2021.08
第1章 概述
1.1 簡(jiǎn)介
本設(shè)備可以用于生產(chǎn)流水線(xiàn)的檢測(cè)環(huán)節(jié)，將零部件經(jīng)輥道運(yùn)送至本檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)工位，檢測(cè)完畢后，運(yùn)送至下一道工序；也可以用于大型零部件的單機(jī)檢測(cè)。
測(cè)量系統(tǒng)采用直驅(qū)龍門(mén)結(jié)構(gòu)5軸機(jī)床、非接觸式3D線(xiàn)掃相機(jī)、高精密控制測(cè)量軟件組成 測(cè)量手段采集目標(biāo)對(duì)象的圖像信息，通過(guò)機(jī)器視覺(jué)方法處理采集數(shù)據(jù)，直接計(jì)算、分析得到模板輪廓尺寸數(shù)據(jù)，測(cè)量技術(shù)指標(biāo)主要涉及：局部加工位位置及尺寸數(shù)據(jù)、并對(duì)鋁模板的機(jī)械加工是否合格，系統(tǒng)可根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)三維點(diǎn)云展示，并攜帶測(cè)量數(shù)據(jù)，附帶測(cè)量結(jié)果，最后將測(cè)量和分析結(jié)果存入數(shù)據(jù)庫(kù)。
圖 1 機(jī)床實(shí)物
1.2 特點(diǎn)
l 采用高性能非接觸式3D相機(jī)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)物體特征的快速掃描。
l 直線(xiàn)電機(jī)龍門(mén)結(jié)構(gòu)保證設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。
l 高性能可編程運(yùn)動(dòng)控制卡保證多自由度以及高精密路徑自由定義。
l 采用高精度光柵尺范圍，有效保證機(jī)床運(yùn)行的系統(tǒng)精度以及重復(fù)定位精度。
l 兼容任意尺寸內(nèi)長(zhǎng)方體以及近長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)。
l 系統(tǒng)檢測(cè)速度200mm/S。
l 支持3D模型的導(dǎo)入，以及點(diǎn)云數(shù)據(jù)的呈現(xiàn)。
l 可選擇碳鋼或大理石結(jié)構(gòu)保證平臺(tái)的高抗震性。
1.3 應(yīng)用檢測(cè)內(nèi)容
l 尺寸：模板的長(zhǎng)度、寬度，側(cè)板上的連接孔直徑和位置、槽位位置。
l 直線(xiàn)度：側(cè)面上下棱邊，長(zhǎng)度方向。
l 位置度：側(cè)板上的連接孔徑、定位槽。
1.4 應(yīng)用檢測(cè)尺寸參數(shù)
l 寬度：50~600mm。
l 長(zhǎng)度：500~2700mm。
l 針對(duì)測(cè)量模板孔直徑及插槽尺寸。
l 適應(yīng)模板的孔及銑槽數(shù)量不相同，且孔及銑槽的位置也各不相同。
l 尺寸在要求范圍內(nèi)規(guī)則，近似以上尺寸長(zhǎng)方體或正方體結(jié)構(gòu)。
1.5 應(yīng)用測(cè)量精度和時(shí)間
l 邊長(zhǎng)、寬度和高度測(cè)量精度：±0.5mm。
l 孔大小尺寸測(cè)量精度：±0.5mm。
l 銑槽大小尺寸測(cè)量精度：±0.3mm。
l 孔及銑槽位置測(cè)量精度：±0.3mm。
l 測(cè)量時(shí)間需求：滿(mǎn)足精度要求采集頻率在500-800HZ。
l 測(cè)量時(shí)間：0.25mm分辨率8米測(cè)量時(shí)間60秒（采購(gòu)前可實(shí)測(cè)）。
第2章 3D相機(jī)
2.1 Mirror相機(jī)
2.1.1 Mirror相機(jī)型號(hào)
表 1 Mirror線(xiàn)激光型號(hào)
型號(hào) | MR40-80 | MR20-180 | MR20-280 |
測(cè)量線(xiàn)長(zhǎng) | 80mm 80m80 | 180mm | 280mm |
工作距離 | 80±20mm | 180±50mm | 280±100mm |
垂直分辨率（Z） | 0.03mm | 0.05mm | 0.1mm |
水平分辨率（Y） | 0.1mm | 0.15mm | 0.2mm |
Z向重復(fù)精度 | 0.01mm | 0.02mm | 0.03m |
重量 | 約600g | 約550g | 約800g |
2.1.2 測(cè)量范圍示意
圖 2 Mirror相機(jī)測(cè)量范圍示意圖
2.1.3 整體外觀
圖 3 SL40-80
圖 4 SL40-80外形尺寸
圖 5 SL20-180
圖 6 SL20-180外形尺寸
圖 7 SL20-280
圖 8 SL20-280外形尺寸
2.2 SmartRay相機(jī)
2.2.1 SmartRay相機(jī)型號(hào)
表 2 SmartRay相機(jī)型號(hào)
型號(hào) | ECCO 35.050 | ECCO 35.100 |
視野范圍 | 41/49/57mm | 61/82/103mm |
測(cè)量范圍 | 60mm | 100mm |
工作距離 | 150mm | 150mm |
垂直分辨率（Y） | 8.5-16.5mm | 11.5-32.5mm |
水平分辨率 | 57-80mm | 82-135mm |
Z線(xiàn)信度 | 0.02%(0.2微米/毫米) | 0.01%(0.1微米/毫米) |
Z重復(fù)精度 | 1.8微米 | 3.8微米 |
重量 | 約180克 | 約180克 |
部件編號(hào) | 3.002.005 | 3.002.010 |
點(diǎn)數(shù)/3D輪廓 | 752點(diǎn) | |
掃描速率 | 約100赫茲—50赫茲 | |
3D點(diǎn)速率 | 約7—3萬(wàn)點(diǎn)/秒 | |
接口 | 告訴以太網(wǎng)（100兆/秒） | |
輸入 | 4個(gè)輸入端口，5-24伏直流輸入， 正交編碼輸入端口（AB通道，RS-422標(biāo)準(zhǔn)） | |
輸出 | 2個(gè)輸出端口，24伏直流輸出（20毫安） | |
觸發(fā) | 輸入口 支持啟動(dòng)觸發(fā)， 正交編碼輸入口支持?jǐn)?shù)據(jù)觸發(fā)（數(shù)據(jù)觸發(fā)率: 100 千赫) 輸入口2、3 支持?jǐn)?shù)據(jù)觸發(fā):（數(shù)據(jù)觸發(fā)率：10 千赫) | |
輸入電源/電壓 | 24直流輸入 ,文波小于 15% | 4.5瓦 | |
激光波長(zhǎng) | 660納米 | |
激光級(jí)別 | 2M | |
環(huán)境背景光 | 10000勒克斯光照強(qiáng)度 | |
電磁兼容測(cè)試 | 依據(jù)歐標(biāo)61 000-6-2, 61 000-6-4 | |
震動(dòng)/沖擊測(cè)試 | 依據(jù)歐標(biāo)60 068-2-6, -27, -29, -64 | |
電氣安全 | 依據(jù)歐標(biāo)61 010-1-3 | |
保護(hù)等級(jí) | 依據(jù)歐標(biāo)61 040-3 III | |
防護(hù)等級(jí) | 電氣設(shè)備外殼防護(hù)等級(jí)65 | |
空氣濕度 | 低于90%，無(wú)凝結(jié) | |
工作溫度/存儲(chǔ)溫度 | 0-40攝氏度/-20-70攝氏度 | |
通用配件 | 電源輸入/輸出線(xiàn)纜：6.310.0XX 以太網(wǎng)電纜：6.302.0XX 雙絞屏蔽電纜：6.307.0XX | |
2.2.2 外部接口
圖 9相機(jī)正面和側(cè)面圖
l 相機(jī)玻璃面
l 外殼
l 安裝螺絲螺紋口
l 激光輸出
圖 10后方接線(xiàn)圖
l 以太網(wǎng)連接器（8-pin）
l LED供電
l LED（儲(chǔ)電以后面使用/內(nèi)部使用）
l 供電-I/O編碼連接器
l 引導(dǎo)狀態(tài) LED|連接 LED
2.2.3 設(shè)備整體圖
圖 11設(shè)備安裝圖
l 固定器
l 3D傳感器
l 視野范圍（中）
l 被測(cè)物體
l 以太網(wǎng)接口
l 電源接口
2.2.4 輸入輸出供電接口描述
圖 12供電接口圖
表 3線(xiàn)纜描述
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第3章 控制系統(tǒng)
3.1 控制器
控制卡支持最多達(dá) 12 軸直線(xiàn)插補(bǔ)、任意圓弧插補(bǔ)、空間圓弧、螺旋插補(bǔ)、電子凸輪、電子齒輪、同步跟隨、虛擬軸、機(jī)械手指令等；采用優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的運(yùn)動(dòng)控制。
3.1.1 連接配置
圖 13 控制器連接
網(wǎng)絡(luò)運(yùn)動(dòng)控制卡支持以太網(wǎng)，232 通訊接口和電腦相連，接收電腦的指令運(yùn)行，通過(guò) CAN 總線(xiàn)可以連接各個(gè)擴(kuò)展模塊，從而擴(kuò)展輸入輸出點(diǎn)數(shù)或運(yùn)動(dòng)軸(CAN 總線(xiàn)兩端需要并接 120 歐姆的電阻)。
3.1.2 安裝和編程
圖 14 軟件界面
控制卡通過(guò) ZDevelop 開(kāi)發(fā)環(huán)境來(lái)調(diào)試，ZDevelop 是一個(gè)很方便的編程、編譯和調(diào)試環(huán)境。ZDevelop 可以通過(guò)串口、以太網(wǎng)與控制器建立連接。應(yīng)用程序可以使用 VC,VB，VS，C++Builder，C#,等軟件來(lái)開(kāi)發(fā)。調(diào)試時(shí)可以把 ZDevelop 軟件同時(shí)連接到控制器，程序運(yùn)行時(shí)需要?jiǎng)討B(tài)庫(kù) zmotion.dll。
3.1.3 產(chǎn)品特點(diǎn)
l 最多達(dá) 12 軸運(yùn)動(dòng)控制。
l 脈沖輸出模式:方向/脈沖或雙脈沖。
l 支持編碼器位置測(cè)量，可以配置為手輪輸入模式。
l 每軸輸出脈沖頻率 10MHz
l 通過(guò) CAN 總線(xiàn)， 最多可擴(kuò)展到 512 個(gè)隔離輸入或輸出口。
l 軸正負(fù)限位信號(hào)口/原點(diǎn)信號(hào)口可以隨意配置為任何輸入口。
l 輸出口輸出電流可達(dá) 300mA,可直接驅(qū)動(dòng)部分電磁閥。
l RS232 接口、以太網(wǎng)接口。
l 支持最多達(dá) 12 軸直線(xiàn)插補(bǔ)、任意圓弧插補(bǔ)、螺旋插補(bǔ)。
l 支持電子凸輪、電子齒輪、位置鎖存、同步跟隨、虛擬軸等功能。
l 支持 ZBasic 多文件多任務(wù)編程。
l 多種程序加密手段，保護(hù)客戶(hù)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)。
3.2 步進(jìn)（伺服）電機(jī)
步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)?span>角位移或線(xiàn)位移的開(kāi)環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度，稱(chēng)為"步距角"，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的。可以通過(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的;同時(shí)可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。
步進(jìn)電機(jī)是一種感應(yīng)電機(jī)，它的工作原理是利用電子電路，將直流電變成分時(shí)供電的，多相時(shí)序控制電流，用這種電流為步進(jìn)電機(jī)供電，步進(jìn)電機(jī)才能正常工作，驅(qū)動(dòng)器就是為步進(jìn)電機(jī)分時(shí)供電的，多相時(shí)序控制器。
雖然步進(jìn)電機(jī)已被廣泛地應(yīng)用，但步進(jìn)電機(jī)并不能像普通的直流電機(jī)，交流電機(jī)在常規(guī)下使用。它必須由雙環(huán)形脈沖信號(hào)、功率驅(qū)動(dòng)電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。因此用好步進(jìn)電機(jī)卻非易事，它涉及到機(jī)械、電機(jī)、電子及計(jì)算機(jī)等許多專(zhuān)業(yè)知識(shí)。步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件，是機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一，廣泛應(yīng)用在各種自動(dòng)化控制系統(tǒng)中。隨著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電機(jī)的需求量與日俱增，在各個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域都有應(yīng)用。
3.2.1 主要特性
1 步進(jìn)電機(jī)必須加驅(qū)動(dòng)才可以運(yùn)轉(zhuǎn)， 驅(qū)動(dòng)信號(hào)必須為脈沖信號(hào)，沒(méi)有脈沖的時(shí)候， 步進(jìn)電機(jī)靜止， 如果加入適當(dāng)?shù)拿}沖信號(hào)， 就會(huì)以一定的角度（稱(chēng)為步距角）轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和脈沖的頻率成正比。
2 三相步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)角度為7.5 度，一圈360 度， 需要48 個(gè)脈沖完成。
3 步進(jìn)電機(jī)具有瞬間啟動(dòng)和急速停止的*特性。
4 改變脈沖的順序， 可以方便的改變轉(zhuǎn)動(dòng)的方向。
3.2.2 優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)
l 優(yōu)點(diǎn)：
1． 電機(jī)旋轉(zhuǎn)的角度正比于脈沖數(shù)；
2． 電機(jī)停轉(zhuǎn)的時(shí)候具有的轉(zhuǎn)矩（當(dāng)繞組激磁時(shí)）；
3． 由于每步的精度在百分之三到百分之五，而且不會(huì)將一步的誤差積累到下一步因而有較好的位置精度和運(yùn)動(dòng)的重復(fù)性；
4． 優(yōu)秀的起停和反轉(zhuǎn)響應(yīng)；
5． 由于沒(méi)有電刷，可靠性較高，因此電機(jī)的壽命僅僅取決于軸承的壽命；
6． 電機(jī)的響應(yīng)僅由數(shù)字輸入脈沖確定，因而可以采用開(kāi)環(huán)控制，這使得電機(jī)的結(jié)構(gòu)可以比較簡(jiǎn)單而且控制成本；
7． 僅僅將負(fù)載直接連接到電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上也可以極低速的同步旋轉(zhuǎn)。
8． 由于速度正比于脈沖頻率，因而有比較寬的轉(zhuǎn)速范圍。
l 缺點(diǎn)
1． 如果控制不當(dāng)容易產(chǎn)生共振；
2． 難以運(yùn)轉(zhuǎn)到較高的轉(zhuǎn)速。
3. 難以獲得較大的轉(zhuǎn)矩
4. 在體積重量方面沒(méi)有優(yōu)勢(shì)，能源利用率低。
5. 超過(guò)負(fù)載時(shí)會(huì)破壞同步，高速工作時(shí)會(huì)發(fā)出振動(dòng)和噪聲。
第4章 軟件
4.1 軟件介紹
檢測(cè)軟件界面包括三維展示區(qū)、文件工具欄、視圖工具欄、運(yùn)動(dòng)命令工具欄、3D傳感器工具欄、自動(dòng)運(yùn)行工具欄、腳本編輯工具欄、算子命令工具箱（包含點(diǎn)云、識(shí)別、測(cè)量、數(shù)據(jù)等工具欄）和算子參數(shù)交互列表等。
圖 15 軟件界面
4.2 軟件功能介紹
檢測(cè)軟件使用腳本語(yǔ)言控制機(jī)床運(yùn)動(dòng)和算子組合，通過(guò)靈活組合機(jī)床運(yùn)行命令和點(diǎn)云處理算子，快速制定零部件的檢測(cè)方案；腳本程序可以軟件觸發(fā)運(yùn)行，也可以開(kāi)關(guān)量或者二維碼攜帶變量觸發(fā)運(yùn)行；能夠與標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)?對(duì)?，判定生產(chǎn)加?是否合格，并將檢測(cè)分析結(jié)果存儲(chǔ)入數(shù)據(jù)庫(kù)。
4.3 算法效率
算法名稱(chēng) | 測(cè)試數(shù)據(jù)大小M | 輪廓間隔mm | 像素分辨率mm | 耗時(shí)s（二進(jìn)制文件） | 耗時(shí)s（文本文件） | 形狀精度mm（直徑） | 位置精度mm（圓心） | 識(shí)別率 |
霍夫找圓 | 60 | 0.5 | 0.5 | - | 12 | ±0.5 | ±1.5 | 95% |
模板匹配（CV） | 60 | 0.5 | 0.5 | - | 8 | ±0.5 | ±1.5 | 98% |
模板匹配（底層） | 60 | 0.5 | 0.5 | - | 5 | ±0.5 | ±1.5 | 99.50% |
模板匹配（底層+精定位） | 60 | 0.5 | 0.5 | 3.5 | 5 | ±0.5 | ±1.5 | 99.50% |
60 | 0.5 | 1 | 0.7 | 3 | ±0.5 | ±1.5 | 99.50% | |
60 | 0.5 | 2 | 0.5 | 1.6 | ±0.5 | ±1.5 | 99.00% | |
300 | 0.1 | 0.5 | 4.4 | 11.5 | ±0.1 | ±0.3 | 99.90% | |
300 | 0.1 | 2 | 1.6 | 8.4 | ±0.1 | ±0.3 | 99.50% |
注：輪廓點(diǎn)間隔為0.05mm; 為保證檢測(cè)的穩(wěn)定性，形狀精度通過(guò)輪廓中點(diǎn)擬合圓的輪廓中點(diǎn)間隔以及輪廓間隔的3倍計(jì)算；位置精度通過(guò)輪廓間隔的3倍計(jì)算。
第5章 案例
5.1 鋁模板孔位測(cè)試
鋁模板輪廓尺寸智能測(cè)量系統(tǒng)采用非接觸式光學(xué)測(cè)量手段采集目標(biāo)對(duì)象的圖像信息，通過(guò)機(jī)器視覺(jué)方法處理采集數(shù)據(jù)，直接計(jì)算、分析得到模板輪廓尺寸數(shù)據(jù)，測(cè)量技術(shù)指標(biāo)主要涉及：局部加工位位置及尺寸數(shù)據(jù)等。
圖 16 軟件界面介紹
通過(guò)3D相機(jī)采集鋁模板的三維輪廓信息，系統(tǒng)軟件處理3D相機(jī)采集的信息，分析得到鋁模板的邊沿位置，通過(guò)機(jī)床移動(dòng)3D相機(jī)的位置和角度，實(shí)現(xiàn)對(duì)鋁模板長(zhǎng)度、寬度、高度和銑槽尺寸對(duì)應(yīng)的邊沿位置的確認(rèn)，從而得到鋁模板長(zhǎng)度、寬度、高度和銑槽尺寸的實(shí)際參數(shù)。
圖 17 軟件界面介紹
圖 18 軟件界面介紹
