一种接触式测量测杆干涉监控系统及方法

技术领域

本发明涉及机械检测技术领域，尤其涉一种接触式测量测杆干涉监控系统及方法。

背景技术

机械检测技术对产品质量提供保障，是生产中的重要环节，其中，三坐标测量机等采用触发式探头接触产品进行空间点测量的数字化测量设备，由于其能够在计算机控制下完成复杂测量，通过数学计算获得产品的精确几何测量数据，接触式坐标测量在工业生产中有着广泛的应用。

然而，触发式探头必须以其头部接触产品进行测量才能获得正确的测量结果，而这些测量设备无法在探头触发时判断探头是以其头部接触产品还是由于其杆部与产品发生干涉而产生触发，进而在使用探头测量时，可能由于产品边缘存在毛刺或探头姿态设置不合理等原因导致探头以其头部以外的部分，特别是杆部接触产品而导致误触发，从而返回错误的测量结果。当测量结果出现错误时，可能造成对产品状态或产品质量的误判，最终导致生产出不合格产品或合格产品被误判为不合格产品，对产品质量及成本控制造成不利影响。

发明内容

本发明的目的在于针对目前采用触发式探头接触测量产品时探头无法感知自身与产品接触部位的缺陷，一种接触式测量测杆干涉监控系统及方法，该方法是通过增加一个测杆干涉信号，使测量系统能够监测在测量过程中由于测杆与被测量产品干涉而导致的异常触发，在发生测杆干涉时及时暂停测量并发出报警，从而规避由于测量异常导致的产品状态或产品质量的误判，提高了产品检测过程的自动化水平，降低了产品生产成本。

实现上述目的所采用的技术方案如下：

一种接触式测量测杆干涉监控系统，包括探针测量设备和测杆接触检测模块；所述探针测量设备包括信号接收处理单元和探头组件；探头组件包括探头本体、测杆和测量球头；测杆的一端连接探头本体，另一端连接测量球头；探头本体上设置有探头信号输出端口，且探头本体通过探头信号输出端口接入信号接收处理单元；所述测杆接触检测模块包括基准电压源、电压处理单元、电压比较单元、电压输出单元和干涉信号输出端口；所述基准电压源设置有一个电压输出接口和一个基准电压采集接口；基准电压源通过电压输出接口接入电压处理单元，通过基准电压采集接口接入电压比较单元；所述电压处理单元与电压输出单元电性连接，电压输出单元设置有两个电压接口和一个输出电压采集接口，电压输出单元的两个电压接口分别用于连接被测产品和所述探头本体，电压输出单元通过输出电压采集接口接入电压比较单元；所述电压比较单元通过干涉信号输出端口接入信号接收处理单元；所述接入信号接收处理单元与上位机通讯连接，用于基于探头信号和干涉信号实施干涉逻辑判断，并将判断结果上传至上位机，配合上位机完成干涉监控。

优选的，所述电压处理单元包括模拟信号放大电路和阻抗匹配电路，且模拟信号放大电路为差分输出放大电路；模拟信号放大电路的输入端与所述基准电压源连接，模拟信号放大电路的输出端与阻抗匹配电路的输入端连接，阻抗匹配电路的输出端接入所述电压输出单元连接。

优选的，所述电压比较单元包括依次低通滤波电路、电压比较电路和数字信号放大电路；所述输出电压采集接口通过低通滤波电路接入电压比较电路，所述基准电压采集接口与电压比较电路连接；电压比较电路通过数字信号放大电路与所述干涉信号输出端口连接。

优选的，所述探针测量设备为三坐标测量仪。

优选的，所述测量球头为红宝石测量球头。

优选的，所述测杆为钢制测杆。

基于上述一种接触式测量测杆干涉监控系统，本技术方案提出一种接触式测量测杆干涉监控系统，包括以下步骤：

S1，将测杆接触检测模块的两个电压接口分别连接被测产品和探针测量设备的探头本体，并将测杆接触检测模块的干涉信号输出端接入探针测量设备的信号接收处理单元后，启动测杆接触检测模块；

S2，启动探针测量设备开始对被测产品进行测量；

S3，通过探针测量设备控制其探头组件按照预设的产品测量路径方向进给；

S4，利用探针测量设备的信号接收处理单元接收监测信号，并根据监测信号分析判断测杆的干涉情况以及控制产品测量进度，同时生成监测数据；其中，监测信号包括探头信号和干涉信号；

S5，利用探针测量设备将监测数据上传至上位机，以作为产品再加工处理的依据。

优选的，所述步骤S3中，所述产品测量路径包括测量起始点位和测量结束点位，基于被测产品上的若干个测量点，将产品测量路径划分为与测量点一一对应的若干个路径段，每一条路径段依次途经测量起始点位、相应测量点和测量结束点位。

优选的，所述步骤S4中，根据监测信号分析判断测杆的干涉情况以及控制产品测量进度，同时生成监测数据，包括以下步骤：

S41，信号接收处理单元判断是否接收到监测信号；若是，则表示探针组件到达相应的测量点和/或干涉点，信号接收处理单元控制探针组件停止进给后，进入步骤S42；若否，则回到所述步骤S3；

S42，记录下当前探针组件的测量坐标作为监控数据；

S43，信号接收处理单元判断监测信号中是否有探头信号；若是，则进入步骤S44；若否，则直接进入步骤S47；

S44，信号接收处理单元判断监测信号中是否有干涉信号；若是，则进入步骤S45；若否，则直接进入步骤S46；

S45，信号接收处理单元判断监测信号中，探针信号是否干涉信号之前被接收到；若是，则进入步骤S46；若否则直接进入步骤S47；

S46，信号接收处理单元控制探针组件移动至测量结束点位，并判断当前测量点是否为当前测量任务的最后一个测量点；若是，则直接进入步骤S48；若否，则控制探针组件移动至测量起始点位后，回到步骤S3；

S47，信号接收处理单元产生报警信息，并将报警信息作为监控数据同当前测量坐标绑定；

S48，测量结束。

本发明所带来的有益的技术效果：

本发明针对传统触发式探头仅能判断测针是否与产品接触而不能判断测针与产品接触部位的问题，提出了一种接触式测量测杆干涉监控系统及方法，通过增设测杆接触检测模块，能够在基于触发式探头的接触式坐标测量的每一次触发中，检测探头组件是否正确地以其测量球头对被测产品进行测量，若存在由于测杆与被测产品接触导致的探头误触发，则误触发产生的测量结果无效，测量过程暂停并发出报警，以规避无效的测量结果导致的对产品质量或状态的误判，提高了产品检测过程的自动化水平，降低了产品生产成本。

附图说明

图1为本技术方案的一种优选的实施流程图；

图2为探头组件的结构示意图；

图3为测杆接触检测模块接入探针测量设备的结构原理示意图；

图4为接触检测模块的组成结构原理框图。

图中：

1.探头本体；1.1、检测电压接口；2、测杆；3、测量球头；4、被测产品；5、加工毛刺；6、测杆接触检测模块；7、干涉信号输出端口；8、探针信号输出端口。

具体实施方式

为使发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

因此，以下对在附图中提供的本发明的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本实施例公开一种接触式测量测杆干涉监控系统，作为本发明一种优选的实施方案，包括探针测量设备和测杆接触检测模块6。

具体的，探针测量设备是现有设备，如三坐标测量仪，因此，探针测量设备包括信号接收处理单元和探头组件。如图2所示，探头组件包括探头本体1、测杆2和测量球头3，优选钢制测杆2和红宝石测量球头3；测杆2的一端连接探头本体1，另一端连接测量球头3；探头本体1上设置有探头信号输出端口，且探头本体1通过探头信号输出端口接入信号接收处理单元。信号接收处理单元中设置有相应的数据处理模块、探头控制板卡以及时序分析电路等。其中，数据处理模块为信号接收处理单元的主控核心部件，具备控制、运算、数据上传等功能；探头控制板卡用于控制探头组件移动和产品测量数据采集等；时序分析电路用于判断数据采集的先后顺序。

测杆接触检测模块6包括基准电压源、电压处理单元、电压比较单元、电压输出单元和干涉信号输出端口7。

基准电压源可以是外部直供电源设备（即通过外部设备直接提供本技术方案需要的基准电压），也可以是内部电源转换电路（即需要接入外部室内电源，将外部室内电源转换为技术方案需要的基准电压）。基准电压源设置有一个电压输出接口和一个基准电压采集接口；基准电压源通过电压输出接口接入电压处理单元，通过基准电压采集接口接入电压比较单元。

电压处理单元与电压输出单元电性连接，电压输出单元设置有两个电压接口和一个输出电压采集接口，电压输出单元的两个电压接口分别用于连接被测产品4和所述探头本体1，电压输出单元通过输出电压采集接口接入电压比较单元。具体的，电压处理单元包括模拟信号放大电路和阻抗匹配电路，且模拟信号放大电路为差分输出放大电路；模拟信号放大电路的输入端与所述基准电压源连接，模拟信号放大电路的输出端与阻抗匹配电路的输入端连接，阻抗匹配电路的输出端接入所述电压输出单元连接。

电压比较单元通过干涉信号输出端口7接入信号接收处理单元；所述接入信号接收处理单元与上位机通讯连接，用于基于探头信号和干涉信号实施干涉逻辑判断，并将判断结果上传至上位机，配合上位机完成干涉监控。具体的，电压比较单元包括依次低通滤波电路、电压比较电路和数字信号放大电路；所述输出电压采集接口通过低通滤波电路接入电压比较电路，所述基准电压采集接口与电压比较电路连接；电压比较电路通过数字信号放大电路与所述干涉信号输出端口7连接。

基于上述结构，本技术方案的工作原理为：

在探针测量设备对被测产品4表面进行测量时，测杆接触检测模块6中的基准电压源产生基准电压，基准电压由模拟信号放大电路放大后，经阻抗匹配电路传输至电压输出单元，电压输出单元输出差分电压，差分电压的一端通过一个电压接口接入探头本体1，在探头本体1中接入测杆2，差分电压的另一端通过另一个电压接口接入被测产品4。

基于此，当探头组件的测杆2与被测产品4发生接触时，测杆2、被测产品4和测杆接触检测模块6构成一个回路，基于分压原理，电压输出单元输出的电压会下降，即电压比较单元从输出电压采集接口采集到的差分电压逐渐下降。当该差分电压下降至阈值时，则认为测杆2与被测量产品发生接触，具体的，电压比较单元中的低通滤波电路将从输出电压采集接口采集到的差分电压进行过滤处理后，电压比较电路将通过基准电压采集接口采集到的基准电压与过滤后的差分电压进行数值比较，当差分电压高于基准电压时，电压比较电路输出逻辑0，当差分电压低于基准电压时，电压比较电路输出逻辑1。进一步的，数字信号放大电路将电压比较电路产生的比较信号放大至适合与探针测量设备的信号接收处理单元进行通信的数字信号，当电压比较电路输出的逻辑1时，前述数字信号作为干涉信号通过干涉信号输出端口7输入信号接收处理单元。

而探头组件在对被测产品4进行测量的过程中，不管测量球头3该是测杆2与产品接触，探头组件都会产生一个探头信号。该探头信号通过探头信号输出端口传输至信号接收处理单元。

一个被测产品4一般存在多个测量测量点，因此，被测产品4的测量路径中，存在一个测量起始点位和一个测量结束点位，对于每个测量点的测量，都是从测量起始点位开始运行至测量点，测量完成后回到测量结束点位，然后从同一测量起始点开始对下一个测量点进行测量。基于此，以被测产品4单个测量点为例，探针测量设备首先将探头本体1移动到被测量产品附近的测量起始点位，再沿测量路径指定的触测方向移动探头本体1，当探针测量设备的信号接收处理单元接收到任意来源的监测信号（包括探针信号和干涉信号）时，探针测量设备立即将该监测信号对应的时间和测量坐标作为监测数据进行保存，然后控制探头组件停止移动，并对探头组件停止移动前的所有监测信号的时序进行分析。具体的，探针测量设备接收到的监测信号可能存在以下四种情况：

Case 1：只接收到探头信号；

Case 2：接收到探头信号和干涉信号，接收到探头信号的时间在干涉信号之前；

Case 3：只接收到干涉信号；

Case 4：接收到探头信号和干涉信号，接收到探头信号的时间在干涉信号之后。

其中，Case 1和Case 2为正常的产品测量，Case 3和Case 4为测量过程中发生测杆2干涉。

实施例2

基于实施例1所述一种接触式测量测杆干涉监控系统及其工作原理，本实施例公开一种接触式测量测杆干涉监控方法，作为本发明一种优选的实施方案，包括以下步骤：

S1，将测杆接触检测模块6的两个电压接口分别连接被测产品4和探针测量设备的探头本体1，并将测杆接触检测模块6的干涉信号输出端接入探针测量设备的信号接收处理单元后，启动测杆接触检测模块6；

S2，启动探针测量设备开始对被测产品4进行测量；

S3，通过探针测量设备控制其探头组件按照预设的产品测量路径方向进给；

S4，利用探针测量设备的信号接收处理单元接收监测信号，并根据监测信号分析判断测杆2的干涉情况以及控制产品测量进度，同时生成监测数据；其中，监测信号包括探头信号和干涉信号；

S5，利用探针测量设备将监测数据上传至上位机，以作为产品再加工处理的依据。

实施例3

本技术方案的目的为避免测杆2干涉导致的错误测量结果影响对产品状态的判断，因此当测量过程中发生测杆2干涉时，应立即停止后续测量并向操作人员发出报警信息，在导致测量异常的原因被排除后，由操作人员控制探针测量设备重新开始测量。另一方面，如果一个测量点的接触测量过程未发生异常，则探针测量设备自动控制探头组件离开被测量产品，如果当前测量点已经是测量任务中的最后一个测量点，则探针测量设备保存测量结果，结束测量；否则探针测量设备继续移动探头组件对下一个测量点实施测量工作。

因此，本实施例基于实施例1所述一种接触式测量测杆干涉监控系统及其工作原理，本实施例公开一种接触式测量测杆干涉监控方法，作为本发明一种优选的实施方案，包括以下步骤：

S1，将测杆接触检测模块6的两个电压接口分别连接被测产品4和探针测量设备的探头本体1，并将测杆接触检测模块6的干涉信号输出端接入探针测量设备的信号接收处理单元后，启动测杆接触检测模块6。

S2，启动探针测量设备开始对被测产品4进行测量。

S3，通过探针测量设备控制其探头组件按照预设的产品测量路径方向进给。其中，产品测量路径包括测量起始点位和测量结束点位，基于被测产品4上的若干个测量点，将产品测量路径划分为与测量点一一对应的若干个路径段，每一条路径段依次途经测量起始点位、相应测量点和测量结束点位。

S4，利用探针测量设备的信号接收处理单元接收监测信号，并根据监测信号分析判断测杆2的干涉情况以及控制产品测量进度，同时生成监测数据；其中，监测信号包括探头信号和干涉信号。具体包括以下步骤：

S41，信号接收处理单元判断是否接收到监测信号；若是，则表示探针组件到达相应的测量点和/或干涉点，信号接收处理单元控制探针组件停止进给后，进入步骤S42；若否，则回到所述步骤S3；

S42，记录下当前探针组件的测量坐标作为监控数据；

S43，信号接收处理单元判断监测信号中是否有探头信号；若是，则进入步骤S44；若否，则直接进入步骤S47；

S44，信号接收处理单元判断监测信号中是否有干涉信号；若是，则进入步骤S45；若否，则直接进入步骤S46；

S45，信号接收处理单元判断监测信号中，探针信号是否干涉信号之前被接收到；若是，则进入步骤S46；若否则直接进入步骤S47；

S46，信号接收处理单元控制探针组件移动至测量结束点位，并判断当前测量点是否为当前测量任务的最后一个测量点；若是，则直接进入步骤S48；若否，则控制探针组件移动至测量起始点位后，回到步骤S3；

S47，信号接收处理单元产生报警信息，并将报警信息作为监控数据同当前测量坐标绑定；

S48，测量结束。

S5，利用探针测量设备将监测数据上传至上位机，以作为产品再加工处理的依据。

实施例4

基于实施例1所述一种接触式测量测杆干涉监控系统及其工作原理，本实施例公开一种接触式测量测杆干涉监控方法，作为本发明一种优选的实施方案，具体如下：

如附图3所示，探头组件在对被测产品4进行测量时，被测产品4边缘的加工毛刺5将与测杆2发生干涉，由此导致测量球头3与被测产品4的被测表面发生接触前探头组件已被触发（即信号接收处理单元接收到一个监测信号），探头组件通过探头信号输出端口输出探头信号，信号接收处理单元控制探头组件停止运行，并记录当前测量坐标。而若在没有测杆接触检测模块6的情况下，探针测量设备此时便产生了一次错误测量。

因此，本技术方案在设置了测杆接触检测模块6的情况下，通过测杆接触检测模块6在测杆2与被测产品4之间施加电压，当测杆2与被测产品4边缘的加工毛刺5发生接触时，测杆2、测杆接触检测模块6和被测量产品和加工毛刺5形成回路产生电流，基于分压原理，测杆接触检测模块6的输出电压（差分电压）发生变化，当测杆接触检测模块6的输出电压变化达到阈值时，测杆接触检测模块6由干涉信号输出端口7输出干涉信号，信号接收处理单元收到干涉信号后控制探头组件停止进给，并记录当前测量坐标值，然后分析测杆接触检测模块6干涉信号输出端口7和探头信号输出端口上的信号时序。对于此次测量，测杆2提前于测量球头3与被测量实体（被测产品4）发生接触，测杆接触检测模块6提前于探头组件发出监测信号，此次测量无效，信号接收处理单元探针测量设备停止后续测量，并想上位机上传报警信号，由人工检查该测量部位，在去除产品加工毛刺5后重新开始测量以获取正确的测量结果。