CN114001658A - 一种冰箱发泡夹具腔内自动检测装置及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及冰箱发泡夹具腔内自动检测装置,包括前侧板、后侧板、左侧板、右侧板和底板围成的盒体,还包括主测量单元、辅测量单元和上位机,所述主测量单元包括第一微控制器和8个用于采集发泡夹具前侧板、发泡夹具后侧板的测距信息的第一激光位移传感器;所述辅测量单元包括第二微控制器和12个用于采集发泡夹具左侧板、发泡夹具右侧板、发泡夹具底板的测距信息的第二激光位移传感器,所述上位机与主测量单元之间双向通讯,主测量单元与辅测量单元之间双向通讯。本发明还公开了冰箱发泡夹具腔内自动检测装置的自动检测方法。本发明采用了20个激光位移传感器组装设计夹具腔内测量装置,实时获取夹具四个侧面与底面测距点距离信息,提高了通用性。
Description
技术领域
本发明涉及冰箱发泡夹具检测技术领域,尤其是一种冰箱发泡夹具腔内自动检测装置及其方法。
背景技术
科技的发展致使人们对产品质量的要求日益提高,很多传统的人工生产方式已经逐渐无法满足社会发展的需求。检测作为生产的关键技术,一直是人们重要的研究领域。在冰箱的生产中,发泡是关系到能效、外形尺寸等多种因素的重要环节。冰箱的规格不同发泡的模具与夹具的尺寸就不同。在生产不同规格的冰箱时,必须更换模具并调整夹具的尺寸。如果夹具的尺寸偏差过大,会导致冰箱的外形变形,造成废品。因此,更换模具时必须准确调整夹具的尺寸。
目前,国内所有的冰箱厂家均采用人工方式进行发泡夹具尺寸的检测与调整。在冰箱泡夹具尺寸的检测与调整过程中,需要测量人员进入夹具空间内进行尺寸测量,这不仅对测量人员的技术要求高,而且对于检测人员的人生安全存在很大的隐患。这种人工测量方法在生产节奏快、品种多的今天,不但效率低下,而且废品率高。
随着社会的快速发展,人力资源成本逐渐提高,工业机器人在工业生产中承担越来越多的生产任务。人们不可避免地对工业机器人提出更高的生产要求,加之制造业对于柔性生产、敏捷制造、智能制造的重视,无疑推动了围绕工业机器人的相关技术的快速发展。为了解决人工测量速度慢、偏差大、废品率高、存在严重安全隐患等问题,“发泡夹具腔内自动检测***与方法”的研究与开发具有重要的研究与应用价值。
发明内容
本发明的首要目的在于提供一种为冰箱发泡夹具的测量构建了硬件条件,弥补了冰箱发泡夹具自动检测方面的空缺,可实时获取夹具四个侧面与底面测距点距离信息,提高了通用性的冰箱发泡夹具腔内自动检测装置。
为实现上述目的,本发明采用了以下技术方案:一种冰箱发泡夹具腔内自动检测装置,包括由前侧板、后侧板、左侧板、右侧板和底板围成的盒体,所述前侧板、后侧板、左侧板、右侧板和底板的板面分别与发泡夹具前侧板板面D、发泡夹具后侧板板面E、发泡夹具左侧板板面A、发泡夹具右侧板板面B和发泡夹具底板板面C平行,自动检测装置还包括主测量单元、辅测量单元和上位机,所述主测量单元包括第一微控制器和8个用于采集发泡夹具前侧板、发泡夹具后侧板的测距信息的第一激光位移传感器,其中4个第一激光位移传感器即d11、d12、d21、d22安装在前侧板上且围成一个矩形,另外4个第一激光位移传感器即e11、e12、e21、e22安装在后侧板上且围成一个矩形;所述辅测量单元包括第二微控制器和12个用于采集发泡夹具左侧板、发泡夹具右侧板、发泡夹具底板的测距信息的第二激光位移传感器,其中4个第二激光位移传感器即a11、a12、a21、a22安装在左侧板上且围成一个矩形,4个第二激光位移传感器即b11、b12、b21、b22安装在右侧板上且围成一个矩形,另外4个第二激光位移传感器即c11、c12、c21、c22安装在底板上且围成一个矩形;所述上位机与主测量单元之间双向通讯,主测量单元与辅测量单元之间双向通讯;
上述共20个激光位移传感器投射至发泡夹具各个板面上的点为测距点,其分布情况为位于发泡夹具左侧板板面A上的四个测距点A11、A12、A21、A22,位于发泡夹具右侧板板面B上的四个测距点B11、B12、B21、B22,位于发泡夹具底板板面C上的四个测距点C11、C12、C21、C22,位于发泡夹具前侧板板面D上的四个测距点D11、D12、D21、D22,位于发泡夹具后侧板板面E上的四个测距点E11、E12、E21、E22。
所述主测量单元还包括第一A/D转换器、第一传感器信号获取电路、数码管显示电路、第一电源电路和第一串行通讯电路,所述8个第一激光位移传感器的输出端通过第一传感器信号获取电路与第一微控制器的输入端相连,所述第一微控制器的输出端分别与数码管显示电路和第一A/D转换器的输入端相连,所述第一微控制器与第一串行通讯电路双向通讯,第一电源电路向第一微控制器、8个第一激光位移传感器供电;所述辅测量单元还包括第二A/D转换器、第二传感器信号获取电路、第二电源电路和第二串行通讯电路,所述12个第二激光位移传感器的输出端通过第二传感器信号获取电路与第二微控制器的输入端相连,所述第二微控制器的输出端与第二A/D转换器的输入端相连,所述第二微控制器与第二串行通讯电路双向通讯,第二电源电路向第二微控制器、12个第二激光位移传感器供电。
所述盒体上边沿设置安装部,盒体通过安装部安装在基准面O的下方,所述基准面O为发泡夹具的项部。
本发明的另一目的在于提供一种冰箱发泡夹具腔内自动检测装置的自动检测方法,该方法包括下列顺序的步骤:
(1)将自动检测装置吊装在基准面O上,计算发泡夹具底板板面C与基准面O之间的垂直距离,判定夹具底板板面C与基准面O是否满足平行要求;
(2)计算发泡夹具四个侧板板面与发泡夹具底板板面C之间夹角及垂直度,判定夹具前侧板板面D、夹具后侧板板面E、夹具左侧板板面A、夹具右侧板板面B与夹具底板板面C之间是否满足垂直要求;
(3)根据夹具左侧板板面A、夹具右侧板板面B测量信息计算夹具宽度值;
(4)根据夹具前侧板板面D、夹具后侧板板面E测量信息计算夹具高度值;
(5)判定夹具宽度值、夹具高度值是否满足冰箱生产要求。
所述步骤(1)具体包括以下步骤:
(1a)第二激光位移传感器c11、c12、c21、c22测量获得发泡夹具底板板面C上四个测距点数据分别为C11、C12、C21、C22,确定发泡夹具底板板面C的各边角点与基准面O的垂直距离满足的阈值范围为:
式中,C*为发泡夹具底板板面C四个边角点与基准面标准平行时满足的垂直距离,所述边角点即角点,为底板各角点满足冰箱规格要求时的误差范围,n=11,12,21,22;所述测距点数据是指激光位移传感器测得的激光位移传感器测距起始点至测距点之间的间距;由于激光位移传感器前端存在测量盲区,因此,激光位移传感器测距起始点是指激光位移传感器前端越过盲区后的直线距离的第一个点;
其中,为发泡夹具底板板面C四个测距点距离基准面O之间垂直距离,为测距点距离标准平行底面的垂直距离;所述标准平行底面是指夹具底板C与基准面O无任何误差的理想状态,即底板各角点距离基准面均满足冰箱厂家给出的指定深度要求;
所述步骤(2)中具体包括以下步骤:
(2a)第二激光位移传感器a11、a12、a21、a22、b11、b12、b21、b22,第一激光位移传感器d11、d12、d21、d22、e11、e12、e21、e22测量获得发泡夹具四个侧板板面上测距点数据分别为A11、A12、A21、A22,B11、B12、B21、B22,D11、D12、D21、D22,E11、E12、E21、E22,确定满足要求垂直度公差时,发泡夹具四个侧板板面相对中立面左右倾斜的最大角度值θCZN为:
式中,ΔN′11为发泡夹具四个侧板板面A、B、D、E即侧面A、B、D、E在满足与发泡夹具底板板面C即底面C垂直度要求时,侧板板面的上边缘相对中立面的最大垂直距离,ΔN′11的数值大小为冰箱所要求各侧面垂直度公差的一半;S*为侧面与底面标准垂直时,侧面的标准深度;N代表A、B、D、E;
每个侧板板面与底板板面C相连的部分为侧板板面的下边缘,与其相对立的靠近基准面O的侧板板面的边缘称为上边缘;
处于中间位置状态的侧板板面与底板板面C垂直,此时的侧板板面的状态称为中立面;
(2b)侧面倾角计算,侧面A、B、D、E在可检测范围内,分别由步骤(2a)获得侧面A、B、D、E的四个测距点数据,则侧面A、B、D、E倾斜时,其任意角度θN为:
式中,θN1与θN2分别为测距点数据N11和N12、N21和N22确定的侧面倾斜角度,θN1与θN2有:
LN11N12为N11和N12测距起始点之间的距离,LN21N22为N21和N22测距起始点之间的距离;
(2c)侧面倾角与垂直度最大倾角范围比较,将θA、θB、θD、θE分别与θCZA、θczB、θCzD、θcZE进行值大小的比较,若θA、θB、θD、θE值小于θCZA、θCzB、θCZD、θCZE,则判定侧面A、B、D、E垂直于底面C,否则判定侧面A、B、D、E不满足垂直要求,将调整的角度范围与方向求出。
所述步骤(3)中具体包括以下步骤:
(3a)确定满足要求的夹具宽度阈值,所测发泡夹具宽度值满足的合理阈值范围为[Wmin,Wmax],Wmin与Wmax的计算公式分别为:
式中,W*为满足冰箱标准规格要求时,发泡夹具侧面A、B形成的标准宽度值;ΔA11、ΔA21与ΔB11、ΔB21分别为发泡夹具侧面A与侧面B上边缘的激光位移传感器测距起始点相对各自中立面的倾斜最大垂直距离;
(3b)发泡夹具宽度测量值计算,获得测距点数据A11、A12、A21、A22,B11、B12、B21、B22,与标定获得的腔内自动检测装置架宽数据JK_ABn,得到发泡夹具宽度测量数据KD_ABn为:
KD_ABn=An+Bn+JK_ABn
式中,n=11,12,21,22;
An指测距点数据A11、A12、A21、A22;
Bn指测距点数据B11、B12、B21、B22。
(3c)判定发泡夹具宽度测量值与阈值范围大小并输出,分别判定发泡夹具宽度测量数据KD_AB11、KD_AB12、KD_AB21、KD_AB22是否在[Wmin,Wmax]阈值范围内,满足要求后由下式确定输出发泡夹具宽度值WK为:
式中,KD_AB11为测距点数据A11、测距点数据B11、自动检测装置先验架宽JK_AB11的三者之和;所述自动检测装置先验架宽JK_AB11是指从自动检测装置***的左右两个侧面上测得的第二激光位移传感器a11、b11之间的间距;
KD_AB12为测距点数据A12、测距点数据B12、自动检测装置先验架宽JK_AB12的三者之和;所述自动检测装置先验架宽JK_AB12是指从自动检测装置***的左右两个侧面上测得的第二激光位移传感器a12、b12之间的间距;
KD_AB21为测距点数据A21、测距点数据B21、自动检测装置先验架宽JK_AB21的三者之和;所述自动检测装置先验架宽JK_AB21是指从自动检测装置***的左右两个侧面上测得的第二激光位移传感器a21、b21之间的间距;
KD_AB22为测距点数据A22、测距点数据B22、自动检测装置先验架宽JK_AB22的三者之和;所述自动检测装置先验架宽JK_AB22是指从自动检测装置***的左右两个侧面上测得的第二激光位移传感器a22、b22之间的间距。
所述步骤(4)中具体包括以下步骤:
(4a)确定满足要求发泡夹具高度阈值,所测高度值应满足的合理阈值范围为[Hmin,Hmax],Hmin与Hmax的计算公式分别为:
式中,H*为满足冰箱标准规格要求时,发泡夹具侧面D、E形成的标准高度值;ΔD11、ΔD21与ΔE11、ΔE21分别为侧面D与侧面E上边缘的激光位移传感器测距起始点相对各自中立面的倾斜最大垂直距离;
(4b)夹具高度测量值计算,侧面D与侧面E在腔内自动检测装置可检测范围内,获得测距点数据D11、D12、D21、D22,E11、E12、E21、E22,与标定获得的腔内自动检测装置架高数据JG_EDn,得到发泡夹具宽度测量数据GD_EDn为:
GD_EDn=Dn+En+JG_EDn
式中,n=11,12,21,22;
Dn为激光位移传感器第一d11、d12、d21、d22测得的测距点数据D11、D12、D21、D22;En为第一激光位移传感器e11、e12、e21、e22测得的测距点数据E11、E12、E21、E22;
(4c)判定发泡夹具高度测量值与阈值范围大小并输出,分别判定夹具高度测量数据GD_ED11、GD_ED12、GD_ED21、GD_ED22是否在[Hmin,Hmax]阈值范围内,满足要求后由式确定输出发泡夹具高度值HG为:
式中,GD_ED11为测距点数据E11、测距点数据D11、自动检测装置先验架高JG_ED11的三者之和;所述自动检测装置先验架高JG_ED11是指从自动检测装置***的前后两个侧面上测得的第一激光位移传感器d11、e11之间的间距;
GD_ED12为测距点数据E12、测距点数据D12、自动检测装置先验架高JG_ED12的三者之和;所述自动检测装置先验架高JG_ED12是指从自动检测装置***的前后两个侧面上测得的第一激光位移传感器d12、e12之间的间距;
GD_ED21为测距点数据E21、测距点数据D21、自动检测装置先验架高JG_ED21的三者之和;所述自动检测装置先验架高JG_ED21是指从自动检测装置***的前后两个侧面上测得的第一激光位移传感器d21、e21之间的间距;
GD_ED22为测距点数据E22、测距点数据D22、自动检测装置先验架高JG_ED22的三者之和;所述自动检测装置先验架高JG_ED22是指从自动检测装置***的前后两个侧面上测得的第一激光位移传感器d22、e22之间的间距。
所述步骤(5)具体是指:在上位机上根据冰箱厂家生产需求,预先输入冰箱标准宽度值、高度值进行存储,与测量计算输出的宽度值、高度值进行比对,最后在上位机上判定显示所测量宽度值、高度值是否满足要求。
由上述技术方案可知,本发明的有益效果为:第一,本发明采用了20个激光位移传感器组装设计了夹具腔内测量装置,可实时获取夹具四个侧面与底面测距点距离信息,提高了通用性;第二,本发明结合腔内自动测量装置实时测距点距离信息,经几何计算,方便准确得到发泡夹具平行度与垂直度调整过程中的指导参数;第三,本发明结合垂直度与平行度的定义,设定板面垂直与平行阈值范围,使发泡夹具宽度与高度的准确计算输出得到保障。
附图说明
图1为腔内自动检测装置在测量时的示意图;
图2为发泡夹具的结构示意图;
图3为本发明的装置结构示意图;
图4为本发明中自动检测装置的电路框图;
图5为本发明的方法流程图;
图6为底面平行度测量示意图;
图7为标准平行底面俯视图;
图8(a)、8(b)、8(c)均为底面倾斜侧视图;
图9为侧面A倾斜截面图;
图10(a)、10(b)均为发泡夹具宽度测量示意图;
图11(a)、11(b)均为发泡夹具高度测量示意图。
具体实施方式
如图1、2、3所示,一种冰箱发泡夹具腔内自动检测装置,包括由前侧板、后侧板、左侧板、右侧板和底板围成的盒体1,所述前侧板、后侧板、左侧板、右侧板和底板的板面分别与发泡夹具前侧板板面D、发泡夹具后侧板板面E、发泡夹具左侧板板面A、发泡夹具右侧板板面B和发泡夹具底板板面C平行,自动检测装置还包括主测量单元、辅测量单元和上位机,所述主测量单元包括第一微控制器和8个用于采集发泡夹具前侧板、发泡夹具后侧板的测距信息的第一激光位移传感器,其中4个第一激光位移传感器即d11、d12、d21、d22安装在前侧板上且围成一个矩形,另外4个第一激光位移传感器即e11、e12、e21、e22安装在后侧板上且围成一个矩形;所述辅测量单元包括第二微控制器和12个用于采集发泡夹具左侧板、发泡夹具右侧板、发泡夹具底板的测距信息的第二激光位移传感器,其中4个第二激光位移传感器即a11、a12、a21、a22安装在左侧板上且围成一个矩形,4个第二激光位移传感器即b11、b12、b21、b22安装在右侧板上且围成一个矩形,另外4个第二激光位移传感器即c11、c12、c21、c22安装在底板上且围成一个矩形;所述上位机与主测量单元之间双向通讯,主测量单元与辅测量单元之间双向通讯;
所述上位机向主测量单元与辅测量单元发送请求获取数据指令,接收主测量单元与辅测量单元传输的数据,并对数据进行校准反馈;对主测量单元与辅测量单元获得的数据进行夹具板面平行度和垂直度的计算与显示;输出冰箱夹具的宽高测量结果,并判定结果是否满足生产厂家的要求。
上述共20个激光位移传感器投射至发泡夹具各个板面上的点为测距点,其分布情况为位于发泡夹具左侧板板面A上的四个测距点A11、A12、A21、A22,位于发泡夹具右侧板板面B上的四个测距点B11、B12、B21、B22,位于发泡夹具底板板面C上的四个测距点C11、C12、C21、C22,位于发泡夹具前侧板板面D上的四个测距点D11、D12、D21、D22,位于发泡夹具后侧板板面E上的四个测距点E11、E12、E21、E22。
如图4所示,所述主测量单元还包括第一A/D转换器、第一传感器信号获取电路、数码管显示电路、第一电源电路和第一串行通讯电路,所述8个第一激光位移传感器的输出端通过第一传感器信号获取电路与第一微控制器的输入端相连,所述第一微控制器的输出端分别与数码管显示电路和第一A/D转换器的输入端相连,所述第一微控制器与第一串行通讯电路双向通讯,第一电源电路向第一微控制器、8个第一激光位移传感器供电;所述辅测量单元还包括第二A/D转换器、第二传感器信号获取电路、第二电源电路和第二串行通讯电路,所述12个第二激光位移传感器的输出端通过第二传感器信号获取电路与第二微控制器的输入端相连,所述第二微控制器的输出端与第二A/D转换器的输入端相连,所述第二微控制器与第二串行通讯电路双向通讯,第二电源电路向第二微控制器、12个第二激光位移传感器供电。
所述盒体1上边沿设置安装部,盒体1通过安装部3安装在基准面O的下方,所述基准面O为发泡夹具2的项部。
如图5所示,本方法包括下列顺序的步骤:
(1)将自动检测装置吊装在基准面O上,计算发泡夹具底板板面C与基准面O之间的垂直距离,判定夹具底板板面C与基准面O是否满足平行要求;
(2)计算发泡夹具四个侧板板面与发泡夹具底板板面C之间夹角及垂直度,判定夹具前侧板板面D、夹具后侧板板面E、夹具左侧板板面A、夹具右侧板板面B与夹具底板板面C之间是否满足垂直要求;
(3)根据夹具左侧板板面A、夹具右侧板板面B测量信息计算夹具宽度值;
(4)根据夹具前侧板板面D、夹具后侧板板面E测量信息计算夹具高度值;
(5)判定夹具宽度值、夹具高度值是否满足冰箱生产要求。
所述步骤(1)具体包括以下步骤:
(1a)第二激光位移传感器c11、c12、c21、c22测量获得发泡夹具底板板面C上四个测距点数据分别为C11、C12、C21、C22,确定发泡夹具底板板面C的各边角点与基准面O的垂直距离满足的阈值范围为:
式中,C*为发泡夹具底板板面C四个边角点与基准面标准平行时满足的垂直距离,所述边角点即角点,为底板各角点满足冰箱规格要求时的误差范围,n=11,12,21,22;所述测距点数据是指激光位移传感器测得的激光位移传感器测距起始点至测距点之间的间距;由于激光位移传感器前端存在测量盲区,因此,激光位移传感器测距起始点是指激光位移传感器前端越过盲区后的直线距离的第一个点;
其中,为发泡夹具底板板面C四个测距点距离基准面O之间垂直距离,为测距点距离标准平行底面的垂直距离;所述标准平行底面是指夹具底板C与基准面O无任何误差的理想状态,即底板各角点距离基准面均满足冰箱厂家给出的指定深度要求;
所述步骤(2)中具体包括以下步骤:
(2a)第二激光位移传感器a11、a12、a21、a22、b11、b12、b21、b22,第一激光位移传感器d11、d12、d21、d22、e11、e12、e21、e22测量获得发泡夹具四个侧板板面上测距点数据分别为A11、A12、A21、A22,B11、B12、B21、B22,D11、D12、D21、D22,E11、E12、E21、E22,确定满足要求垂直度公差时,发泡夹具四个侧板板面相对中立面左右倾斜的最大角度值θCZN为:
式中,ΔN′11为发泡夹具四个侧板板面A、B、D、E即侧面A、B、D、E在满足与发泡夹具底板板面C即底面C垂直度要求时,侧板板面的上边缘相对中立面的最大垂直距离,ΔN′11的数值大小为冰箱所要求各侧面垂直度公差的一半;S*为侧面与底面标准垂直时,侧面的标准深度;N代表A、B、D、E;
每个侧板板面与底板板面C相连的部分为侧板板面的下边缘,与其相对立的靠近基准面O的侧板板面的边缘称为上边缘;
处于中间位置状态的侧板板面与底板板面C垂直,此时的侧板板面的状态称为中立面;
(2b)侧面倾角计算,侧面A、B、D、E在可检测范围内,分别由步骤(2a)获得侧面A、B、D、E的四个测距点数据,则侧面A、B、D、E倾斜时,其任意角度θN为:
式中,θN1与θN2分别为测距点数据N11和N12、N21和N22确定的侧面倾斜角度,θN1与θN2有:
LN11N12为N11和N12测距起始点之间的距离,LN21N22为N21和N22测距起始点之间的距离;
(2c)侧面倾角与垂直度最大倾角范围比较,将θA、θB、θD、θE分别与θCZA、θCZB、θCZD、θCZE进行值大小的比较,若θA、θB、θD、θE值小于θCZA、θCZB、θCZD、θCZE,则判定侧面A、B、D、E垂直于底面C,否则判定侧面A、B、D、E不满足垂直要求,将调整的角度范围与方向求出。
所述步骤(3)中具体包括以下步骤:
(3a)确定满足要求的夹具宽度阈值,所测发泡夹具宽度值满足的合理阈值范围为[Wmin,Wmax],Wmin与Wmax的计算公式分别为:
式中,W*为满足冰箱标准规格要求时,发泡夹具侧面A、B形成的标准宽度值;ΔA11、ΔA21与ΔB11、ΔB21分别为发泡夹具侧面A与侧面B上边缘的激光位移传感器测距起始点相对各自中立面的倾斜最大垂直距离;
(3b)发泡夹具宽度测量值计算,获得测距点数据A11、A12、A21、A22,B11、B12、B21、B22,与标定获得的腔内自动检测装置架宽数据JK_ABn,得到发泡夹具宽度测量数据KD_ABn为:
KD_ABn=An+Bn+JK_ABn
式中,n=11,12,21,22;
An指测距点数据A11、A12、A21、A22;
Bn指测距点数据B11、B12、B21、B22。
(3c)判定发泡夹具宽度测量值与阈值范围大小并输出,分别判定发泡夹具宽度测量数据KD_AB11、KD_AB12、KD_AB21、KD_AB22是否在[Wmin,Wmax]阈值范围内,满足要求后由下式确定输出发泡夹具宽度值WK为:
式中,KD_AB11为测距点数据A11、测距点数据B11、自动检测装置先验架宽JK_AB11的三者之和;所述自动检测装置先验架宽JK_AB11是指从自动检测装置***的左右两个侧面上测得的第二激光位移传感器a11、b11之间的间距;
KD_AB12为测距点数据A12、测距点数据B12、自动检测装置先验架宽JK_AB12的三者之和;所述自动检测装置先验架宽JK_AB12是指从自动检测装置***的左右两个侧面上测得的第二激光位移传感器a12、b12之间的间距;
KD_AB21为测距点数据A21、测距点数据B21、自动检测装置先验架宽JK_AB21的三者之和;所述自动检测装置先验架宽JK_AB21是指从自动检测装置***的左右两个侧面上测得的第二激光位移传感器a21、b21之间的间距;
KD_AB22为测距点数据A22、测距点数据B22、自动检测装置先验架宽JK_AB22的三者之和;所述自动检测装置先验架宽JK_AB22是指从自动检测装置***的左右两个侧面上测得的第二激光位移传感器a22、b22之间的间距。
所述步骤(4)中具体包括以下步骤:
(4a)确定满足要求发泡夹具高度阈值,所测高度值应满足的合理阈值范围为[Hmin,Hmax],Hmin与Hmax的计算公式分别为:
式中,H*为满足冰箱标准规格要求时,发泡夹具侧面D、E形成的标准高度值;ΔD11、ΔD21与ΔE11、ΔE21分别为侧面D与侧面E上边缘的激光位移传感器测距起始点相对各自中立面的倾斜最大垂直距离;
(4b)夹具高度测量值计算,侧面D与侧面E在腔内自动检测装置可检测范围内,获得测距点数据D11、D12、D21、D22,E11、E12、E21、E22,与标定获得的腔内自动检测装置架高数据JG_EDn,得到发泡夹具宽度测量数据GD_EDn为:
GD_EDn=Dn+En+JG_EDn
式中,n=11,12,21,22;
Dn为第一激光位移传感器d11、d12、d21、d22测得的测距点数据D11、D12、D21、D22;En为第一激光位移传感器e11、e12、e21、e22测得的测距点数据E11、E12、E21、E22;
(4c)判定发泡夹具高度测量值与阈值范围大小并输出,分别判定夹具高度测量数据GD_ED11、GD_ED12、GD_ED21、GD_ED22是否在[Hmin,Hmax]阈值范围内,满足要求后由式确定输出发泡夹具高度值HG为:
式中,GD_ED11为测距点数据E11、测距点数据D11、自动检测装置先验架高JG_ED11的三者之和;所述自动检测装置先验架高JG_ED11是指从自动检测装置***的前后两个侧面上测得的第一激光位移传感器d11、e11之间的间距;
GD_ED12为测距点数据E12、测距点数据D12、自动检测装置先验架高JG_ED12的三者之和;所述自动检测装置先验架高JG_ED12是指从自动检测装置***的前后两个侧面上测得的第一激光位移传感器d12、e12之间的间距;
GD_ED21为测距点数据E21、测距点数据D21、自动检测装置先验架高JG_ED21的三者之和;所述自动检测装置先验架高JG_ED21是指从自动检测装置***的前后两个侧面上测得的第一激光位移传感器d21、e21之间的间距;
GD_ED22为测距点数据E22、测距点数据D22、自动检测装置先验架高JG_ED22的三者之和;所述自动检测装置先验架高JG_ED22是指从自动检测装置***的前后两个侧面上测得的第一激光位移传感器d22、e22之间的间距。
所述步骤(5)具体是指:在上位机上根据冰箱厂家生产需求,预先输入冰箱标准宽度值、高度值进行存储,与测量计算输出的宽度值、高度值进行比对,最后在上位机上判定显示所测量宽度值、高度值是否满足要求。
以下结合图1至10对本发明进行进一步的说明。
式中,LC11C12为第二激光位移传感器c11、c12测距起始点之间的距离,LC12c22为激光位移传感器c12、c22测距起始点之间的距离,LC21C22为第二激光位移传感器c21、c22测距起始点之间的距离,LC11C21为激光位移传感器c11、c21测距起始点之间的距离,则测距点C12和角1投影至标准平行底面直线距离测距点C22和角2投影至标准平行底面直线距离测距点C21和角3投影至标准平行底面直线距离测距点C11和角4投影至标准平行底面直线距离根据勾股定理有:
所述角1、2、3、4指发泡夹具底板板面C的四个边角;
如图8(c)所示,角1与测距点C12连线和基准面的夹角为θ1,角3与测距点C21连线和基准面的夹角为θ3,同理角2与测距点C22连线和基准面的夹角为θ4,角4与测距点C11连线和基准面的夹角为θ6,由于实际底面C较标准平行底面倾斜偏差较小,近似为:
式中,LC12C21为C12和C21测距起始点之间的距离,LC11C22为C11和C22测距起始点之间的距离;由于实际底面C较标准平行底面倾斜偏差较小,近似认为θ2与θ1和θ3,θ5与θ3和θ6的大小相等;
ΔC12-21=C12-C21 (13)
ΔC11-22=C11-C22 (14)
若ΔC12-21为负,说明底面C沿角1与角3对角方向向角1倾斜,此时式(11)中为正,为负,反之为负,为正;若ΔC11-22为负,说明底面C沿角2与角4对角方向向角2倾斜,此时式(12)中为正,为负,反之为负,为正。
如图1和图9所示,侧面A、B、D、E在可检测范围内,测距点数据A11和A12、A21和A22、B11和B12、B21和B22、D11和D12、D21和D22、E11和E12、E21和E22可以分别确定对应侧面两个倾斜角度,有:
式中,LA11A12为第二激光位移传感器a11、a12测距起始点之间的距离,LA21A22为第二激光位移传感器a12、a22测距起始点之间的距离,LB11B12为激光位移传感器第二b11、b12测距起始点之间的距离,LB21B22为第二激光位移传感器b21、b22测距起始点之间的距离,LD11D12为第一激光位移传感器d11、d12测距起始点之间的距离,LD21D22为第一激光位移传感器d21、d22测距起始点之间的距离,LE11E12为第一激光位移传感器e11、e12测距起始点之间的距离,LE21E22为第一激光位移传感器e21、e22测距起始点之间的距离。
结合式(15)~(18),确定侧面A、B、D、E任意角度θA、θB、θD、θE有:
针对侧面A、B、D、E不满足垂直要求,需要将调整的角度范围与方向求出,规定如图9中坐标系箭头方向为正向,当侧面相对中立面偏向箭头方向时,θ为正,否则θ为负。正负符号的判断,采用侧面测距点两组数据差值ΔA、ΔB、ΔD、ΔE正负比较,有:
如10(a)、10(b)所示,ΔA′11和ΔA′21与ΔB′11和ΔB′21为侧面A与侧面B在满足与底面C垂直度要求时,侧面A、B上边缘相对各自中立面的最大垂直距离。SA11、SA21和SB11、SB21分别为侧面A与侧面B上端激光位移传感器测距起始点距离底面C的垂直距离,其确定有:
SA11=C11+LA11A12(SA21=C21+LA21A22) (21)
SB11=C12+LB11B12(SB21=C22+LB21B22) (22)
ΔA11、ΔA21与ΔB11、ΔB21分别为侧面A与侧面B上端激光位移传感器测距起始点相对各自中立面的倾斜最大垂直距离,其确定有:
分别判定夹具宽度测量数据KD_AB11、KD_AB12、KD_AB21、KD_AB22是否在[Wmin,Wmax]阈值范围内,满足要求后由式(25)确定输出夹具宽度值WK为:
如图11(a)、11(b)所示,ΔD′11和ΔD′21与ΔE′11和ΔE′21为侧面D与侧面E在满足与底面C垂直度要求时,侧面D、E上边缘相对各自中立面的最大垂直距离。SD11、SD21和SE11、SE21分别为侧面D与侧面E上端激光位移传感器距离底面C的垂直距离,其确定有:
SD11=C11+LD11D12(SD21=C12+LD21D22) (26)
SE11=C21+LE11E12(SE21=C22+LE21E22) (27)。
ΔD11、ΔD21与ΔE11、ΔE21分别为侧面D与侧面E上端激光位移传感器测距起始点相对各自中立面的倾斜最大垂直距离,其确定有:
分别判定夹具宽度测量数据GD_ED11、GD_ED12、GD_ED21、GD_ED22是否在[Hmin,Hmax]阈值范围内,满足要求后由式(30)确定输出夹具高度值HG为:
综上所述,本发明采用了20个激光位移传感器组装设计了夹具腔内测量装置,可实时获取夹具四个侧面与底面测距点距离信息,提高了通用性;本发明结合腔内自动测量装置实时测距点距离信息,经几何计算,方便准确得到发泡夹具平行度与垂直度调整过程中的指导参数;本发明结合垂直度与平行度的定义,设定板面垂直与平行阈值范围,使发泡夹具宽度与高度的准确计算输出得到保障。
Claims (9)
1.一种冰箱发泡夹具腔内自动检测装置,其特征在于:包括由前侧板、后侧板、左侧板、右侧板和底板围成的盒体,所述前侧板、后侧板、左侧板、右侧板和底板的板面分别与发泡夹具前侧板板面D、发泡夹具后侧板板面E、发泡夹具左侧板板面A、发泡夹具右侧板板面B和发泡夹具底板板面C平行,自动检测装置还包括主测量单元、辅测量单元和上位机,所述主测量单元包括第一微控制器和8个用于采集发泡夹具前侧板、发泡夹具后侧板的测距信息的第一激光位移传感器,其中4个第一激光位移传感器即d11、d12、d21、d22安装在前侧板上且围成一个矩形,另外4个第一激光位移传感器即e11、e12、e21、e22安装在后侧板上且围成一个矩形;所述辅测量单元包括第二微控制器和12个用于采集发泡夹具左侧板、发泡夹具右侧板、发泡夹具底板的测距信息的第二激光位移传感器,其中4个第二激光位移传感器即a11、a12、a21、a22安装在左侧板上且围成一个矩形,4个第二激光位移传感器即b11、b12、b21、b22安装在右侧板上且围成一个矩形,另外4个第二激光位移传感器即c11、c12、c21、c22安装在底板上且围成一个矩形;所述上位机与主测量单元之间双向通讯,主测量单元与辅测量单元之间双向通讯;
上述共20个激光位移传感器投射至发泡夹具各个板面上的点为测距点,其分布情况为位于发泡夹具左侧板板面A上的四个测距点A11、A12、A21、A22,位于发泡夹具右侧板板面B上的四个测距点B11、B12、B21、B22,位于发泡夹具底板板面C上的四个测距点C11、C12、C21、C22,位于发泡夹具前侧板板面D上的四个测距点D11、D12、D21、D22,位于发泡夹具后侧板板面E上的四个测距点E11、E12、E21、E22。
2.根据权利要求1所述的冰箱发泡夹具腔内自动检测装置,其特征在于:所述主测量单元还包括第一A/D转换器、第一传感器信号获取电路、数码管显示电路、第一电源电路和第一串行通讯电路,所述8个第一激光位移传感器的输出端通过第一传感器信号获取电路与第一微控制器的输入端相连,所述第一微控制器的输出端分别与数码管显示电路和第一A/D转换器的输入端相连,所述第一微控制器与第一串行通讯电路双向通讯,第一电源电路向第一微控制器、8个第一激光位移传感器供电;所述辅测量单元还包括第二A/D转换器、第二传感器信号获取电路、第二电源电路和第二串行通讯电路,所述12个第二激光位移传感器的输出端通过第二传感器信号获取电路与第二微控制器的输入端相连,所述第二微控制器的输出端与第二A/D转换器的输入端相连,所述第二微控制器与第二串行通讯电路双向通讯,第二电源电路向第二微控制器、12个第二激光位移传感器供电。
3.根据权利要求1所述的冰箱发泡夹具腔内自动检测装置,其特征在于:所述盒体上边沿设置安装部,盒体通过安装部安装在基准面O的下方,所述基准面O为发泡夹具的顶部。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的冰箱发泡夹具腔内自动检测装置的自动检测方法,其特征在于:该方法包括下列顺序的步骤:
(1)将自动检测装置吊装在基准面O上,计算发泡夹具底板板面C与基准面O之间的垂直距离,判定夹具底板板面C与基准面O是否满足平行要求;
(2)计算发泡夹具四个侧板板面与发泡夹具底板板面C之间夹角及垂直度,判定夹具前侧板板面D、夹具后侧板板面E、夹具左侧板板面A、夹具右侧板板面B与夹具底板板面C之间是否满足垂直要求;
(3)根据夹具左侧板板面A、夹具右侧板板面B测量信息计算夹具宽度值;
(4)根据夹具前侧板板面D、夹具后侧板板面E测量信息计算夹具高度值;
(5)判定夹具宽度值、夹具高度值是否满足冰箱生产要求。
5.根据权利要求4所述的冰箱发泡夹具腔内自动检测装置,其特征在于:所述步骤(1)具体包括以下步骤:
(1a)第二激光位移传感器c11、c12、c21、c22测量获得发泡夹具底板板面C上四个测距点数据分别为C11、C12、C21、C22,确定发泡夹具底板板面C的各边角点与基准面O的垂直距离满足的阈值范围为:
式中,C*为发泡夹具底板板面C四个边角点与基准面标准平行时满足的垂直距离,所述边角点即角点,为底板各角点满足冰箱规格要求时的误差范围,n=11,12,21,22;所述测距点数据是指激光位移传感器测得的激光位移传感器测距起始点至测距点之间的间距;由于激光位移传感器前端存在测量盲区,因此,激光位移传感器测距起始点是指激光位移传感器前端越过盲区后的直线距离的第一个点;
其中,为发泡夹具底板板面C四个测距点距离基准面O之间垂直距离,为测距点距离标准平行底面的垂直距离;所述标准平行底面是指夹具底板C与基准面O无任何误差的理想状态,即底板各角点距离基准面均满足冰箱厂家给出的指定深度要求;
6.根据权利要求4所述的冰箱发泡夹具腔内自动检测装置,其特征在于:所述步骤(2)中具体包括以下步骤:
(2a)第二激光位移传感器a11、a12、a21、a22、b11、b12、b21、b22,第一激光位移传感器d11、d12、d21、d22、e11、e12、e21、e22测量获得发泡夹具四个侧板板面上测距点数据分别为A11、A12、A21、A22,B11、B12、B21、B22,D11、D12、D21、D22,E11、E12、E21、E22,确定满足要求垂直度公差时,发泡夹具四个侧板板面相对中立面左右倾斜的最大角度值θCZN为:
式中,ΔN′11为发泡夹具四个侧板板面A、B、D、E即侧面A、B、D、E在满足与发泡夹具底板板面C即底面C垂直度要求时,侧板板面的上边缘相对中立面的最大垂直距离,ΔN′11的数值大小为冰箱所要求各侧面垂直度公差的一半;S*为侧面与底面标准垂直时,侧面的标准深度;N代表A、B、D、E;
每个侧板板面与底板板面C相连的部分为侧板板面的下边缘,与其相对立的靠近基准面O的侧板板面的边缘称为上边缘;
处于中间位置状态的侧板板面与底板板面C垂直,此时的侧板板面的状态称为中立面;
(2b)侧面倾角计算,侧面A、B、D、E在可检测范围内,分别由步骤(2a)获得侧面A、B、D、E的四个测距点数据,则侧面A、B、D、E倾斜时,其任意角度θN为:
式中,θN1与θN2分别为测距点数据N11和N12、N21和N22确定的侧面倾斜角度,θN1与θN2有:
LN11N12为N11和N12测距起始点之间的距离,LN21N22为N21和N22测距起始点之间的距离;
(2c)侧面倾角与垂直度最大倾角范围比较,将θA、θB、θD、θE分别与θCZA、θCZB、θCZD、θCZE进行值大小的比较,若θA、θB、θD、θE值小于θCZA、θCZB、θCZD、θCZE,则判定侧面A、B、D、E垂直于底面C,否则判定侧面A、B、D、E不满足垂直要求,将调整的角度范围与方向求出。
7.根据权利要求4所述的冰箱发泡夹具腔内自动检测装置,其特征在于:所述步骤(3)中具体包括以下步骤:
(3a)确定满足要求的夹具宽度阈值,所测发泡夹具宽度值满足的合理阈值范围为[Wmin,Wmax],Wmin与Wmax的计算公式分别为:
式中,W*为满足冰箱标准规格要求时,发泡夹具侧面A、B形成的标准宽度值;ΔA11、ΔA21与ΔB11、ΔB21分别为发泡夹具侧面A与侧面B上边缘的激光位移传感器测距起始点相对各自中立面的倾斜最大垂直距离;
(3b)发泡夹具宽度测量值计算,获得测距点数据A11、A12、A21、A22,B11、B12、B21、B22,与标定获得的腔内自动检测装置架宽数据JK_ABn,得到发泡夹具宽度测量数据KD_ABn为:
KD_ABn=An+Bn+JK_ABn
式中,n=11,12,21,22;
An指测距点数据A11、A12、A21、A22;
Bn指测距点数据B11、B12、B21、B22;
(3c)判定发泡夹具宽度测量值与阈值范围大小并输出,分别判定发泡夹具宽度测量数据KD_AB11、KD_AB12、KD_AB21、KD_AB22是否在[Wmin,Wmax]阈值范围内,满足要求后由下式确定输出发泡夹具宽度值WK为:
式中,KD_AB11为测距点数据A11、测距点数据B11、自动检测装置先验架宽JK_AB11的三者之和;所述自动检测装置先验架宽JK_AB11是指从自动检测装置***的左右两个侧面上测得的第二激光位移传感器a11、b11之间的间距;
KD_AB12为测距点数据A12、测距点数据B12、自动检测装置先验架宽JK_AB12的三者之和;所述自动检测装置先验架宽JK_AB12是指从自动检测装置***的左右两个侧面上测得的第二激光位移传感器a12、b12之间的间距;
KD_AB21为测距点数据A21、测距点数据B21、自动检测装置先验架宽JK_AB21的三者之和;所述自动检测装置先验架宽JK_AB21是指从自动检测装置***的左右两个侧面上测得的第二激光位移传感器a21、b21之间的间距;
KD_AB22为测距点数据A22、测距点数据B22、自动检测装置先验架宽JK_AB22的三者之和;所述自动检测装置先验架宽JK_AB22是指从自动检测装置***的左右两个侧面上测得的第二激光位移传感器a22、b22之间的间距。
8.根据权利要求4所述的冰箱发泡夹具腔内自动检测装置,其特征在于:所述步骤(4)中具体包括以下步骤:
(4a)确定满足要求发泡夹具高度阈值,所测高度值应满足的合理阈值范围为[Hmin,Hmax],Hmin与Hmax的计算公式分别为:
式中,H*为满足冰箱标准规格要求时,发泡夹具侧面D、E形成的标准高度值;ΔD11、ΔD21与ΔE11、ΔE21分别为侧面D与侧面E上边缘的激光位移传感器测距起始点相对各自中立面的倾斜最大垂直距离;
(4b)夹具高度测量值计算,侧面D与侧面E在腔内自动检测装置可检测范围内,获得测距点数据D11、D12、D21、D22,E11、E12、E21、E22,与标定获得的腔内自动检测装置架高数据JG_EDn,得到发泡夹具宽度测量数据GD_EDn为:
GD_EDn=Dn+En+JG_EDn
式中,n=11,12,21,22;
Dn为第一激光位移传感器d11、d12、d21、d22测得的测距点数据D11、D12、D21、D22;
En为第一激光位移传感器e11、e12、e21、e22测得的测距点数据E11、E12、E21、E22;
(4c)判定发泡夹具高度测量值与阈值范围大小并输出,分别判定夹具高度测量数据GD_ED11、GD_ED12、GD_ED21、GD_ED22是否在[Hmin,Hmax]阈值范围内,满足要求后由式确定输出发泡夹具高度值HG为:
式中,GD_ED11为测距点数据E11、测距点数据D11、自动检测装置先验架高JG_ED11的三者之和;所述自动检测装置先验架高JG_ED11是指从自动检测装置***的前后两个侧面上测得的第一激光位移传感器d11、e11之间的间距;
GD_ED12为测距点数据E12、测距点数据D12、自动检测装置先验架高JG_ED12的三者之和;所述自动检测装置先验架高JG_ED12是指从自动检测装置***的前后两个侧面上测得的第一激光位移传感器d12、e12之间的间距;
GD_ED21为测距点数据E21、测距点数据D21、自动检测装置先验架高JG_ED21的三者之和;所述自动检测装置先验架高JG_ED21是指从自动检测装置***的前后两个侧面上测得的第一激光位移传感器d21、e21之间的间距;
GD_ED22为测距点数据E22、测距点数据D22、自动检测装置先验架高JG_ED22的三者之和;所述自动检测装置先验架高JG_ED22是指从自动检测装置***的前后两个侧面上测得的第一激光位移传感器d22、e22之间的间距。
9.根据权利要求4所述的冰箱发泡夹具腔内自动检测装置,其特征在于:所述步骤(5)具体是指:在上位机上根据冰箱厂家生产需求,预先输入冰箱标准宽度值、高度值进行存储,与测量计算输出的宽度值、高度值进行比对,最后在上位机上判定显示所测量宽度值、高度值是否满足要求。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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