CN109341552A - 一种管状构件两维自动激光测厚装置、***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种管状构件两维自动激光测厚装置、***及方法，其中，该测厚装置包括：底座、水平运动滑轨、水平运动滑台、长距离支撑上悬臂、长距离支撑下悬臂、第一激光位移传感器、第二激光位移传感器和旋转卡盘支撑结构。测厚***，包括：运动控制模块、数据采集模块、数据重构模块、显示模块、工作流程模块和前述装置。测厚方法，包括步骤：将待检测对象固定；启动装置使待检测对象旋转，同时水平运动滑台沿水平运动滑轨向装置另一端移动；激光位移传感器对向发射激光完成整个管状结构的厚度测量；显示模块显示测量结果及分析结果。本发明有效避免了由于行程过长导致的激光传感器间距离变化，从而有效减小了厚度测量误差，提高了测厚精度。
Description
技术领域
本发明涉及激光位移测量和自动控制技术，尤其涉及一种管状构件两维自动激光测厚装置、***及方法。
背景技术
麦特达因(苏州)汽车部件有限公司公开了“一种在线激光测厚装置”实用新型专利，国别：中国，公开号：CN201720861968.2，公开日期2018年1月30日，目前已授权。该实用新型将两个激光传感器固定，移动待测量构件实现不同位置的厚度测量。由于大型管状构建体积大、重量重，很难实现匀速水平运动，因此，该方案不能应用于长管构件的厚度测量。
上海凯多机电设备有限公司公开了“一种激光测厚装置”实用新型专利，国别：中国，公开号：CN201720861968.2，公开日期2018年1月30日，目前已授权。其在所设计的C型架结构上加装两个激光位移传感器，通过C型架的移动对检测对象厚度进行测量。但是由于C型架臂长较短，只能测量较小的长度范围或较窄的平面构件，无法满足管状构件长距离测厚的要求；如果增长C型架上激光位移传感器的支撑臂，又会导致C型架在行进过程中的直线度和两臂间距离变化，导致较大的测量误差。同时，由于未实现机电***的联动控制，无法进行两维测厚成像。
江门市旭德电机有限公司公开了“一种防震性能良好的激光测厚装置”实用新型专利，国别：中国，公开号：CN201721262347.9，公开日期2018年5月29日，目前已授权。该实用新型通过在激光装置的两侧设置用于防止电机芯片震动的入口固定装置组和出口固定装置组来防止电机芯片发生震动，避免因为电机芯片震动对激光测厚装置的测量产生不良影响。但该装置只适用于激光传感器支撑臂较短的情况，当对管状构件进行长距离测量时，需要增长激光传感器支撑臂的长度，在运动过程中两个激光传感器间距将出现变化，影响检测结果。
发明内容
本发明的目的在于针对工业应用中对长距离管状构件的高精度厚度测量的需求，设计一种高精度激光测厚装置，实现2m～5m长度范围、外径200mm～500mm管状构件的厚度测量，厚度测量精度达到±0.1mm。
为达到上述目的，第一方面，一种管状构件两维自动激光测厚装置，包括：底座、水平运动滑轨、水平运动滑台、长距离支撑上悬臂、长距离支撑下悬臂、第一激光位移传感器、第二激光位移传感器和旋转卡盘支撑结构；其中，
底座承载其余各部件，底座长度为待检测对象长度2倍以上；
水平运动滑轨安装在底座的一端，长度为底座长度的一半；
水平运动滑台设置在水平运动滑轨上；
长距离支撑上悬臂和长距离支撑下悬臂的一端分别装置在水平运动滑台上，并保证长距离支撑上悬臂和长距离支撑下悬臂平行；另一端悬空；
第一激光位移传感器安装在长距离支撑上悬臂的悬空端；第二激光位移传感器安装在长距离支撑下悬臂的悬空端；
旋转卡盘支撑结构安装在底座的另一端。
优选地，旋转卡盘支撑结构包括：三爪卡盘、支撑子机构和旋转子机构。
优选地，长距离支撑上悬臂采用两极圆筒状结构设计，固定端φ100㎜，悬空端φ50㎜。
优选地，还包括：交流电机、步进电机和多个限位开关；其中，
交流电机与旋转卡盘支撑结构的旋转子机构相连；
步进电机与水平运动滑台相连；
限位开关设置于水平运动滑轨上(交底书记载“水平运动滑轨接近两端位置布置限位开关”不是很懂)。
优选地，还包括：下悬臂滑轨；下悬臂滑轨用于固定长距离支撑下悬臂。
优选地，还包括：待检测对象支撑台和支撑台滑轨；支撑台滑轨安装在位于底座上旋转卡盘支撑结构的一端，支撑台滑轨上架设待检测对象支撑台。
第二方面，一种管状构件两维自动激光测厚***，包括：运动控制模块、数据采集模块、显示模块、工作流程模块和第一方面的测厚装置；其中，
运动控制模块用于控制交流电机、步进电机和多个限位开关；
数据采集模块用于对第一激光位移传感器和第二激光位移传感器的激光发射频率、输出电压和移动距离等数据进行初始化、采集、读取或存储；
显示模块用于用户输入指令和测量结果显示；
工作流程模块用于根据用户指令依序调用装置内各模块协同工作。
优选地，还包括：数据重构模块和数据管理模块；其中，
数据重构模块用于按照测量数据与实际测量位置的关系对测量数据进行重构得到测量数据结果，并使测量数据结果与实际测量位置相对应；数据重构模块还用于根据校准试样的测量结果和校准试样的参照参数对装置的第一激光位移传感器和第二激光位移传感器的位置和相距距离进行自动补偿。
其中，测量数据结果包括：单点数值、一维波形和二维图像。
数据管理模块用于将数据自动进行命名和存储，用户可以根据测量时间和测量型号等信息将数据再次载入，进行数据的追溯和复查。
第三方面，一种管状构件两维自动激光测厚方法，应用于第二方面的测厚***，包括步骤：
将待检测对象固定于旋转卡盘支撑结构上和待检测对象支撑台上；
启动装置使待检测对象旋转，同时水平运动滑台沿水平运动滑轨向装置另一端移动；
长距离支撑上悬臂进入待检测对象管内，长距离支撑下悬臂位于待检测对象管外；
第一激光位移传感器和第二激光位移传感器对向发射激光，从待检测对象的一端运动到另一端完成整个管状结构的厚度测量；
显示模块显示测量结果及分析结果。
优选地，在进行测量之前进行装置校准，包括步骤：
将标准厚度校准板固定于长距离支撑下悬臂上的第二激光位移传感器上方；
启动装置使水平运动滑台沿水平运动滑轨向装置另一端移动；
第一激光位移传感器和第二激光位移传感器对向发射激光，标准厚度校准板位于激光光路上；
显示模块显示测量结果和标准厚度校准板的参照参数；
数据重构模块根据测量结果和标准厚度校准板的参照参数对装置的第一激光位移传感器和第二激光位移传感器的位置和相距距离进行自动补偿。
本发明的优点在于：对于激光传感器支撑臂结构进行特殊设计，靠下的支撑臂紧贴底座表面，由底座提供支撑；靠上的支撑臂一端悬空，采用Φ100mm、Φ50mm的两极圆筒状结构设计，保证其刚性同时减小支撑臂自身重量，有效增加了支撑臂长度，提高了支撑臂的稳定性，满足了长距离管状构件的测厚需求；通过水平方向全行程的激光传感器间的距离校准，有效避免了由于行程过长导致的激光传感器间距离变化，从而有效减小了厚度测量误差，提高了测厚精度。经测试，本装置能够达到厚度测量精度±0.1mm的要求。
附图说明
为了更清楚说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的一种管状构件两维自动激光测厚装置三维视图；
图2为本发明实施例的一种管状构件两维自动激光测厚装置侧视图；
图3为本发明实施例的一种管状构件两维自动激光测厚***框图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为为本发明实施例的一种管状构件两维自动激光测厚装置三维视图；图2为本发明实施例的一种管状构件两维自动激光测厚装置侧视图。如图1、图2所示，测厚装置包括：底座1、水平运动滑轨2、水平运动滑台3、长距离支撑上悬臂4、长距离支撑下悬臂5、第一激光位移传感器、第二激光位移传感器、旋转卡盘支撑结构6、下悬臂滑轨7、待检测对象支撑台8和支撑台滑轨9。其中，
底座1承载其余各部件，底座1长度为待检测对象长度2倍以上。
水平运动滑轨2安装在底座1的一端，长度为底座1长度的一半。
水平运动滑台3设置在水平运动滑轨2上。
长距离支撑上悬臂4和长距离支撑下悬臂5的一端分别装置在水平运动滑台3上，并保证长距离支撑上悬臂4和长距离支撑下悬臂5平行；另一端悬空。
下悬臂滑轨7用于固定长距离支撑下悬臂5。
第一激光位移传感器安装在长距离支撑上悬臂的悬空端；第二激光位移传感器安装在长距离支撑下悬臂的悬空端。
旋转卡盘支撑结构6安装在底座1的另一端。
支撑台滑轨9安装在位于底座1上旋转卡盘支撑结构6的一端，支撑台滑轨9上架设待检测对象支撑台8。
优选地，旋转卡盘支撑结构6包括：三爪卡盘、支撑子机构和旋转子机构。
优选地，长距离支撑上悬臂4采用两极圆筒状结构设计，固定端φ100㎜，悬空端φ50㎜。
优选地，还包括：交流电机、步进电机和多个限位开关；其中，
交流电机与旋转卡盘支撑结构6的旋转子机构相连；
步进电机与水平运动滑台3相连；
限位开关设置于水平运动滑轨2上(交底书记载“水平运动滑轨接近两端位置布置限位开关”不是很懂)。
图3为本发明实施例的一种管状构件两维自动激光测厚***框图。如图3所示，测厚***包括：运动控制模块、数据采集模块、显示模块、工作流程模块、数据重构模块、数据管理模块和图1、图2所示的测厚装置。其中，
运动控制模块用于控制交流电机、步进电机和多个限位开关。
数据采集模块用于对第一激光位移传感器和第二激光位移传感器的激光发射频率、输出电压和移动距离等数据进行初始化、采集、读取或存储。
显示模块用于用户输入指令和测量结果显示。
工作流程模块用于根据用户指令依序调用装置内各模块协同工作。
数据重构模块用于按照测量数据与实际测量位置的关系对测量数据进行重构得到测量数据结果，并使测量数据结果与实际测量位置相对应；数据重构模块还用于根据校准试样的测量结果和校准试样的参照参数对装置的第一激光位移传感器和第二激光位移传感器的位置和相距距离进行自动补偿。
其中，测量数据结果包括：单点数值、一维波形和二维图像。
数据管理模块用于将数据自动进行命名和存储，用户可以根据测量时间和测量型号等信息将数据再次载入，进行数据的追溯和复查。
在一个具体实施例中，通过下列步骤完成管状构件两维自动激光测厚。
将标准厚度校准板固定于长距离支撑下悬臂5上的第二激光位移传感器上方。
启动装置，用户通过显示模块下达校准指令。
工作流程模块根据预设校准指令依次启动运动控制模块、数据采集模块、数据重构模块和数据管理模块。其中，
运动控制模块控制步进电机使水平运动滑台3沿水平运动滑轨2向装置另一端移动。
数据采集模块控制第一激光位移传感器和第二激光位移传感器对向发射激光，标准厚度校准板位于激光光路上，在标准厚度校准板运动到另一端的过程中对其位移数据进行数据采集；
显示模块显示测量结果和标准厚度校准板的参照参数。
数据重构模块根据测量结果和标准厚度校准板的参照参数对装置的第一激光位移传感器和第二激光位移传感器的位置和相距距离进行自动补偿。
调整装置，将待检测对象固定于旋转卡盘支撑结构6上和待检测对象支撑台8上。
优选地，根据待检测对象的长度和外径的不同，可以认为的调整待检测对象支撑台8以及待检测对象支撑台8在支撑台滑轨9上的位置，以满足最优的测量要求。
启动装置，用户通过显示模块下达测量指令。
工作流程模块根据预设测量指令依次启动运动控制模块、数据采集模块、数据重构模块和数据管理模块。其中，
运动控制模块控制交流电机通过旋转子机构6使待检测对象旋转，同时控制步进电机使水平运动滑台3沿水平运动滑轨2向装置另一端移动。
长距离支撑上悬臂4进入待检测对象管内，长距离支撑下悬臂5位于待检测对象管外；
数据采集模块控制第一激光位移传感器和第二激光位移传感器对向发射激光，在从待检测对象的一端运动到另一端的过程中对整个管状结构的厚度进行数据采集。
显示模块显示测量结果及分析结果。
具体地，测试结果及分析结果包括：单点数值、一维波形和二维图像。
本发明提供了一种管状构件两维自动激光测厚装置、***及方法，对于激光传感器支撑臂结构进行特殊设计，靠下的支撑臂紧贴底座表面，由底座提供支撑；靠上的支撑臂一端悬空，采用Φ100mm、Φ50mm的两极圆筒状结构设计，保证其刚性同时减小支撑臂自身重量，有效增加了支撑臂长度，提高了支撑臂的稳定性，满足了长距离管状构件的测厚需求。
通过水平方向全行程的激光传感器间的距离校准，有效避免了由于行程过长导致的激光传感器间距离变化，从而有效减小了厚度测量误差，提高了测厚精度。经测试，本装置能够达到厚度测量精度±0.1mm的要求。
以上的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (12)
1.一种管状构件两维自动激光测厚装置，其特征在于，包括：底座、水平运动滑轨、水平运动滑台、长距离支撑上悬臂、长距离支撑下悬臂、第一激光位移传感器、第二激光位移传感器和旋转卡盘支撑结构；其中，
所述底座承载其余各部件，底座长度为待检测对象长度2倍以上；
所述水平运动滑轨安装在底座的一端，长度为所述底座长度的一半；
所述水平运动滑台设置在所述水平运动滑轨上；
所述长距离支撑上悬臂和长距离支撑下悬臂的一端分别装置在所述水平运动滑台上，并保证所述长距离支撑上悬臂和长距离支撑下悬臂平行；另一端悬空；
所述第一激光位移传感器安装在所述长距离支撑上悬臂的悬空端；所述第二激光位移传感器安装在所述长距离支撑下悬臂的悬空端；
所述旋转卡盘支撑结构安装在底座的另一端。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述旋转卡盘支撑结构包括：三爪卡盘、支撑子机构和旋转子机构。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述长距离支撑上悬臂采用两极圆筒状结构设计，固定端φ100㎜，悬空端φ50㎜。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：交流电机、步进电机和多个限位开关；其中，
所述交流电机与所述旋转卡盘支撑结构的旋转子机构相连；
所述步进电机与所述水平运动滑台相连；
所述限位开关设置于所述水平运动滑轨上。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：下悬臂滑轨；所述下悬臂滑轨用于固定所述长距离支撑下悬臂。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：待检测对象支撑台和支撑台滑轨；所述支撑台滑轨安装在位于所述底座上旋转卡盘支撑结构的一端，所述支撑台滑轨上架设待检测对象支撑台。
7.一种管状构件两维自动激光测厚***，其特征在于，包括：运动控制模块、数据采集模块、显示模块、工作流程模块和权利要求1-6中任一权利要求所述的装置；其中，
所述运动控制模块用于控制所述交流电机、步进电机和多个限位开关；
所述数据采集模块用于对所述第一激光位移传感器和第二激光位移传感器的激光发射频率、输出电压和移动距离等数据进行初始化、采集、读取或存储；
所述显示模块用于用户输入指令和测量结果显示；
所述工作流程模块用于根据用户指令依序调用装置内各模块协同工作。
8.根据权利要求7所述的***，其特征在于，还包括：数据重构模块和数据管理模块；其中，
所述数据重构模块用于按照测量数据与实际测量位置的关系对测量数据进行重构得到测量数据结果，并使测量数据结果与实际测量位置相对应；
所述数据管理模块用于将数据自动进行命名和存储，用户可以根据测量时间和测量型号等信息将数据再次载入，进行数据的追溯和复查。
9.根据权利要求8所述的***，其特征在于，所述数据重构模块还用于：
根据校准试样的测量结果和校准试样的参照参数对装置的第一激光位移传感器和第二激光位移传感器的位置和相距距离进行自动补偿。
10.根据权利要求8所述的***，其特征在于，所述测量数据结果包括：单点数值、一维波形和二维图像。
11.一种管状构件两维自动激光测厚方法，应用于如权利要求7-10任一权利要求所述的***中，其特征在于，包括步骤：
将待检测对象固定于旋转卡盘支撑结构上和待检测对象支撑台上；
启动装置使所述待检测对象旋转，同时所述水平运动滑台沿水平运动滑轨向装置另一端移动；
所述长距离支撑上悬臂进入所述待检测对象管内，所述长距离支撑下悬臂位于所述待检测对象管外；
所述第一激光位移传感器和第二激光位移传感器对向发射激光，从所述待检测对象的一端运动到另一端完成整个管状结构的厚度测量；
所述显示模块显示测量结果及分析结果。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在进行测量之前进行装置校准，包括步骤：
将标准厚度校准板固定于长距离支撑下悬臂上的第二激光位移传感器上方；
启动装置使所述水平运动滑台沿水平运动滑轨向装置另一端移动；
所述第一激光位移传感器和第二激光位移传感器对向发射激光，所述标准厚度校准板位于所述激光光路上；
所述显示模块显示测量结果和所述标准厚度校准板的参照参数；
数据重构模块根据所述测量结果和所述标准厚度校准板的参照参数对装置的第一激光位移传感器和第二激光位移传感器的位置和相距距离进行自动补偿。
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