CN110068280A - 一种应用于快速测量齿圈尺寸的设备及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种应用于快速测量齿圈尺寸的设备及方法，设备包含视觉模组、定位旋转平台、微型空调、控制操作***、整体框架，其特征在于：视觉模组、定位旋转平台、微型空调、控制操作***分别安装在整体框架上，且视觉模组位于定位旋转平台的正上方，视觉模组在X和Z方向可调节，定位旋转平台在Y方向可调节。被测工件放置于定位旋转平台上，当定位旋转平台匀速旋转时，视觉模组工作，数据传输到控制操作***的工控机，通过软件计算拟合得出完整图形，并和标准产品参数对比，计算得出被测产品尺寸。本发明广泛应用于齿圈和圆件尺寸快速测量，操作简单，测量速度快，精度高，大大提升工作效率，节省测量人力，保证产品品质，为企业带来巨大效益。
Description
技术领域
本发明涉及齿圈尺寸测量领域，特别是用于圆环形零件内外径,齿形零件的齿根圆,齿顶圆的快速在测量设备及方法。
背景技术
齿圈的尺寸管控主要包含：齿圈内径、齿根圆直径、齿顶圆直径，齿圈的结构如图2所示。目前测量方式为1.三座标，2.人工卡尺测量，3.专用治具检测。以上三种方式效率低，需要人力多。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述现有测量方式的不足，提高效率，降低成本。提供一种应用CCD快速测量技术，实现快速在线测量的设备及方法。目前常用CCD测量尺寸，视野范围小，而齿圈直径大，无法满足测量要求，研发一种CCD局部高精度测量，产品旋转，软件拟合计算，得出齿圈所要测量的尺寸。软件自动生成品质报表,与生产管理***对接,不良产品自动判断,并报警提示。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种应用于快速测量齿圈尺寸的设备，包含视觉模组、定位旋转平台、微型空调、控制操作***、整体框架，其特征在于：视觉模组、定位旋转平台、微型空调、控制操作***分别安装在整体框架上，且视觉模组位于定位旋转平台的正上方，视觉模组在X和Z方向可调节，定位旋转平台在Y方向可调节，可满足直径尺寸265～350MM范围的产品。
所述的视觉模组包含有工业相机、远心镜头、光源、X轴调节机构、Z轴调节机构、固定机架；固定机架固定在整体框架上，X轴调节机构、Z轴调节机构分别固定在固定机架上，工业相机固定Z轴调节机构上，远心镜头固定工业相机上，光源固定远心镜头正下方的定位旋转平台的可调定位治具上。
所述的定位旋转平台包含有可调定位治具、转台、伺服电机、Y向调节机构、大理石平台一、大理石平台二，伺服电机安装在转台的旋转轴端,可调定位治具固定在转台上，转台固定在大理石平台一上，大理石平台一固定在Y向调节机构上，Y向调节机构固定在大理石平台二上，大理石平台二固定在整体框架上。
所述的控制操作***包含有电控箱、触摸屏、操作台、报警灯、工控机、显示器、键盘、鼠标，工控机安装在整体框架的底部箱体内，电控箱安装在整体框架右前下方，触摸屏安装在整体框架右前中间，报警灯安装在触摸屏的上方，操作台安装在整体框架前中间，显示器、键盘、鼠标安装在整体框架左前中间；工控机内安装有齿圈相关尺寸影像测量软件，用于齿圈尺寸的拟合计算，分析比对及报表生成。
一种快速测量齿圈尺寸的方法，利用上述的设备，其特征在于按以下步骤进行：首先把被测工件放入定位旋转平台的定位治具上,启动控制按钮,旋转平台匀速旋转,视觉模组工作，采集齿圈局部弧度值,数据传输到控制操作***的工控机，通过软件计算拟合得出完整图形，并和标准产品参数对比，计算得出被测产品尺寸，最终输出检测报表,不合格产品尺寸红色标示出，并报警提示。
设备工作原理：被检测齿圈产品放置于定位旋转平台的可调定位治具上，视觉模组位于齿圈上方，设定一个起始位置，齿圈产品随定位旋转平台匀速旋转，视觉模组的工业相机进行扫描，并将数据传输到控制操作***的工控机，通过工控机内安装的软件计算拟合成完整图形，并和齿圈产品标准尺寸参数对比，计算得出被测齿圈产品尺寸，比对出齿圈产品是否合格，生成测量数据报表，供生产管理使用。
设备基本功能参数：
功能：快速在线测量齿圈的内径，齿根圆，齿顶圆；
测量范围：内径：φ240～325mm；外径：φ265～350mm；厚度：6～40mm；
测量精度：内径+/-0.02mm；齿根圆+/-0.08mm；齿顶圆+/-0.05mm；
设备产能：360PCS/小时
测量基本操作步骤：
人工把要测量的齿圈产品放入定位旋转平台的定位治具中，弹性定位夹紧齿圈产品，按下启动按钮，转台匀速旋转，视觉模组工作，控制操作***软件快速运算得出测量尺寸。尺寸不合格齿圈产品，报警提示，人工放入不良品区域。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为测量齿圈的结构示意图。
图3为本发明的视觉模组结构示意图。
图4为本发明的旋转平台结构示意图。
图5为本发明的控制操作***结构示意图。
具体实施方式
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。本发明没做具体描述的结构均为现有结构。
如图1所示，本发明的一种应用于快速测量齿圈尺寸的设备，包含视觉模组1、定位旋转平台2、微型空调3、控制操作***、整体框架5，其特征在于：视觉模组1、定位旋转平台2、微型空调3、控制操作***分别安装在整体框架5上，且视觉模组1位于定位旋转平台2的正上方，视觉模组1在X和Z方向可调节，定位旋转平台2在Y方向可调节，可满足直径尺寸265～350MM范围的产品。
如图3所示，所述的视觉模组包含有工业相机1－4、远心镜头1－5、光源1－6、X轴调节机构1－3、Z轴调节机构1－2、固定机架1－1；固定机架1－1固定在整体框架5上，X轴调节机构1－3、Z轴调节机构1－2分别固定在固定机架1－1上，工业相机1－4固定Z轴调节机构1－2上，远心镜头1－5固定工业相机1－4上，光源1－6固定远心镜头1－5正下方的定位旋转平台2的可调定位治具2－1上。
如图4所示，所述的定位旋转平台包含有可调定位治具2－1、转台2－2(转台具有高精度)、伺服电机2－3、Y向调节机构2－4、大理石平台一2－5、大理石平台二2－6，伺服电机2－3安装在转台2－2的旋转轴端,可调定位治具2－1固定在转台2－2上，转台2－2固定在大理石平台一2－5上，大理石平台一2－5固定在Y向调节机构2－4上，Y向调节机构2－4固定在大理石平台二2－6上，大理石平台二2－6固定在整体框架5上。
如图5所示，所述的控制操作***包含有电控箱4－4、触摸屏4－1、操作台4－3、报警灯4－7、工控机4－6、显示器4－2、键盘鼠标4－5，工控机4－6安装在整体框架5的底部箱体内，电控箱4－4安装在整体框架5右前下方，触摸屏4－1安装在整体框架5右前中间，报警灯4－7安装在触摸屏4－7的上方，操作台4－3安装在整体框架5前中间，显示器4－2、键盘鼠标4－5安装在整体框架5左前中间；工控机4－6内安装有齿圈相关尺寸影像测量软件，用于齿圈尺寸的拟合计算，分析比对及报表生成。
一种快速测量齿圈尺寸的方法，利用上述的设备，其特征在于按以下步骤进行：首先把被测工件放入定位旋转平台2的定位治具上,启动控制按钮4-3,旋转平台2匀速旋转,视觉模组1工作，采集齿圈局部弧度值,数据传输到控制操作***的工控机4-6，通过软件计算拟合得出完整图形，并和标准产品参数对比，计算得出被测产品尺寸，最终输出检测报表,不合格产品尺寸红色标示出，并报警提示。
实施列：本发明提供了一种应用于快速测量尺寸的设备，更快速的测量齿圈和圆件尺寸，齿圈结构如图2所示。包含的各模组实施方式如下:
1.视觉模组的工业相机(品牌：E2V型号：AVIIVA U8CL 12K)；远心镜头(品牌：视清型号：ESCM16K-90-AL)；光源(品牌：视清型号：ESCL-90-xW-y)，X向调节机构和Z向调节机构(手动数显可调)，固定机架(高强度铝型材)。其基本原理及功能：工业相机选用行扫描系列，像素12K以上,行频大于24k。远心镜头选用大靶面远心镜头，极高的成像能力以配合大靶面成像***，高质量双侧远心设计，以满足高精度视觉***要求。视野范围16K*3.5/57.4＝87.5MM。光源选用平行远心光源，光束直径90MM。采用XZ向可调机构X向调节机构和Z向调节机构，满足不同大小的齿圈产品需求。选用高强度铝型材作为固定机架，防止工业相机抖动，间隙测量误差。具体结构如图3所示。
2.定位旋转平台包含可调定位治具(三点定位弹性可调)，转台(通过伺服电机控制转台的涡轮蜗杆来控制转台转动)，伺服电机，Y向调节机构(手动数显可调，高精度线性滑轨)，大理石平台一、大理石平台二。其基本原理及功能：齿圈定位治具设计成三点定位(宽度5MM，软件屏蔽此处)，弹性可调节，可满足不同大小产品快速定位。转台采用涡轮蜗杆结构，采用200W松下伺服电机控制。Y向调节机构，可满足不同大小产品测量行程。定位旋转平台采用高精度的大理石平台一和大理石平台二，确保避免长时间后因定位旋转平台变异带来的测量误差。具体结构如图4所示。
3.整体框架为铝型材，亚克力贴黑膜，微型空调通过冷风管道为整体框架内视觉模组降温。其基本原理及功能：整体架构采用60MM方通焊接而成，并通过时效去应力处理，防止框架变形。整体框架采用高强度铝型材，内装贴黑膜亚克力，防止光源损失，保证最佳成像效果。微型空调通过冷风管道视觉模组降温，确保视觉模组长时间稳定工作。
4.控制操作***包含电控箱、触摸屏、操作台、报警灯、工控机、显示器、键盘鼠标，其基本原理及功能：控制操作***主要控制转台的运行，操作台按键的启停，整机的通断电，报警的提示，人机界面的信息交互。工控机选用研华IPC-510/AIMB-701VG，主要用于软件的运算，测量的操作，测量数据的实时显示，比对分析及数据报表的生成。具体结构如图5所示。工控机内安装有齿圈相关尺寸影像测量软件。
对于某个生产单位，由于在某阶段所生产的齿圈类型不同，有待测量的工件的尺寸形成了某个空间的一个分布，
由于设计方法及设备特性的原因，设备具有测量特定范围。对于本发明的测量设备而言，最大有效视野50.0mm，视野的起点和终点、镜头的最优成像位置等则作为设计参数。
在尺寸测量过程中，某一个设备只能测量特定范围的工件。对于本发明的测量设备而言，一个确定的设备，只能对于满足如下条件的工件进行测量：
a)工件上表面必须位于镜头光轴上最优成像位置的正负2.5mm之间；
b)工件的内圆必须位于镜头有效视野以内；
c)工件的外圆必须位于镜头有效视野以内；
因此，给定一批待测工件，首先可以分成两类：可以采用本发明的设备进行测量的工件，和不可以采用本发明的设备进行测量的工件。对于这些可以被测量的工件(假设M个)，一定存在一个最小的测量设备数目N(N>0且N<＝M)和这N个设备的一组设备参数，使得每个能够被测量的工件满足测量要求并能够实施测量。问题是，如何找到这个N并指定这N个设备的参数；
(1)首先对工件的分布进行数学建模；
(2)根据设备条件要求，搜索不能被求解的工件，并排除它们；
(3)采用智能搜索算法，搜索并求解该问题。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (5)
1.一种应用于快速测量齿圈尺寸的设备，包含视觉模组(1)、定位旋转平台(2)、微型空调(3)、控制操作***(4)、整体框架(5)，其特征在于：视觉模组(1)、定位旋转平台(2)、微型空调(3)、控制操作***(4)分别安装在整体框架(5)上，且视觉模组(1)位于定位旋转平台(2)的正上方，视觉模组(1)在X和Z方向可调节，定位旋转平台(2)在Y方向可调节。
2.根据权利要求1所述的应用于快速测量齿圈尺寸的设备，其特征在于：所述的视觉模组(1)包含有工业相机、远心镜头、光源、X轴调节机构、Z轴调节机构、固定机架；固定机架固定在整体框架上，X轴调节机构、Z轴调节机构分别固定在固定机架上，工业相机固定Z轴调节机构上，远心镜头固定工业相机上，光源固定远心镜头正下方的定位旋转平台(2)的可调定位治具上。
3.根据权利要求1所述的应用于快速测量齿圈尺寸的设备，其特征在于：所述的定位旋转平台(2)包含有可调定位治具、转台、伺服电机、Y向调节机构、大理石平台一、大理石平台二，伺服电机安装在转台的旋转轴端,可调定位治具固定在转台上，转台固定在大理石平台一上，大理石平台一固定在Y向调节机构上，Y向调节机构固定在大理石平台二上，大理石平台二固定在整体框架(5)上。
4.根据权利要求1所述的应用于快速测量齿圈尺寸的设备，其特征在于：所述的控制操作***(4)包含有电控箱、触摸屏、操作台、报警灯、工控机、显示器、键盘、鼠标，工控机安装在整体框架(5)的底部箱体内，电控箱安装在整体框架(5)右前下方，触摸屏安装在整体框架(5)右前中间，报警灯安装在触摸屏的上方，操作台安装在整体框架(5)前中间，显示器、键盘、鼠标安装在整体框架(5)左前中间；工控机内安装有齿圈相关尺寸影像测量软件，用于齿圈尺寸的拟合计算，分析比对及报表生成。
5.一种快速测量齿圈尺寸的方法，利用权利要求1－4之一所述的设备，其特征在于按以下步骤进行：首先把被测工件放入定位旋转平台(2)的定位治具上,启动控制按钮(4-3),旋转平台(2)匀速旋转,视觉模组(1)工作，采集齿圈局部弧度值,数据传输到控制操作***的工控机(4-6)，通过软件计算拟合得出完整图形，并和标准产品参数对比，计算得出被测产品尺寸，最终输出检测报表,不合格产品尺寸红色标示出，并报警提示。
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