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大型零件自动检测机床(五轴)
具体成交价以合同协议为准
2022-01-29西安市
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产品简介
测量系统采用直驱龙门结构5轴机床、非接触式3D线扫相机、高精密控制测量软件组成 测量手段采集目标对象的图像信息，通过机器视觉方法处理采集数据，直接计算、分析得到模板轮廓尺寸数据，测量技术指标主要涉及：局部加工位位置及尺寸数据、并对铝模板的机械加工是否合格，系统可根据测量数据实现三维点云展示，并携带测量数据，附带测量结果，最后将测量和分析结果存入数据库。
详细信息
2021.08
第1章 概述
1.1 简介
本设备可以用于生产流水线的检测环节，将零部件经辊道运送至本检测系统的检测工位，检测完毕后，运送至下一道工序；也可以用于大型零部件的单机检测。
测量系统采用直驱龙门结构5轴机床、非接触式3D线扫相机、高精密控制测量软件组成 测量手段采集目标对象的图像信息，通过机器视觉方法处理采集数据，直接计算、分析得到模板轮廓尺寸数据，测量技术指标主要涉及：局部加工位位置及尺寸数据、并对铝模板的机械加工是否合格，系统可根据测量数据实现三维点云展示，并携带测量数据，附带测量结果，最后将测量和分析结果存入数据库。
图 1 机床实物
1.2 特点
l 采用高性能非接触式3D相机，可实现对物体特征的快速扫描。
l 直线电机龙门结构保证设备的稳定运行。
l 高性能可编程运动控制卡保证多自由度以及高精密路径自由定义。
l 采用高精度光栅尺范围，有效保证机床运行的系统精度以及重复定位精度。
l 兼容任意尺寸内长方体以及近长方体结构。
l 系统检测速度200mm/S。
l 支持3D模型的导入，以及点云数据的呈现。
l 可选择碳钢或大理石结构保证平台的高抗震性。
1.3 应用检测内容
l 尺寸：模板的长度、宽度，侧板上的连接孔直径和位置、槽位位置。
l 直线度：侧面上下棱边，长度方向。
l 位置度：侧板上的连接孔径、定位槽。
1.4 应用检测尺寸参数
l 宽度：50~600mm。
l 长度：500~2700mm。
l 针对测量模板孔直径及插槽尺寸。
l 适应模板的孔及铣槽数量不相同，且孔及铣槽的位置也各不相同。
l 尺寸在要求范围内规则，近似以上尺寸长方体或正方体结构。
1.5 应用测量精度和时间
l 边长、宽度和高度测量精度：±0.5mm。
l 孔大小尺寸测量精度：±0.5mm。
l 铣槽大小尺寸测量精度：±0.3mm。
l 孔及铣槽位置测量精度：±0.3mm。
l 测量时间需求：满足精度要求采集频率在500-800HZ。
l 测量时间：0.25mm分辨率8米测量时间60秒（采购前可实测）。
第2章 3D相机
2.1 Mirror相机
2.1.1 Mirror相机型号
表 1 Mirror线激光型号
型号 | MR40-80 | MR20-180 | MR20-280 |
测量线长 | 80mm 80m80 | 180mm | 280mm |
工作距离 | 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向重复精度 | 0.01mm | 0.02mm | 0.03m |
重量 | 约600g | 约550g | 约800g |
2.1.2 测量范围示意
图 2 Mirror相机测量范围示意图
2.1.3 整体外观
图 3 SL40-80
图 4 SL40-80外形尺寸
图 5 SL20-180
图 6 SL20-180外形尺寸
图 7 SL20-280
图 8 SL20-280外形尺寸
2.2 SmartRay相机
2.2.1 SmartRay相机型号
表 2 SmartRay相机型号
型号 | ECCO 35.050 | ECCO 35.100 |
视野范围 | 41/49/57mm | 61/82/103mm |
测量范围 | 60mm | 100mm |
工作距离 | 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线信度 | 0.02%(0.2微米/毫米) | 0.01%(0.1微米/毫米) |
Z重复精度 | 1.8微米 | 3.8微米 |
重量 | 约180克 | 约180克 |
部件编号 | 3.002.005 | 3.002.010 |
点数/3D轮廓 | 752点 | |
扫描速率 | 约100赫兹—50赫兹 | |
3D点速率 | 约7—3万点/秒 | |
接口 | 告诉以太网（100兆/秒） | |
输入 | 4个输入端口，5-24伏直流输入， 正交编码输入端口（AB通道，RS-422标准） | |
输出 | 2个输出端口，24伏直流输出（20毫安） | |
触发 | 输入口 支持启动触发， 正交编码输入口支持数据触发（数据触发率: 100 千赫) 输入口2、3 支持数据触发:（数据触发率：10 千赫) | |
输入电源/电压 | 24直流输入 ,文波小于 15% | 4.5瓦 | |
激光波长 | 660纳米 | |
激光级别 | 2M | |
环境背景光 | 10000勒克斯光照强度 | |
电磁兼容测试 | 依据欧标61 000-6-2, 61 000-6-4 | |
震动/冲击测试 | 依据欧标60 068-2-6, -27, -29, -64 | |
电气安全 | 依据欧标61 010-1-3 | |
保护等级 | 依据欧标61 040-3 III | |
防护等级 | 电气设备外壳防护等级65 | |
空气湿度 | 低于90%，无凝结 | |
工作温度/存储温度 | 0-40摄氏度/-20-70摄氏度 | |
通用配件 | 电源输入/输出线缆：6.310.0XX 以太网电缆：6.302.0XX 双绞屏蔽电缆：6.307.0XX | |
2.2.2 外部接口
图 9相机正面和侧面图
l 相机玻璃面
l 外壳
l 安装螺丝螺纹口
l 激光输出
图 10后方接线图
l 以太网连接器（8-pin）
l LED供电
l LED（储电以后面使用/内部使用）
l 供电-I/O编码连接器
l 引导状态 LED|连接 LED
2.2.3 设备整体图
图 11设备安装图
l 固定器
l 3D传感器
l 视野范围（中）
l 被测物体
l 以太网接口
l 电源接口
2.2.4 输入输出供电接口描述
图 12供电接口图
表 3线缆描述
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第3章 控制系统
3.1 控制器
控制卡支持最多达 12 轴直线插补、任意圆弧插补、空间圆弧、螺旋插补、电子凸轮、电子齿轮、同步跟随、虚拟轴、机械手指令等；采用优化的网络通讯协议可以实现实时的运动控制。
3.1.1 连接配置
图 13 控制器连接
网络运动控制卡支持以太网，232 通讯接口和电脑相连，接收电脑的指令运行，通过 CAN 总线可以连接各个扩展模块，从而扩展输入输出点数或运动轴(CAN 总线两端需要并接 120 欧姆的电阻)。
3.1.2 安装和编程
图 14 软件界面
控制卡通过 ZDevelop 开发环境来调试，ZDevelop 是一个很方便的编程、编译和调试环境。ZDevelop 可以通过串口、以太网与控制器建立连接。应用程序可以使用 VC,VB，VS，C++Builder，C#,等软件来开发。调试时可以把 ZDevelop 软件同时连接到控制器，程序运行时需要动态库 zmotion.dll。
3.1.3 产品特点
l 脉冲输出模式:方向/脉冲或双脉冲。
l 支持编码器位置测量，可以配置为手轮输入模式。
l 每轴输出脉冲频率 10MHz
l 通过 CAN 总线， 最多可扩展到 512 个隔离输入或输出口。
l 轴正负限位信号口/原点信号口可以随意配置为任何输入口。
l 输出口输出电流可达 300mA,可直接驱动部分电磁阀。
l RS232 接口、以太网接口。
l 支持最多达 12 轴直线插补、任意圆弧插补、螺旋插补。
l 支持电子凸轮、电子齿轮、位置锁存、同步跟随、虚拟轴等功能。
l 支持 ZBasic 多文件多任务编程。
l 多种程序加密手段，保护客户的知识产权。
3.2 步进（伺服）电机
步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为"步距角"，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的;同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。
步进电机是一种感应电机，它的工作原理是利用电子电路，将直流电变成分时供电的，多相时序控制电流，用这种电流为步进电机供电，步进电机才能正常工作，驱动器就是为步进电机分时供电的，多相时序控制器。
虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能像普通的直流电机，交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一，广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。
3.2.1 主要特性
1 步进电机必须加驱动才可以运转， 驱动信号必须为脉冲信号，没有脉冲的时候， 步进电机静止， 如果加入适当的脉冲信号， 就会以一定的角度（称为步距角）转动。转动的速度和脉冲的频率成正比。
2 三相步进电机的步进角度为7.5 度，一圈360 度， 需要48 个脉冲完成。
3 步进电机具有瞬间启动和急速停止的优越特性。
4 改变脉冲的顺序， 可以方便的改变转动的方向。
3.2.2 优点缺点
l 优点：
1． 电机旋转的角度正比于脉冲数；
2． 电机停转的时候具有的转矩（当绕组激磁时）；
3． 由于每步的精度在百分之三到百分之五，而且不会将一步的误差积累到下一步因而有较好的位置精度和运动的重复性；
4． 优秀的起停和反转响应；
5． 由于没有电刷，可靠性较高，因此电机的寿命仅仅取决于轴承的寿命；
6． 电机的响应仅由数字输入脉冲确定，因而可以采用开环控制，这使得电机的结构可以比较简单而且控制成本；
7． 仅仅将负载直接连接到电机的转轴上也可以极低速的同步旋转。
8． 由于速度正比于脉冲频率，因而有比较宽的转速范围。
l 缺点
1． 如果控制不当容易产生共振；
2． 难以运转到较高的转速。
3. 难以获得较大的转矩
4. 在体积重量方面没有优势，能源利用率低。
5. 超过负载时会破坏同步，高速工作时会发出振动和噪声。
第4章 软件
4.1 软件介绍
检测软件界面包括三维展示区、文件工具栏、视图工具栏、运动命令工具栏、3D传感器工具栏、自动运行工具栏、脚本编辑工具栏、算子命令工具箱（包含点云、识别、测量、数据等工具栏）和算子参数交互列表等。
图 15 软件界面
4.2 软件功能介绍
检测软件使用脚本语言控制机床运动和算子组合，通过灵活组合机床运行命令和点云处理算子，快速制定零部件的检测方案；脚本程序可以软件触发运行，也可以开关量或者二维码携带变量触发运行；能够与标准设计参数进⾏对⽐，判定生产加⼯是否合格，并将检测分析结果存储入数据库。
4.3 算法效率
算法名称 | 测试数据大小M | 轮廓间隔mm | 像素分辨率mm | 耗时s（二进制文件） | 耗时s（文本文件） | 形状精度mm（直径） | 位置精度mm（圆心） | 识别率 |
霍夫找圆 | 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（底层） | 60 | 0.5 | 0.5 | - | 5 | ±0.5 | ±1.5 | 99.50% |
模板匹配（底层+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：轮廓点间隔为0.05mm; 为保证检测的稳定性，形状精度通过轮廓中点拟合圆的轮廓中点间隔以及轮廓间隔的3倍计算；位置精度通过轮廓间隔的3倍计算。
第5章 案例
5.1 铝模板孔位测试
铝模板轮廓尺寸智能测量系统采用非接触式光学测量手段采集目标对象的图像信息，通过机器视觉方法处理采集数据，直接计算、分析得到模板轮廓尺寸数据，测量技术指标主要涉及：局部加工位位置及尺寸数据等。
图 16 软件界面介绍
通过3D相机采集铝模板的三维轮廓信息，系统软件处理3D相机采集的信息，分析得到铝模板的边沿位置，通过机床移动3D相机的位置和角度，实现对铝模板长度、宽度、高度和铣槽尺寸对应的边沿位置的确认，从而得到铝模板长度、宽度、高度和铣槽尺寸的实际参数。
图 17 软件界面介绍
图 18 软件界面介绍
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