專利名稱：基于旋轉-直線運動的接觸式大型異型玻璃外廓檢測裝置和方法
技術領域：
本發明涉及接觸式異型玻璃外廓檢測裝置和方法，更具體地說是一種基于旋轉-直線運動 的，極坐標下數據采樣和直角坐標下數據擬合的，針對于大型異型玻璃的外廓檢測裝置和方 法。
背景技術：
目前在異型曲線外廓檢測中應用較廣的是接觸式測量，例如眼鏡鏡片磨邊中對鏡框外廓 的檢測，用掃描器的掃描探針對全框鏡架進行三維掃描，在微電腦控制下進行數據計算，得 出鏡框的形狀數據，但該方法檢測范圍小，僅適用于鏡框這樣的小工藝產品，不適用于大型 平板件的檢測。
市場上可以找到的能用于異型玻璃外廓加工的設備，都是采用傳統的靠模原理，由靠模 頭從靠模取得玻璃外廓信號，經轉換，再由刀具執行加工。但是用靠模法需要制作專門的模 板，當生產產品品種較多時，不但制作模板費用較高，而且管理、更換模板也較麻煩，如果 加工的產品較大，除了加工工作臺外還要制作模板臺面，使整個設備的占用空間過大，此外， 其形成的產品輪廓圖形不能進行査詢、修改以及更進一步的分析工作。該方法只能對現有產 品進行簡單的拷貝加工，很難用于對產品進行再開發和改進，不符合現代化生產管理的需要。
發明內容
本發明的目的是提供一種不需要靠模模板，能夠對大型異型玻璃外廓直接進行在線檢測， 能得到實際輪廓信息，并能將輪廓信息保存進行進一步分析處理和應用的、設備占用空間較 小的，基于旋轉-直線運動的接觸式大型異型玻璃外廓檢測裝置和方法。
為達到上述目的，本發明的構思是數據在直角坐標下易于進行曲線擬合，但在該坐標 下檢測大型玻璃外廓，要求X、 Y兩個方向量程都較大，因此設備所占用的空間較大；極坐標 下各點位置由極角和極徑構成，由于對圓而言，角度的大小和半徑的長短無關，若在檢測大 型玻璃時，分別測量其極坐標下的極角和極徑，那么只要保證極經的量程適合即可，因此設 備所占用的空間較小。利用旋轉運動和直線運動分別實現對采樣點極角和極徑的測量，可獲 得采樣點實時的極坐標位置，故本發明的檢測方法為基于旋轉-直線運動的接觸式測量，鑒于 直角坐標和極坐標可以相互轉換，該方法采用極坐標下的外廓數據采樣和直角坐標下的采樣 數據擬合。
本發明裝置的結構由測試臺機構和接觸輪機構兩部分組成。測試臺機構中，測試臺可沿 導軌做直線運動，同時又可繞轉軸做旋轉運動；接觸輪機構的接觸輪可沿彈簧做小范圍直線
運動，該檢測裝置通過接觸輪與待測件外廓接觸，并采集外廓信息傳送到計算機。檢測時， 測試臺作為一個工作平臺，將玻璃固定于測試臺上，通過測試臺機構實現玻璃的直線運動和 旋轉運動。
根據上述發明構思，本發明采用下述技術方案-
一種基于旋轉-直線運動的接觸式大型異型玻璃外廓檢測裝置，包括一臺計算機和一臺用 于安置被測異型玻璃且可做直線運動和旋轉運動的測試臺。其特征在于所述計算機通過總 線連接一個運動控制卡，所述運動控制卡通過I/O 口與一個連接板連接，所述連接板與一個 直線運動伺服驅動器、 一個旋轉運動伺服驅動器和一個位移傳感器相連接，所述直線運動伺 服驅動器連接驅動測試臺作直線運動的第一個伺服電機，所述旋轉運動伺服驅動器連接驅動 測試臺作旋轉運動的第二個伺服電機，所述位移傳感器檢測與被測異型玻璃外廓保持接觸的 接觸輪的位移。
上述測試臺有一個安置被測異型玻璃而由所述第二伺服電機驅動的旋轉平臺，所述旋轉 平臺通過其轉軸安裝在一個移動平臺上，所述移動平臺由所述第一伺服電機驅動而在導軌上 移動。
上述位移傳感器上有一個深孔安置一個彈簧，所述接觸輪的連接體后端由所述彈簧支撐。 一種基于旋轉-直線運動的接觸式大型異型玻璃外廓檢測方法，采用上述的檢測裝置進行 檢測，其特征在于檢測步驟如下
① 檢測指令，控制測試臺回到零位；
② 控制測試臺的移動平臺靠近接觸輪，直至接觸輪接觸被測玻璃產生的位移到達起測點 XP。后，測試臺停止移動；
③ 測試臺旋轉平臺開始保持一定速度沿同一方向旋轉；同時開始實時記錄采樣數據；
④ 進行接觸輪位移閥值判斷，控制測試臺移動平臺直線運動，當接觸輪位移超過最大閥 值XP2時，控制測試臺移動平臺后退直至位移到達起測點XP。后停止；當接觸輪位移小
于最小閥值XP,時，控制測試臺移動平臺前進直至位移到達起測點XP。后停止；
⑤ 當測試臺旋轉平臺旋轉一周360度時，停止測試臺旋轉平臺運動，停止采樣；
⑥ 數據計算處理和擬合
⑦ 得到外廓曲線和尺寸
上述步驟⑥中的數據計算處理和擬合是采用極坐標下的外廓信息采樣，直角坐標下的 外廓數據擬合；檢測正式開始，通過轉軸零位與接觸輪的初始距離、測試臺移動平臺直線位 移、接觸輪直線位移，計算出采樣點在極坐標下的極徑，測試臺旋轉平臺轉過的角度為采樣
點在極坐標下的極角；經計算處理后，將采樣點的極坐標信息轉換為直角坐標信息，通過擬 合，得到異型玻璃的輪廓曲線及尺寸。
本發明與現有技術相比較，具有如下顯而易見的突出實質性特點和顯著優點本發明的 原理是利用旋轉-直線運動求得點的極坐標位置。用剛性較大的接觸輪掃描玻璃外廓，在接觸 輪后固定彈簧裝置，使接觸輪受彈簧支持力作用與待測玻璃保持接觸。利用位移傳感器采集 接觸輪的位移信息，利用編碼器采集測試臺運動信息，實時地輸出采樣數據(接觸輪直線位 移、測試臺直線和旋轉位移)到計算機，通過計算機處理將采樣得到的外廓信息轉換為直角 坐標下的輪廓坐標點，并通過曲線擬合方法擬合出玻璃外廓。該方法無需模板，利用旋轉-直線運動，直接從待測玻璃處提取外廓信息，既減小了機械設備的占用空間又提高了牛產柔 性，且成本低、可靠性高、能適用于大型異型玻璃檢測。
圖1是本發明一個實施例子的檢測裝置結構框圖 圖2是圖1示例中的測試臺和位移傳感器的結構原理示意圖 圖3是圖1示例接觸輪位移閥值判斷示意圖 圖4是圖1示例的采樣示意圖 圖5是測試控制流程圖
具體實施例方式
本發明的一個具體實施例結合附圖詳述如下參考圖l，本基于旋轉-直線運動的接觸式 大型異型玻璃外廓檢測裝置，包括一臺計算機1和一臺用于安置被測異型玻璃9且可做直線
運動和旋轉運動的測試臺7;所述計算機1通過總線連接一個運動控制卡2，所述運動控制卡 2通過I/O 口與一個連接板3連接，所述連接板3與一個直線運動伺服驅動器4、 一個旋轉運 動伺服驅動器5和一個位移傳感器6相連接，所述直線運動伺服驅動器4連接驅動測試臺7 作直線運動的第一個伺服電機13，所述旋轉運動伺服驅動器5連接驅動測試臺7作旋轉運動 的第二個伺服電機14，所述位移傳感器6檢測與被測異型玻璃9外廓保持接觸的接觸輪11 的位移。
參考圖2，上述測試臺7有一個安置被測異型玻璃9而由所述第二伺服電機14驅動的旋 轉平臺，所述旋轉平臺通過其轉軸10安裝在一個移動平臺上，所述移動平臺由所述第一伺服 電機13驅動而在導軌8上移動。上述位移傳感器6上有一個深孔安置一個彈簧12，所述接 觸輪11的連接體后端由所述彈簧12支撐。
參見如圖2，測試臺7移動平臺沿導軌運動，形成直線運動X1 (X-Y坐標下)；測試臺7
旋轉平臺以轉軸10為圓心轉動，形成旋轉運動w;接觸輪11沿彈簧12方向運動，形成直 線運動X2 (X' -Y'坐標下)。
參見圖2，圖3，將待測異型玻璃9固定于測試臺7旋轉平臺上，檢測命令發出時，測試 臺7回到轉軸10零位，此時轉軸10零位與接觸輪11初始距離為S 。計算機1控制測試臺7 移動平臺從轉軸10零位出發向接觸輪11靠近，當接觸輪11與異型玻璃9相接觸，并且其傳 感器6測得的接觸輪11位移到達設定的起測點(停止點)Xpo時，檢測正式開始，測試臺7 旋轉平臺以一定角速度"做順時針或逆時針旋轉，計算機1開始記錄數據，此時測試臺7移 動平臺直線位移為Su則極徑為S。-S,，即起始點的極坐標位置為(0， S。-S,),該坐標位置是 在以轉軸10軸心和接觸輪11輪心連線為極軸，以測試臺7移動平臺到達起測點(停止點) XP0時的轉軸10軸心0位置點為極點的極坐標內。利用接觸輪11與玻璃9外廓接觸，測試 臺7旋轉平臺以速度co轉動，接觸輪11將在玻璃9推力和彈簧12支持力的組合作用下，實 現接觸輪11的進退直線運動，此時第一伺服電機上編碼器測出測試臺7移動平臺直線位移為 X, (X-Y坐標下)，傳感器6測出接觸輪11的直線位移為Xz (X' -Y'坐標下)，則轉動時間t 后，玻璃外廓極徑P= (U,石)。本發明的采樣示意圖如圖4，測試臺轉過的角度"t為采 樣點的極角；由P^5r^^r》，經轉換，采樣點的實時直角坐標位置為(Pcos"t, psinon)。
參見圖5，本基于旋轉-直線運動的接觸式大型異型玻璃外廓檢測方法，采用上述檢測裝 置進行檢測，其具體檢測步驟如下
⑧檢測指令，控制測試臺回到零位；
◎控制測試臺的移動平臺靠近接觸輪，直至接觸輪接觸被測玻璃產生的位移到達起測點 XP。后，測試臺停止移動
⑩測試臺的旋轉平臺開始保持一定速度沿同一方向旋轉；同時開始實時記錄采樣數據；
進行接觸輪位移閥值判斷，控制測試臺移動平臺直線運動，當接觸輪位移超過最大閥 值XP2時，控制測試臺移動平臺后退直至位移到達起測點XP。后停止；當接觸輪位移小 于最小閥值XP,時，控制測試臺移動平臺前進直至位移到達起測點XP。后停止；
當測試臺旋轉平臺旋轉一周360度時，停止測試臺旋轉平臺運動，停止采樣；
數據計算處理和擬合
得到外廓曲線和尺寸
上述步驟⑥中的數據計算處理和擬合是采用極坐標下的外廓信息采樣，直角坐標下的 外廓數據擬合；檢測正式開始，通過轉軸10零位與接觸輪11的初始距離、測試臺7移動平 臺直線位移、接觸輪ll直線位移，計算出采樣點在極坐標下的極徑，測試臺7旋轉平臺轉過
7
的角度為采樣點在極坐標下的極角；經計算處理后，將采樣點的極坐標信息轉換為直角坐標
信息，通過擬合，得到異型玻璃的輪廓曲線及尺寸。 本發明與其他平板件的外廓檢測方法相比有以下特點
1. 無需靠模模板，可直接對工件進行在線測量。
2. 極坐標下的測量，直角坐標下的數據擬合。
3. 基于旋轉運動與直線運動的組合，增大了測量的范圍，減小了設備占用的空間。
4. 數據可保存，為進一步分析和加工所應用，易于管理。
5. 本檢測方法的檢測精度可達到士0.05ram。
權利要求
1、一種基于旋轉-直線運動的接觸式大型異型玻璃外廓檢測裝置，包括一臺計算機(1)和一臺用于安置被測異型玻璃(9)且可作直線運動和旋轉運動的測試臺(7)。其特征在于所述計算機(1)通過總線連接一個運動控制卡(2)，所述運動控制卡(2)通過I/O口與一個連接板(3)連接，所述連接板(3)與一個直線運動伺服驅動器(4)、一個旋轉運動伺服驅動器(5)和一個位移傳感器(6)相連接，所述直線運動伺服驅動器(4)連接驅動測試臺(7)作直線運動的第一個伺服電機(13)，所述旋轉運動伺服驅動器(5)連接驅動測試臺(7)作旋轉運動的第二個伺服電機(14)，所述位移傳感器(6)檢測與被測異型玻璃(9)外廓保持接觸的接觸輪(11)的位移。
2、 根據權利要求1所述的基于旋轉-直線運動的接觸式大型異型玻璃外廓檢測裝置，其特征 在于所述測試臺(7)有一個安置被測異型玻璃(9)而由所述第二伺服電機(14)驅動的旋 轉平臺，所述旋轉平臺通過其轉軸(10)安裝在一個移動平臺上，所述移動平臺由所述第一 伺服電機(13)驅動而在導軌(8)上移動。
3、 根據權利要求l所述的基于旋轉-直線運動的接觸式大型異型玻璃外廓檢測裝置，其特征 在于所述位移傳感器(6)上有一個深孔安置一個彈簧(12)，所述接觸輪(11)的連接體后 端由所述彈簧(12)支撐。
4、 一種基于旋轉-直線運動的接觸式大型異型玻璃外廓檢測方法，采用根據權利要求1所述 的基于旋轉-直線運動的接觸式大型異型玻璃外廓檢測裝置進行檢測，其特征在于檢測步驟如 下① 檢測指令，控制測試臺回到零位；② 控制測試臺的移動平臺靠近接觸輪，直至接觸輪接觸被測玻璃產生的位移到達起測點 XP。后，測試臺停止移動；③ 測試臺的旋轉平臺開始保持一定速度沿同一方向旋轉；同時開始實時記錄采樣數據；④ 進行接觸輪位移閥值判斷，控制測試臺移動平臺直線運動，當接觸輪位移超過最大閥 值XP2時，控制測試臺移動平臺后退直至位移到達起測點XP。后停止；當接觸輪位移小 于最小閥值XPJ寸，控制測試臺移動平臺前進直至位移到達起測點XP。后停止； 當測試臺旋轉平臺旋轉一周360度時，停止測試臺旋轉平臺運動，停止采樣；⑥ 數據計算處理和擬合⑦ 得到外廓曲線和尺寸。
5、 根據權利要求4所述的基于旋轉-直線運動的接觸式大型異型玻璃外廓檢測方法，其特征在 于所述步驟⑥中的數據計算處理和擬合是采用極坐標下的外廓信息采樣，直角坐標下的外廓數據擬合；檢測正式開始，通過轉軸(10)零位與接觸輪(11)的初始距離、測試臺(7) 移動平臺直線位移、接觸輪(11)直線位移，計算出采樣點在極坐標下的極徑，測試臺(7) 旋轉平臺轉過的角度為采樣點在極坐標下的極角；經計算處理后，將采樣點的極坐標信息轉 換為直角坐標信息，通過擬合，得到異型玻璃的輪廓曲線及尺寸。
全文摘要
本發明涉及一種基于旋轉-直線運動的接觸式大型異型玻璃外廓檢測裝置和方法。其裝置包括一臺計算機和一臺用于安置被測異型玻璃且可作直線運動和旋轉運動的測試臺。計算機通過總線連接一個運動控制卡，運動控制卡通過I/O口與一個連接板連接，連接板與一個直線運動伺服驅動器、一個旋轉運動伺服驅動器和一個位移傳感器相連接，直線運動伺服驅動器連接驅動測試臺作直線運動的第一個伺服電機，旋轉運動伺服驅動器連接驅動測試臺作旋轉運動的第二個伺服電機，位移傳感器檢測與被測異型玻璃外廓保持接觸的接觸輪的位移。采用本裝置進行檢測，利用接觸輪采集待測玻璃外廓信息，通過測試臺和接觸輪的運動狀況，結合旋轉運動與直線運動獲得采樣點實時位置，經計算機的數據計算處理和擬合，得到異型玻璃的外廓曲線。本發明無需模板、占用空間較小、結構簡單，成本低，使用方便。
文檔編號G01B21/20GK101377418SQ20081020031
公開日2009年3月4日 申請日期2008年9月24日 優先權日2008年9月24日
發明者倪英華, 姚志良, 田應仲, 陸明剛, 顧旭瑩 申請人:上海大學