CN105387817A - 快速检测圆柱类外圆形状尺寸参数的装置 - Google Patents

快速检测圆柱类外圆形状尺寸参数的装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开的一种快速检测圆柱类外圆形状尺寸参数的装置，旨在提供一种结构简单、测量效率高，能够提高测量精度的快速检测装置。本发明通过下述技术方案予以实现：在夹持被测工件(2)的上方，设有镜头正对夹持被测工件的CCD摄像机5，CCD摄像机5采集在伺服电机驱动下旋转的夹持被测工件的图像，将采集到的每个槽的分度位置尺寸转换为数字信号传输到固定在伺服电机主轴上的圆光栅4上，获得被测工件运动物体的角位移，线阵光敏管通过读数头装置送入计算机图像处理软件***计算出每个槽的位置尺寸，显示并打印出被测工件的分度槽的槽宽尺寸、槽的位置度及垂直度参数。本发明解决了人为测量误差对测试结果大影响，测量效率低等缺点。

Description

快速检测圆柱类外圆形状尺寸参数的装置
技术领域
本发明涉及一种快速检测圆柱类外圆形状尺寸参数的装置，特别是机械加工中，在圆柱类零件外圆上加个多个分度槽的槽宽尺寸、槽的位置度及垂直度的快速检测装置。
背景技术
圆柱类外圆形状包含尺寸参数要素的零件很多,其结构形状各异,设计上提出的同轴度误差要求也不同。机械加工中的检测技术根据其方式不同可分为在线检测、加工间检测和加工后检测。机械加工中的检测项目主要包括:工件的尺寸、形状和表面粗糙度。在机械加工领域阀套、阀芯是机械加工制造及检测中常见的一种结构类型，属于加工难度大，品种与数量多圆柱类零件。圆柱类零件阀套、阀芯在试制、批产中，外圆上加个多个分度槽的槽宽尺寸、槽的位置度及垂直度，被测要素涉及形状公差—直线度、平面度、圆度、圆柱度形状或位置公差—线轮廓度、面轮廓度定向位置公差—平行度、垂直度、倾斜度定位位置公差—同轴度、对称度、位置度跳动—径向、斜向、端面圆跳动，径向、端面全跳动中的各种参数。由于圆柱类外圆形状被测参数的变化受空间的限制,在测量过程中要求每次测量接触点都在圆柱面的外圆直径最高点,不允许出现偏离。位置公差与形状公差、零件被测要素的实际位置、方向总是和它的实际形状紧密联系在一起的。为了操作方便起见，不论用综合量规检验还是用指示式量仪测量，一般都直接在被测量要素的轮廓表面进行。所以位置误差是实际位置和实际形状所产生的综合效果，即测得的位置误差中包含了形状误差。一直以来，现有技术为了解决这些问题，都是在普通的万能工具显微镜上对阀套、阀芯参数进行测量，采用人工瞄准、读数、计算。这种方式的不足之处在于测量人员工作量大，人为测量误差对测试结果有较大影响，测量效率低等缺点，而且，加工出的产品一次装配合格率很低，互换性差，为了解决产品加工与测量瓶颈，为此，提出一种关于阀芯、阀套参数自动检测装置。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的不足之处，提供一种结构简单、测量效率高，能够提高外圆上加个多个分度槽圆柱类零件槽宽尺寸、槽的位置度及垂直度测量精度的快速检测装置。
本发明解决其问题所采用的技术方案是：一种快速检测圆柱类外圆形状尺寸参数的装置，包括：固定在工作平台上的伺服电机支架、相向对称伺服电机顶尖，同轴线夹持被测工件2的顶尖支座，其特征在于：在夹持被测工件2的上方，设有镜头正对夹持被测工件2的CCD摄像机5，CCD摄像机5采集在伺服电机驱动下旋转的夹持被测工件2的图像，将采集到的每个槽的分度位置尺寸传输到固联在伺服电机主轴上的圆光栅4上，自动调相光学参考零位，圆光栅4光源经过光路***变为平行光,投射在圆光栅4指示光栅的动栅和标尺光栅的定栅上；测量时，伺服电机主轴旋转带动动栅一起旋转，透过的光线形成莫尔条纹，线阵光敏管检测到透射过来的光信号，输出近似正弦电压信号，该信号经过放大、整形、微分电路后形成脉冲信号，计量工作过程中总的脉冲数，获得被测工件2运动物体的角位移，线阵光敏管通过读数头装置送入计算机图像处理软件***计算出每个槽的位置尺寸，显示并打印出被测工件2的分度槽的槽宽尺寸、槽的位置度及垂直度参数。
本发明相比于现有技术具有如下有益效果，
本发明针对阀芯阀套、圆柱类零件外圆上加个多个分度槽的槽宽尺寸、槽的位置度及垂直度，采用当前先进的CCD摄像技术，通过计算机高精度旋转测控，圆光栅自动计量角度，计算机图像处理技术，结合被测工件类型和待处理的误差类型，自动进行数据处理技术，快速检测圆柱类零件外圆上加个多个分度槽的槽宽尺寸、槽的位置度及垂直度，提高了测量精度和测量效率。采用伺服电机运动物体旋转带动动栅一起旋转，而定栅不动的普通机械结构，将尺寸的变化转换为电感量的变化，无传动误差，完成阀芯阀套参数的自动检测，结构简单，测量装置始终测量着工件的尺寸，并将其尺寸变化量随时传递给计算机图像处理软件，再由计算机图像处理软件发出信号，显示出被测工件2的分度槽的槽宽尺寸、槽的位置度及垂直度参数。由于它能使操作人员无需停机就能测量工件，能快速、准确地对工件测量，减少了劳动强度，提高了生产效率，降低了废品率，同时加工出的工件尺寸一致性较高，解决了人为测量误差对测试结果大影响，测量效率低等缺点，而且，加工出的产品一次装配合格率高。
测量精度高。本发明采用的数字式圆光栅角度***：分辨力为1秒；径向跳动≤1.3μm；整个测量***精度优于±10秒。高精度CCD5瞄准精度：五次测量重复性误差≤1μm。用被测工件，五次测量重复性误差≤2μm。使用本发明快速检测装置有助于圆柱类零件外圆形状尺寸参数同轴度误差的检测速度和精度的提高。
附图说明
图1是阀芯、阀套参数自动检测装置原理图
图中：1工作平台、2被测工件、3伺服电机支架、4高精度圆光栅、5CCD摄像机、6Z向调节旋钮、7Y向调节旋钮、8防干扰罩、9电机驱动箱、10圆光栅指示器、11亮度控制箱、12计算机、13前轴系顶尖，14打印机，15顶尖支座。
具体实施方式
参阅图1。在以下描述的实施例中，快速检测圆柱类外圆形状尺寸参数的装置，包括：固定在工作平台上的伺服电机支架、相向对称伺服电机顶尖，同轴线夹持带拨叉的被测工件2的顶尖支座。被测工件2与圆光栅4采用刚性连接。将阀芯或阀套安装在拨套上，同时带拨叉的被测工件2的另一端顶在高精度前轴系顶尖13上，将拨套上的拨杆放入拨叉内，拨叉在高精度圆光栅4顶尖上，伺服电机设置在电机驱动箱9内，盖好防干扰罩8。转动手轮使尾顶尖到达合适位置，使用手动档操作初步瞄准，再用自动挡开始测量。前轴系顶尖13与高精度圆光栅4中心调整在1.3μm内，CCD5固定在工作平台1的立柱上，镜头向下垂直度在1.0μm内，由于CCD摄像机带同轴光源，同轴光源发出的光照射在零件表面时，在外圆上为白色，在槽底为黑色，这样当透过的光线形成莫尔条纹时CCD摄像机就能精确采集到零件槽的边缘，同时，圆光栅4采集这时的角度尺寸、计算机自编的软件把采集的第1个槽的尺寸位置记录下来，同理，在零件转动到第二个槽的位置时，计算机自编的软件把采集的第2个槽的尺寸位置记录下来，以此类推计算出所有槽的位置尺寸，最终综合计算得到图纸要求测量的尺寸及位置度。
CCD摄像机5设置在夹持被测工件2的上方，CCD摄像机5镜头正对夹持被测工件2的旋转面。启动图像测量软件界面，接通电源后，打开亮度控制箱11，调节Z向调节旋钮6使Y向调节旋钮7上的白线对齐红线，打开光栅电箱开关，打开驱动电箱，换到自动档(如果不是在自动挡，则自动测量无效)，此时，带拨叉的被测工件2在伺服电机3的驱动下旋转，圆光栅指示器10(主要显示圆光栅的实际位置角度)及高精度CCD摄像机5采集每个槽的分度位置尺寸，通过高精度圆光栅4计算出每个槽的位置尺寸，从而得到分度槽的槽宽尺寸、槽的位置度及垂直度。
被测工件2在伺服电机3的驱动下旋转，高精度CCD5采集每个槽的分度位置尺寸，CCD摄像机5采集在伺服电机驱动下旋转的夹持被测工件2的图像，将采集到的每个槽的分度位置尺寸传输到固联在伺服电机主轴上的圆光栅4上，自动调相光学参考零位，圆光栅4光源经过光路***变为平行光,投射在圆光栅4指示光栅的动栅和标尺光栅的定栅上；测量时，伺服电机主轴旋转带动动栅一起旋转，透过的光线形成莫尔条纹，线阵光敏管检测到透射过来的光信号，输出近似正弦电压信号，该信号经过放大、整形、微分电路后形成脉冲信号，计量工作过程中总的脉冲数，获得被测工件2运动物体的角位移，线阵光敏管通过读数头装置送入计算机12图像处理软件***计算出每个槽的位置尺寸，可以按需要打印出工件测量结果。显示并通过打印机14打印出被测工件2的分度槽的槽宽尺寸、槽的位置度及垂直度参数。通过这套***加上自编软件可以用于外圆直径φ50mm≤的圆柱零件测量。
光栅是利用光的透射、衍射现象制成的光电检测元件，它主要由标尺光栅和光栅读数头两部分组成。通常，标尺光栅固定在机床的活动部件上(如工作台或丝杠)，光栅读数头安装在机床的固定部件上(如机床底座)，二者随着工作台的移动而相对移动。在光栅读数头中，安装着一个指示光栅，当光栅读数头相对于标尺光栅移动时，指示光栅便在标尺光栅上移动。

Claims (5)

1.一种快速检测圆柱类外圆形状尺寸参数的装置，包括：固定在工作平台上的伺服电机支架、相向对称伺服电机顶尖，同轴线夹持被测工件(2)的顶尖支座，其特征在于：在夹持被测工件(2)的上方，设有镜头正对夹持被测工件(2)的CCD摄像机(5)，CCD摄像机(5)采集在伺服电机驱动下旋转的夹持被测工件(2)的图像，将采集到的每个槽的角度位置尺寸转换为数字信号传输到固联在伺服电机主轴上的圆光栅(4)上，自动调相光学参考零位，圆光栅(4)光源经过光路***变为平行光,投射在圆光栅(4)指示光栅的动栅和标尺光栅的定栅上；测量时，伺服电机主轴旋转带动动栅一起旋转，透过的光线形成莫尔条纹，线阵光敏管检测到透射过来的光信号，输出近似正弦电压信号，该信号经过放大、整形、微分电路后形成脉冲信号，计量工作过程中总的脉冲数，获得被测工件(2)运动物体的角位移，线阵光敏管通过读数头装置送入计算机图像处理软件***,计算出每个槽的位置尺寸，显示并打印出被测工件(2)的分度槽的槽宽尺寸、槽的位置度及垂直度参数。
2.如权利要求1所述的快速检测圆柱类外圆形状尺寸参数的装置，其特征在于：被测工件(2)与圆光栅(4)采用刚性连接。
3.如权利要求1所述的快速检测圆柱类外圆形状尺寸参数的装置，其特征在于：阀芯或阀套安装在拨套上，同时带拨叉的被测工件(2)的另一端顶在高精度前轴系顶尖(13)上，将拨套上的拨杆放入拨叉内，拨叉在高精度圆光栅(4)顶尖上，伺服电机设置在电机驱动箱(9)内。
4.如权利要求1所述的快速检测圆柱类外圆形状尺寸参数的装置，其特征在于：前轴系顶尖(13)与圆光栅(4)中心在1.3μm内。
5.如权利要求1所述的快速检测圆柱类外圆形状尺寸参数的装置，其特征在于：CCD5固定在工作平台(1)的立柱上，镜头向下垂直度在1.0μm内。
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