[0001] 本发明涉及一种以采用光学方法为特征的计量设备，具体涉及一种对零件尺寸精度进行快速智能化检查的智能检具。

[0002] 各部件为达到理想的制造加工精度，如汽车零部件及整车，需要相关检具的测量稳定性和精度有足够的保证。

[0003] 现阶段的尺寸检测，通常使用支撑结构(夹具)将零件按照设计图纸规范定位在检具上，采用以下接触或非接触的检查方式在检具上对零件进行尺寸检测：

[0004] 方式一，专用的量尺或量规手工检查；

[0005] 方式二，使用空间位置测量设备对工件尺寸进行接触式检测；

[0006] 方式三，在定位检具上设置一组高精度的检查块，采用百分表或DateMyte等量具逐个插入检查块上的衬套(表座)中，读取零件位置以求导尺寸偏差。

[0007] 方式一需要在检查的位置有高精度的检查块作为参照来评估零件的尺寸偏差，故获取的零件尺寸读数的误差，是这些检查块的自身精度偏差、量尺/量规的偏差，以及操作人员对量尺/量规的读取判断偏差这三者的累积。检查块的精度在±0.1mm，导致检测方式的偏差能高达0.2mm。造成测量的稳定性不够，测量速度慢，通常需要数分钟，且数据精度不高，影响产品交付质量。

[0008] 而且由于这类检具上的检查块常常会接触量尺/量规，检查块会受到磨损，要经常维护或更换检查块。维护保养的要求和成本比较高。另外手工测量得到的数据还要手工记录和输入到电脑系统。可见方式一的检测模式效率低下，耗时多，结果还不够精确。

[0009] 方式二需要借助空间位置测量设备，如固定或移动三坐标测量仪，采用接触测量的方式对零件进行测量。此类检具无需高精度的检查块作参照，如三坐标测量仪直接由探针获取零件在检测位置的偏差。测量结果的精度取决于空间位置测量设备的自身精度，从而获取的零件尺寸读数的误差可以控制在0.05mm或更低。空间位置测量设备的成本较高，固定三坐标测量仪还需要恒温恒湿的环境要求。无论是人工操作三坐标测量仪，还是编程自动检，都需要投入大量的人力和准备工作。而移动式三坐标虽然不受环境温度的影响，但精度已无法满足某些零件的测量要求，尤其是对于形状复杂的汽车零部件，三坐标的探针无法到达某些特定的测量位置。

[0010] 方式三使用同一个百分表在检具台上依次去测量零件的不同位置，经常需要对百分表归零，每个检查块都是检查基准，检查块的加工和调试精度都要求非常高，这些精度要求都转换为检具的制造成本，制约了其推广使用。

[0011] 也可以将激光传感器这样的高精度传感器(0.01mm)应用在方式三的检具上，可以瞬间获取测量值，属于目前的新兴技术。然而仍需在检具上设置高精度的检查块作为参照，对激光传感器的位置进行校准，这就对激光传感器的安装提出了极高的精度要求，整个系统综合检查块的精度和激光传感器的安装位置精度才能得到高的检测精度结果。在工业现场的严苛使用环境中，检查块和激光传感器发生任何的偏移，都会导致检查结果的精度降低，与方式一同样存在检查块的定位精度影响测量精度的问题，对检具的制作和维护提出了更高的要求。这些对精度的过高要求最后都转化为设备制造和调试的过高成本，严重影响了该技术的应用推广。

[0012] 经检索，中国专利文献CN103196365A公开了一种汽车零部件激光扫描检具，采用检具上的激光传感器扫描被检零部件获取测量数据，计算机调用测量数据并合成零件图像，再将零件图像与原先预存标准图像合成作对比，以此判定待检测的产品是否合格，需要采用移动的激光传感器扫描零部件的全部轮廓，通过计算机建模才能得到零件图像，耗时较长。而且现有的扫描设备的扫描精度也无法满足零件质量控制的要求。另外，在实际生产制造中，大部分零部件只需对关键部分的尺寸精度进行质量控制，例如仅将零件上需要安装配合的部位的尺寸作为质量控制点，采用整体扫描和比对的检测方法就显得效率过低。

[0013] 中国制造2025提出了“推进信息化与工业化深度融合”与“生产过程的自动化和智能化建设”的战略目标及重点，检具的智能化也就成为工业4.0中的“智能工厂”和“智能生产”的重要环节。

[0014] 如何对现有的定位检具进行有限的改造升级，以实现高速、高精度的自动检测，已成为亟待解决的技术问题。

[0074] 实施例一

[0075] 本实施例主要对传感器支架进行详细说明，其结构如图1、图2和图3所示，包括衬套101和参考块102，其中参考块102呈L形，通过销钉103将参考块102可拆卸地安装在衬套101上，衬套101的内部具有用于夹持激光传感器的通槽。

[0076] 如图4和图5所示，衬套101可采用矩形框结构，与激光传感器2的外轮廓相匹配，并在框上流出用于调整的缺口，在衬套101上安装有参考块102。

[0077] 由于激光传感器是在固定安装到衬套上之后，才进行精度标定的，所以衬套与参考块本身不需要太高的精度，衬套只需要满足牢固固定激光传感器的要求即可，参考块要求具有一个能够遮挡激光的平面。

[0078] 实施例二

[0079] 本实施例的检测原理如图7所示，工件装夹平台是用于将被检测工件牢固固定的一种夹具，在本实施例中沿用现有的定位检具。

[0080] 在定位检具设计加工时期，将产品设计模型测量点A(即产品数模的测量点)沿零件表面法向投影到零件检具型面6上作为理论被测面(产品设计模型)5，并标记出靶点B位置；

[0081] 以测量点A和靶点B连线为光束路径，逆向确定光源点C位置、激光传感器2安装位置，并设计开发相应的传感器支架1；

[0082] 设计开发归零块3，每个激光传感器2配一块，用以在测量开始前将每个激光传感器2置零。

[0083] 检测流程如下：

[0084] 1.在检具设计加工时期，从产品设计模型测量点A沿零件表面法向向外作一直线，光源点C位置即在此直线上，C到A的距离理论上应为激光传感器的设计标称测量距离，安装后的实际C到A距离值不超出传感器可测量距离范围即可，并以接近传感器的设计标称测量距离值为优；

[0085] 2.根据点C位置及C到A点连线方向，设计传感器安装位置与角度，C、A连线应为激光束的理论轨迹，安装固定传感器；

[0086] 3.在每个传感器的光束路径上设置归零装置，用于在测量开始前对每个传感器置零，归零点D到A的距离须在传感器可测量距离范围内；

[0087] 4.测量开始时，先将归零块安装或切换固定至恰好遮挡激光路径位置；

[0088] 5.打开激光源，此时光束在归零块上投射出光斑点D；

[0089] 6.用空间位置测量设备测量点D的空间坐标值并记录，并将此时传感器示数置零；

[0090] 7.移除归零块使之不再遮挡激光束，并加载实际零件进行检测，传感器激光束在零件上实际投射得到光斑点E，传感器获得点D到点E的距离，正值表示远离激光点C，负值表示靠近激光点C；

[0091] 8.实际零件偏差向量EA＝向量DA-向量DE；系统输出结果读数，计算结果正号表示零件向靠近激光点C方向偏移，负号表示零件向远离激光点C方向偏移；

[0092] 步骤8中的向量DA，由点D和点A的坐标通过系统换算获得，点D的坐标在步骤6中测得，点A的坐标由软件中直接提取获得。而距离DA有两种获得方法：

[0093] a.空间位置测量设备检测得到点D坐标值，直接由空间位置测量设备软件通过D点和A点坐标计算得到，输入至数据处理系统；

[0094] b.直接将空间位置测量设备测得的D点坐标值和A点理论坐标输入数据处理系统，由系统换算DA距离。

[0095] 实施例三

[0096] 本实施例采用以下的步骤进行检测。

[0097] 步骤1，在检具设计加工时期，将产品设计模型测量点A沿零件表面法向投影到检具型面上，并标记出靶点B位置；

[0098] 步骤2，以测量点A和靶点B连线为光束路径，逆向确定光源点C位置，从而确定传感器安装位置，安装相应的传感器支架机构；

[0099] 步骤3，在每个传感器的光束路径上设置归零块，用于在测量开始前对每个传感器置零；

[0100] 步骤4，打开激光源，检查激光束在检具型面上的光斑是否上靶点B，快速检查传感器光束位置是否无偏移；

[0101] 步骤5，切换并限位固定归零块，标记激光束光斑在归零块上的点位D；

[0102] 步骤6，将此时传感器示数置零；

[0103] 步骤7，用空间位置测量设备(如CMM)测量归零点D的空间坐标值并记录；

[0104] 步骤8，撤除归零块，加载实际零件进行检测，传感器获得点D到实测点E的距离；

[0105] 步骤9，传感器读数输出，实际零件偏差AE＝距离DA-距离DE；计算结果正号表示零件向检具实体空间外偏，负号表示零件向检具实体空间内偏。

[0106] 实施例四

[0107] 本实施例的检测如图8所示，包括传感器支架1，激光传感器2，实际被测面(实际零件)4，理论被测面(产品设计模型)5、零件检具型面6和激光束a。

[0108] 某些情况下，工件装夹平台在传感器相对于零件的另一侧有实体，例如，一些普通零件检具。故对实施例二的进行改进，步骤如下：

[0109] 1.同方法一中的步骤1；

[0110] 2.同方法一中的步骤2；

[0111] 3.将方法一中步骤3取消；

[0112] 4.将方法一中步骤4取消；

[0113] 5.测量开始时，先不加载零件，打开激光源，此时光束在工件装夹平台实体上投射得到靶点B；

[0114] 6.用空间位置测量设备测量点B的空间坐标值并记录，并将此时传感器示数置零；

[0115] 7.加载实际零件进行检测，传感器激光束在零件上实际投射得到光斑点E，传感器获得点B到点E的距离，数值应为负值；

[0116] 8.实际零件偏差向量EA＝向量BA-向量BE；计算结果正号表示零件向靠近激光点C的方向偏移，负号表示零件向远离激光点C的方向偏移；

[0117] 9.8中所述向量BA，由点B和点A的坐标通过系统换算获得，点B的坐标由上述第6条测得，点A的坐标由软件中直接提取获得。

[0118] 由本实施例可知，本发明的归零装置，包括但不局限于块状的归零块、置零块、参考块的结构布置形式。

[0119] 实施例五

[0120] 本实施例提供一种用于检测汽车中控面板的尺寸偏差的检具，如图8所示，是在零件安装平台14上安装控制箱13、安装支架14和零件安装基准15。其中，安装支架14和零件安装基准15成对设置在汽车中控面板的四个质量控制点上(靠近四角的位置)。

[0121] 控制箱内具有可编程智能操作面板、电源等，对激光传感器获取的数据进行处理和计算。安装支架用于安装激光传感器，在检测开始前安装归零装置，开机，对激光传感器进行置零。

[0122] 如图9所示，置零完成后拆卸置零装置，安装零件开始检测。

[0123] 以上结合附图对本发明的实施方式做出详细说明，但本发明不局限于所描述的实施方式。对本领域的普通技术人员而言，在本发明的原理和技术思想的范围内，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变形仍落入本发明的保护范围内。