制伺服電機，伺服電機將驅動滑塊運動，測量時的運動間隔和校準時的運動間隔相一致，或者，測量時的運動間隔也可以是校準時的運動間隔的整數(shù)倍。上位機系統(tǒng)實時采集數(shù)據(jù)，并使用校準得到的偏差數(shù)據(jù)(例如，圖2所示的偏差圖)逐點進行補償，并實時顯示成圖像。

盡管之前以直線模組為例說明了校準的過程，實際上，本發(fā)明可以采用的運動機構并不局限于直線模組，校準的方法也不局限于上述方法。在進行補償時，對于不同的運動機構，可以根據(jù)其機械結構上的其他誤差對測量結果進行補償。另外，還可以根據(jù)測量環(huán)境中的溫度、濕度等參數(shù)對測量結果進行補償。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，還提供了一種工件測量方法。

如圖3所示，根據(jù)本發(fā)明實施例的工件測量方法包括：

步驟S301，控制器接收輸入的指令，根據(jù)該指令確定工件上需要測量的位置；

步驟S303，控制器根據(jù)上述位置，控制運動機構帶動激光位移傳感器運動，并控制激光位移傳感器對工件的上述位置進行測量；

步驟S305，激光位移傳感器在控制器的控制下進行測量，并將獲得的測量數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機系統(tǒng)；

步驟S307，上位機系統(tǒng)確定與預先選擇的測量項目相對應的數(shù)據(jù)處理規(guī)則，并利用確定的數(shù)據(jù)處理規(guī)則對激光位移傳感器采集的測量數(shù)據(jù)進行處理，得到測量結果。

其中，上位機系統(tǒng)中可以預先配置有多種測量項目、以及每種測量項目所對應的數(shù)據(jù)處理規(guī)則。

在一個實施例中，根據(jù)本發(fā)明的測量方法可以進一步包括：

上位機系統(tǒng)對測量結果進行記錄和統(tǒng)計，并根據(jù)測量結果生成圖表。

此外，在上位機對來自激光位移傳感器的測量數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理得到測量結果后，上位機系統(tǒng)根據(jù)預先的校準結果對測量結果進行補償，將補償后的結果作為最終測量結果。

綜上所述，本發(fā)明提供了一種廉價、高效、準確的測量方案，該方案基于激光位移傳感器、PLC以及運動機構(直線模組)的自動化測量裝置。使用PLC驅動直線模組并且?guī)蛹す馕灰苽鞲衅鲗崿F(xiàn)自動化測量作業(yè)，采集的數(shù)據(jù)自動上傳到上位機，生成測量結果曲線，例如，在本發(fā)明用于平面度測量時，可以生成平面度曲線。本發(fā)明的技術方案能夠簡化用戶操作，實現(xiàn)全自動化測量，包括：自動化運動采點、自動化生成數(shù)據(jù)圖形、以及一鍵取得高精度數(shù)據(jù)；

本發(fā)明的測量方案具備通用性，除了平面度測量，還適用于扁平物件、各種工業(yè)原材料等的厚度測量，還可以用于物體距離、直徑等精密的幾何測量。只需虛線在上位機系統(tǒng)中預先錄入數(shù)據(jù)處理規(guī)則、并在測量時選擇所要測量的項目，便可直接測量，得到所需的測量結果。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。