新能源汽车水冷板尺寸的自动化检测装置及检测方法

技术领域

本发明涉及汽车零部件尺寸检测技术领域，尤其是涉及一种检测效率高的新能源汽车水冷板尺寸的自动化检测装置及检测方法。

背景技术

随着中国汽车行业的不断发展，对汽车的各个方面要求都在提高，汽车零部件是汽车工业的基础，是支撑汽车工业持续健康发展的要素，只有严格把控，才能确保最终的产品质量。

现阶段各主机厂对汽车零部件关键尺寸的把控也越来越严格，从以前的部分抽检逐渐转化为在线全检，检测的尺寸也由一两个关键尺寸的检测逐步增加到多个尺寸的把控，对检测的速度和精度都提出了更高的要求。

新能源汽车水冷板传统检测方法多采用三坐标测量机进行相关尺寸检测，零部件搬运至检测平台上后，需使用夹具手动将工件夹紧，操作人员再控制三坐标测量零件的每一个基准特征，用于零件对齐，对齐完成后执行测量程序，开始接触探测，检测节拍约为15分钟。

另外，也可以采用手持式扫描仪及结构光扫描仪对零件进行扫描检测，但此类零件一般尺寸较大，超出扫描仪视野范围，所以需要在零件表面粘贴标记点用于扫描数据拼接，扫描完成后还需将标记点移除，费时费力。

可见，上述常规检测方法已无法满足线上检测效率的需求。

发明内容

本发明的发明目的是为了解决常规检测方法无法满足线上检测效率要求的不足，提供了一种检测效率高的新能源汽车水冷板尺寸的自动化检测装置及检测方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种新能源汽车水冷板尺寸的自动化检测装置，包括由下至上依次连接的支撑台、水平支撑板和水平定位基准板，支撑台、水平支撑板和水平定位基准板均呈长方形；水平支撑板左部设有关节臂，关节臂前端设有激光扫描测头，水平支撑架上表面的左前部设有第一定位销，水平支撑架上表面的右后部设有第二定位销，第一定位销和第二定位销分别用于与设于新能源汽车水冷板上的第一定位孔和第二定位孔定位连接，第一定位销和第二定位销均位于水平定位基准板外侧；

水平支撑板上表面前边缘上设有若干个横向间隔排列的前气动夹具，水平支撑板上表面后边缘上设有若干个横向间隔排列的后气动夹具，水平支撑板上表面左边缘上设有左气动夹具，水平支撑板上表面右边缘上设有右气动夹具；所述前气动夹具、所述后气动夹具、所述左气动夹具和所述右气动夹具分别用于夹紧放置在水平定位基准板上的新能源汽车水冷板的前边缘、后边缘、左边缘和右边缘；还包括扫码枪、计算机和启停开关，所述前气动夹具、所述后气动夹具、所述左气动夹具和所述右气动夹具均与启停开关电连接；激光扫描测头与关节臂电连接，关节臂和扫码枪均与计算机电连接。

本发明的第一定位销和第二定位销分别用于与新能源汽车水冷板上的第一定位孔和第二定位孔定位连接，水平定位基准板用于给新能源汽车水冷板提供支撑。

本发明利用第一定位销、第二定位销和水平定位基准板，将新能源汽车水冷板的6个自由度完全约束，实现新能源汽车水冷板的对齐定位；每次更换一个新能源汽车水冷板测量的时候，不需要重新进行对齐操作，因此，更换新能源汽车水冷板测量速度快，数据处理效率高。

关节臂安装固定在水平支撑板上，二者可视为一体，不会发生相对移动。

本发明可以对新能源汽车水冷板进行连续检测，单件扫描时间约15秒，产线节拍可控制在2min之内，相对于传统使用三坐标单件测量时间约10分钟至15分钟，检测速度快；

相对于传统扫描方式，无需对零件进行预处理(喷粉、贴点等)，来料后可直接扫描，无耗材消耗，降低了检测成本；

针对新能源汽车水冷板的特点，本发明设计了气动夹具，保证了新能源汽车水冷板的更换效率，免除了基准特征重复测量，提高了检测效率。

作为优选，所述前气动夹具、所述后气动夹具和所述右气动夹具均包括矩形底板，设于矩形底板上的第一旋转下压90°气缸和凸字形垫板；凸字形垫板的上端面与水平定位基准板的上表面齐平，所述第一旋转下压90°气缸与启停开关电连接。

第一旋转下压90°气缸和凸字形垫板相配合，分别与新能源汽车水冷板的上表面和下表面接触，从而将新能源汽车水冷板夹紧。

作为优选，左气动夹具包括与水平支撑板左边缘连接的弯折板和与弯折板连接的第二旋转下压90°气缸，第二旋转下压90°气缸与启停开关电连接。

作为优选，还包括设于水平支撑板上的前导轨，所述前气动夹具的第一旋转下压90°气缸通过前滑块与前导轨连接，前滑块上设有用于将前滑块与前导轨锁紧的紧固螺钉；

还包括设于水平支撑板上的后导轨，所述后气动夹具的第一旋转下压90°气缸通过后滑块与后导轨连接，后滑块上设有用于将后滑块与后导轨锁紧的紧固螺钉；

还包括设于水平支撑板上的右导轨，所述右气动夹具的第一旋转下压90°气缸通过右滑块与右导轨连接，右滑块上设有用于将右滑块与右导轨锁紧的紧固螺钉。

前导轨的设置，便于各个前气动夹具沿前导轨横向移动，使各个前气动夹具适合与不同型号的新能源汽车水冷板夹紧；

后导轨的设置，便于各个后气动夹具沿后导轨横向移动，使各个后气动夹具适合与不同型号的新能源汽车水冷板夹紧；

右导轨的设置，便于右气动夹具沿右导轨纵向移动，使右气动夹具适合与不同型号的新能源汽车水冷板夹紧。

作为优选，所述水平定位基准板包括连续排列的3块矩形基板，所述矩形基板下表面的4个角部均通过支撑块与水平支撑板固定连接。

3块矩形基板的设置，便于控制水平定位基准板的平面度，使水平定位基准板不容易变形。

作为优选，所述水平支撑板上设有若干个长圆形减重孔。

各个长圆形减重孔的设置，减轻了水平支撑板的重量，便于支撑台的移动。

作为优选，水平支撑板通过若干个垫块与支撑台上表面固定连接。

支撑台包括台板、设于台板上的4个支撑腿和设于所述支撑腿上的滚轮，所述滚轮上设有锁止开关。

一种新能源汽车水冷板尺寸的自动化检测装置的检测方法，包括如下步骤：

步骤1，计算机设定新能源汽车水冷板的测量数量i的初始值为0；操作员拉动关节臂左右移动，使激光扫描测头对水平定位基准板、第一定位销和第二定位销进行扫描，计算机获得关节臂相对于夹具的Euler对齐矩阵；

在后续更换新能源汽车水冷板测量过程中，由于新能源汽车水冷板是通过水平定位基准板、第一定位销和第二定位销(一面二销)定位，每次安装位置都是一致的，所以新能源汽车水冷板和关节臂之间位置也是固定的，在后续测量过程中，无需重复测量对齐特征(一面二销)，只需重复使用Euler对齐矩阵就行了。

步骤2，将待测的新能源汽车水冷板放到水平定位基准板和各个凸字形垫板上，使新能源汽车水冷板的第一定位孔和第二定位孔分别与第一定位销和第二定位销定位连接；

打开启停开关，使所述第一旋转下压90°气缸工作，第一旋转下压90°气缸的加强摆臂旋转90°，与加强摆臂连接的压头下降，压头和与其对应的凸字形垫板夹紧新能源汽车水冷板；

同时，所述第二旋转下压90°气缸工作，第二旋转下压90°气缸的加强摆臂旋转90°，第二旋转下压90°气缸的压头下降压住新能源汽车水冷板；

步骤3，操作员手持扫码枪扫描新能源汽车水冷板上的二维码，计算机通过二维码获取新能源汽车水冷板的序列号；

步骤4，操作员左右往复拉动关节臂，激光扫描测头高速采集新能源汽车水冷板上表面的点云，扫描完成后，操作员按下激光扫描测头上的结束键完成扫描，计算机获得新能源汽车水冷板的扫描数据；

步骤5，计算机利用Euler对齐矩阵将扫描数据和计算机中存储的新能源汽车水冷板的CAD模型对齐，计算机从扫描数据中抽取20组平面特征的平面度和水冷板上螺钉外圆柱的位置度的测量值，测量值的抽取方法为：去除扫描数据中的边界点云，将与所定义的特征的法向距离小于5mm的点都选中，并按照ASME Y14.5标准规定的方法计算新能源汽车水冷板的三维尺寸及形位公差；

步骤6，计算机将计算得到的新能源汽车水冷板的三维尺寸及形位公差形成文件，文件以“被测新能源汽车水冷板的序列号”命名保存；

步骤7，将启停开关关闭，前气动夹具、后气动夹具、左气动夹具和右气动夹具松开新能源汽车水冷板，操作员将新能源汽车水冷板取下来；

计算机使i值增加1，返回步骤2，实现对其它的新能源汽车水冷板的检测。

作为优选，第一定位销为圆柱销，第二定位销为菱形销。

作为优选，所述关节臂通过左安装竖筒与水平支撑架连接，关节臂下部与左安装竖筒上部螺纹配合连接；水平支撑板后边缘中部还设有用于与关节臂连接的后安装竖筒。

因此，本发明具有如下有益效果：

可对新能源汽车水冷板进行连续检测，单件扫描时间约15秒，产线节拍可控制在2min之内，相对于传统使用三坐标单件测量时间约10分钟至15分钟，检测速度快；

无需对零件进行预处理(喷粉、贴点等)，来料后可直接扫描，无耗材消耗，降低了检测成本；

设计了气动夹具，保证了新能源汽车水冷板的更换效率，免除了基准特征重复测量，有效提高了检测效率。

附图说明

图1是本发明的一种结构示意图；

图2是本发明的一种正视图；

图3是本发明的第一旋转下压90°气缸的一种结构示意图；

图4是本发明上安装了新能源汽车水冷板后的一种结构示意图；

图5是本发明的XY平面的一种结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述。

如图1、图2、图4所示的实施例是一种新能源汽车水冷板尺寸的自动化检测装置，包括由下至上依次连接的支撑台1、水平支撑板2和水平定位基准板3，支撑台、水平支撑板和水平定位基准板均呈长方形；水平支撑板左部设有关节臂21，关节臂前端设有激光扫描测头211，水平支撑架上表面的左前部设有第一定位销22，水平支撑架上表面的右后部设有第二定位销29，第一定位销和第二定位销分别用于与设于新能源汽车水冷板上的第一定位孔和第二定位孔定位连接，第一定位销和第二定位销均位于水平定位基准板外侧；

水平支撑板上表面前边缘上设有4个横向间隔排列的前气动夹具23，水平支撑板上表面后边缘上设有4个横向间隔排列的后气动夹具24，水平支撑板上表面左边缘上设有左气动夹具25，水平支撑板上表面右边缘上设有右气动夹具30；每个前气动夹具用于夹紧放置在水平定位基准板上的新能源汽车水冷板的前边缘，每个后气动夹具用于夹紧放置在水平定位基准板上的新能源汽车水冷板的后边缘；左气动夹具和右气动夹具分别用于夹紧放置在水平定位基准板上的新能源汽车水冷板的左边缘和右边缘；还包括扫码枪、计算机和启停开关，启停开关分别与各个前气动夹具、各个后气动夹具、左气动夹具和右气动夹具电连接；激光扫描测头与关节臂电连接，关节臂和扫码枪均与计算机电连接。

关节臂在空间旋转时，同时从多个角度编码器获取角度数据，而关节臂的臂长为一定值，计算机根据三角函数换算出激光扫描测头当前的位置，从而转化为XYZ的形式。

激光扫描测头集成在关节臂上使用，由激光扫描测头获取测头至被测表面的绝对距离数据，由关节臂实时提供激光扫描测头所在任意位置的三维坐标，从而实时获取被测物体的表面高密度三维点云数据。

激光扫描测头安装在关节臂上，可快速获取被测物体表面高密度三维点云，其特点是速度快，采样密度高，适用面广，对被测物体大小和重量无特别限制，适用于柔软或易接触变形的物体扫描。

如图5所示，本发明由水平支撑板、水平定位基准板构成的XY平面4约束3个自由度，分别为Z方向移动、绕X转动和绕Y转动；由圆柱销构成的第一定位销约束了X方向移动、Y方向移动；由菱形销构成的第二定位销约束了绕Z转动；从而将新能源汽车水冷板六自由度完全约束，实现对新能源汽车水冷板的对齐定位；

如图1所示，每个前气动夹具、每个后气动夹具和右气动夹具均包括矩形底板20，设于矩形底板上的第一旋转下压90°气缸201和凸字形垫板202；凸字形垫板的上端面与水平定位基准板的上表面齐平，第一旋转下压90°气缸与启停开关电连接。

左气动夹具包括与水平支撑板左边缘连接的弯折板251和与弯折板连接的第二旋转下压90°气缸252，第二旋转下压90°气缸与启停开关电连接。

还包括设于水平支撑板上的前导轨26，前气动夹具的第一旋转下压90°气缸通过前滑块261与前导轨连接，前滑块上设有用于将前滑块与前导轨锁紧的紧固螺钉；

还包括设于水平支撑板上的后导轨27，后气动夹具的第一旋转下压90°气缸通过后滑块271与后导轨连接，后滑块上设有用于将后滑块与后导轨锁紧的紧固螺钉；

还包括设于水平支撑板上的右导轨28，右气动夹具的第一旋转下压90°气缸通过右滑块281与右导轨连接，右滑块上设有用于将右滑块与右导轨锁紧的紧固螺钉。

水平定位基准板包括连续排列的3块矩形基板31，矩形基板下表面的4个角部均通过支撑块32与水平支撑板固定连接。

水平支撑板上设有多个长圆形减重孔2001。

水平支撑板通过多个垫块2002与支撑台上表面固定连接。支撑台包括台板、设于台板上的4个支撑腿和设于所述支撑腿上的滚轮，滚轮上设有锁止开关。

一种新能源汽车水冷板尺寸的自动化检测装置的检测方法，包括如下步骤：

步骤1，计算机设定新能源汽车水冷板的测量数量i的初始值为0；操作员拉动关节臂左右移动，使激光扫描测头对水平定位基准板、第一定位销和第二定位销进行扫描，计算机获得关节臂相对于夹具的Euler对齐矩阵；

关节臂中设有设备坐标系，计算机中设有气动夹具上的被测工件坐标系，Euler对齐矩阵为两坐标系之间(即设备坐标系和被测工件坐标系之间)的转换关系，设备坐标系通过平移和旋转之后与被测工件坐标系完全重合，此平移量和旋转量即是对齐矩阵中的各项参数，其中，TR_X为沿X平移，ROT_X为绕X轴旋转。

本发明通过对齐(一面二销方式)将扫描数据和CAD模型对齐，同时获得Euler对齐矩阵。

本实施例中得到的Euler对齐矩阵的各个参数值如下：

ROT_X＝178.483922401342056

ROT_Y＝84.134408972344644

ROT_Z＝178.636553845003931

TR_X＝-1263.909094366828640

TR_Y＝1324.144738744041888

TR_Z＝294.199487570557380

步骤2，如图4所示，将待测的新能源汽车水冷板300放到水平定位基准板和各个凸字形垫板上，使新能源汽车水冷板的第一定位孔和第二定位孔分别与第一定位销和第二定位销定位连接；

如图3所示，打开启停开关，使第一旋转下压90°气缸工作，第一旋转下压90°气缸的加强摆臂2011旋转90°，与加强摆臂连接的压头2022下降，压头和与其对应的凸字形垫板夹紧新能源汽车水冷板；

同时，所述第二旋转下压90°气缸工作，第二旋转下压90°气缸的加强摆臂旋转90°，第二旋转下压90°气缸的压头下降压住新能源汽车水冷板；

图1和图4中均给出了第一旋转下压90°气缸和第二旋转下压90°气缸的加强摆臂的初始状态和旋转90°后的状态。

步骤3，操作员手持扫码枪扫描新能源汽车水冷板上的二维码，计算机通过二维码获取新能源汽车水冷板的序列号；

步骤4，操作员左右往复拉动关节臂，激光扫描测头高速采集新能源汽车水冷板上表面的点云，扫描完成后，操作员按下激光扫描测头上的结束键完成扫描，计算机获得新能源汽车水冷板的扫描数据；

步骤5，计算机利用Euler对齐矩阵将扫描数据和计算机中存储的新能源汽车水冷板的CAD模型对齐，计算机从扫描数据中抽取20组平面特征的平面度和水冷板上螺钉外圆柱的位置度的测量值，测量值的抽取方法为：去除扫描数据中的边界点云(默认0.5mm)，将与所定义的特征的法向距离小于5mm(可更改)的点都选中，并根据ASME Y14.5标准规定的方法计算新能源汽车水冷板的三维尺寸及形位公差；

其中，在未做对齐的情况下，CAD模型和扫描数据处于分离状态，从扫描数据中自动抽取测量值是需要二者重合的，否则无法自动抽取。

步骤6，计算机将计算得到的新能源汽车水冷板的三维尺寸及形位公差形成文件，文件以“被测新能源汽车水冷板的序列号”命名保存；

步骤7，将启停开关关闭，前气动夹具、后气动夹具、左气动夹具和右气动夹具松开新能源汽车水冷板，操作员将新能源汽车水冷板取下来；

计算机使i值增加1，返回步骤2，实现对其它的新能源汽车水冷板的检测。

第一定位销为圆柱销，第二定位销为菱形销。采用菱形销是用于防止对新能源汽车水冷板的过约束。

如图1所示，关节臂通过左安装竖筒100与水平支撑架连接，关节臂下部与左安装竖筒上部螺纹配合连接；水平支撑板后边缘中部还设有用于与关节臂连接的后安装竖筒101。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，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。