CN115854949B - 一种卷纸用弧形辊的弧形自动检测装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及尺寸检测技术领域，涉及一种卷纸用弧形辊的弧形自动检测装置及控制方法。位移传感器采集数据，伺服电机驱动检测组件朝左移动；位移传感器检测到的横移导轨前端面的位移等于弧形轴心线相对应的一点与辊轴头轴心线的距离。摆动气缸驱动弧形辊旋转九十度，位移传感器采集数据，伺服电机驱动检测组件朝左移动。如果所有第一偏差值y和第二偏差值（z‑z0）都在区间范围[‑1，+1]毫米内就计为合格，否则认为该弧形辊不合格。本发明能准确、方便地测量弧形辊体的外形尺寸，并判断出是否合格，防止不合格的弧形辊装入造纸机，保证设备的整体质量；能测量出常规的量尺量具不能测量的弧形辊体外形尺寸。

Description

一种卷纸用弧形辊的弧形自动检测装置及控制方法

技术领域

本发明涉及线性尺寸检测技术领域，涉及一种弧形辊的检测技术，具体涉及一种卷纸用弧形辊的弧形自动检测装置及控制方法。

背景技术

卷纸用弧形辊包括一个弧形辊体、两个辊端件和两个辊轴头；弧形辊体的直径大小处处相等，只是外形是弯的，其轴心线是圆弧形的；弧形辊体的圆弧形轴心线是指所有弧形辊体横截面圆圆心以及两个端面中心的集合；两个辊端件分别固定安装在弧形辊体的两端，两个辊轴头分别安装在两个辊端件的相背的两端面上，两个辊轴头的轴心线相重合，弧形辊体两端面的中心点在辊轴头轴心线上；两个辊轴头的轴心线和圆弧形轴心线都位于同一个平面上。在使用时两个辊轴头分别通过转动副连接在机体上，所述辊端件可以是直径不大的皮带轮或者链轮，用于把动力传递给弧形辊，使其旋转。

弧形辊旋转，弧形辊体因为有弧度，当长带状的纸张通过弧形辊体时会产生一个横向的分力，通过这个横向力来达到展开纸张的作用，通过调节弧度方向来达到最佳展平效果，防止纸张松弛或产生褶皱。纸张对弧高有较为苛刻的要求。通常来说弧高不宜选择过大, 纸张经过弯曲部分后都会因为横向分力而产生拓幅形变。通常弧高为辊面宽度的0.6%至0.9%。

弧形辊是由钢管弯折成的，在弯折过程中圆弧内侧的材料受到挤压，圆弧外侧的材料受到拉伸，要经过热处理工艺使其形状固定；如果热处理不当，其弯曲度还会缓慢地回弹或者发生其它形式的变形，导致弧形辊体的轴心线的弧形形状和尺寸偏离了预期。

弧形辊在搬运时要注意，严禁吊装弧形辊体的辊面，一定要吊装弧形辊两端辊轴头；弧形辊在储存和运输中也要通过两端辊轴头支撑起来，水平放置，不能剧烈震动和颠簸；长期存放时要每隔一段时间翻转一下，以免由于自重下垂而弧高增大。道理很清楚，但是很多中转过程是由非专业人员操作的，要想严格实施是非常困难的；弧形辊在由生产厂家运往造纸机械厂家的路途远近不确定，路况好坏不确定，如果路途较运、路况较差，那就免不了长途强烈颠簸，导致弧形辊体的弧高改变，也可能导致两个辊轴头的轴心线和圆弧形轴心线不位于同一个平面上，也可能圆弧形轴心线变成了螺旋弧形轴心线。

弧形辊的尺寸和预期的尺寸不同，在使用中也会产生与预期不太相符的使用效果，例如纸张在卷绕过程中的松紧程度不均匀，有的地方纸张出现褶皱，张紧的部位厚度较小，松弛的部位厚度较大，影响产品质量。所以造纸机械生产厂家要把采购的弧形辊外形尺寸严格地测量一遍，把不符合要求的弧形辊挑选出来，杜绝流入装配工序。

然而，弧形辊的外形尺寸较大并且还不规则，造纸机械通常用的弧形辊弧形辊体的直径是105毫米，弧形辊体两端面之间的直线距离是1800毫米，弧高是30毫米，通过常规的量尺量具很难精确测量出圆弧形轴心线每一点的偏差。

发明内容

本发明就是针对现有技术存在的上述不足，提供一种卷纸用弧形辊的弧形自动检测装置及控制方法，本发明能准确、方便地测量弧形辊体的外形尺寸，并判断出是否合格，防止不合格的弧形辊装入造纸机械，保证造纸机械的整体质量；能测量出常规的量尺量具不能测量的圆弧形轴心线尺寸。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种卷纸用弧形辊的弧形自动检测装置，包括检测部；所述检测部包括检测组件；所述检测组件包括检测辊架、检测辊、平行夹爪、横移板、横移导轨、位移传感器、横移滑块和纵移板；

所述横移滑块和纵移板固定联接，所述横移板和横移导轨固定联接，所述横移滑块和横移导轨组成直线导轨副；横移导轨在横移滑块上前后平移；所述位移传感器的外壳和纵移板固定联接，所述位移传感器的检测探头朝后伸出抵触在横移导轨的前端，所述位移传感器检测横移导轨在前后方向往复平移的位移；

所述平行夹爪包括平行夹爪缸体和两个平行夹爪爪体；所述平行夹爪是指SMC(中国)有限公司生产的MHL2-32D宽型平行开闭型气爪；两个检测辊架分别和两个平行夹爪爪体固定联接，两个检测辊分别和两个检测辊架通过转动副相联；所述平行夹爪驱动两组检测辊和检测辊架的组合在前后方向同步往复平移；两个检测辊的旋转轴心线沿着竖直方向设置，其中一个检测辊在另一个检测辊的正前方。

所述检测部还包括两个同步带轮、伺服电机、同步带、检测支架和纵移导轨；本发明还包括机架；所述检测支架和机架固定联接；所述纵移导轨固定联接在检测支架上；所述检测组件还包括纵移滑块，所述纵移滑块和纵移板固定联接；两个所述同步带轮分别与检测支架通过转动副相联；所述同步带张紧地绕在两个同步带轮上；所述伺服电机的外壳和检测支架固定联接；所述伺服电机的输出轴和其中一个同步带轮固定联接；所述纵移板上固定设置有同步带夹，所述同步带上一点和同步带夹固定联接；所述伺服电机通过两个同步带轮和同步带驱动检测组件在左右方向往复平移。

所述检测部还包括两个旋转夹持部；所述旋转夹持部包括旋转气动手指、两个旋转夹爪和摆动气缸；所述旋转气动手指是指SMC(中国)有限公司生产的MHW2-50D型180度开闭型齿轮式气爪；所述旋转气动手指包括旋转气动缸体和两个旋转气动指体；两个旋转气动指体分别和两个旋转夹爪固定联接，旋转夹爪上设有V型槽，旋转气动手指驱动两个旋转夹爪同步相向摆动，两个旋转夹爪上的两个V型槽开口相对，夹紧中间的辊轴头；所述摆动气缸的缸体与检测支架固定联接；所述摆动气缸的输出轴和旋转气动缸体固定联接；其中一个旋转夹持部在左边，另一个在右边，两对旋转夹爪的两对V型槽分别夹紧弧形辊左右两端的两个辊轴头，两个摆动气缸的旋转轴心线和两个辊轴头的轴心线全都在一条直线上，摆动气缸带动弧形辊绕其旋转轴心线往复摆动90度。

所述检测部还包括第一行程开关，所述第一行程开关和检测支架固定联接；检测组件平移至行程右端时，纵移板触碰第一行程开关的碰珠并产生电信号。

所述检测部还包括第二行程开关，所述第二行程开关和检测支架固定联接；检测组件平移至行程左端时，纵移板触碰第二行程开关的碰珠并产生电信号。

所述检测部还包括两个临时托辊组件，所述临时托辊组件包括两个轴承和一个临时托架；两个所述轴承分别和临时托架通过转动副相联，两个轴承的间距小于辊轴头的直径；两个临时托辊组件分别位于两个旋转夹持部中间，其中左边临时托辊组件的两个轴承托住左边辊轴头的右端，右边临时托辊组件的两个轴承托住右边辊轴头的左端。而左边旋转夹持部夹持在左边辊轴头的左端，和左边临时托辊组件不会干涉；右边旋转夹持部夹持在右边辊轴头的右端，和右边临时托辊组件也不会干涉。两个临时托辊组件托起弧形辊，是对弧形辊粗略定位，定位的高度稍低，而两个旋转夹持部对弧形辊则是精确定位，定位的高度稍高0.5至1毫米，即在两对旋转夹爪的两对V型槽分别夹紧两个辊轴头时，两个辊轴头被抬起0.5至1毫米，离开两个轴承。

本发明还包括机械手和搬运机器人，所述搬运机器人的底座安装在机架上；所述机械手包括夹持气动手指、两个夹持爪和机械手支架；所述夹持气动手指是指SMC(中国)有限公司生产的MHL2-32D宽型平行开闭型气爪；所述夹持气动手指包括夹持气动缸体和两个夹持气动指体，所述夹持气动缸体和机械手支架固定联接；所述机械手支架和搬运机器人的机械臂末端固定联接；两个所述夹持爪分别和两个夹持气动指体固定联接，所述夹持爪上设有V型槽，两个夹持气动手指分别驱动两对夹持爪相对摆动，两对V型槽两两相对，分别夹紧位于中间的两个辊轴头，从而把弧形辊搬上或者搬离两对轴承。

本发明还包括校正辊；所述校正辊包括三段；中间段是圆柱形，其直径等于弧形辊的直径，中间段的长度等于弧形辊体和两个辊端件的总长度；左右两端各有一段校正轴头，两段校正轴头的直径与长度分别和两个辊轴头的直径与长度相同；校正辊制造精度较高，特别是中间段的直径、两段校正轴头的直径和三段直径之间的同轴度公差，按照较为严格的公差要求制造，可以当作校正基准；使校正辊两段校正轴头分别夹持在两对旋转夹爪的V型槽内，平行夹爪驱动两个检测辊相向平移，夹住校正辊的中间段，此时带动横移导轨在横移滑块内移动，自动找到平衡位置，此时位移传感器检测到的数值定义为零毫米；在此基础上，当位移传感器的检测探头伸出时其检测值为正值，缩进时其检测值为负值。

所述检测组件还包括紧定螺钉，所述紧定螺钉和横移板通过螺纹副相联，旋转紧定螺钉，紧定螺钉压紧纵移板，靠摩擦力使横移板和纵移板的相对位置锁紧，不能相对位移。

本发明还包括可编程逻辑控制器，所述第一行程开关、第二行程开关、伺服电机、位移传感器、平行夹爪、摆动气缸、旋转气动手指、机械手和搬运机器人分别与可编程逻辑控制器电联接。

本发明的工作过程是这样的。

1.校准零点。把校正辊放置在两对轴承上方，使校正辊两段校正轴头的靠近中间段的一端与轴承接触，校正轴头的外圆柱面和轴承外圈的外圆柱面相切，校正辊能在两对轴承上自由转动；两对旋转夹爪的两对V型槽分别夹紧校正辊两段校正轴头的远离中间段的一端，两个摆动气缸的旋转轴心线和两个校正轴头的轴心线全都在一条直线上。

所述伺服电机通过两个同步带轮和同步带驱动检测组件移动至中间的位置，这个位置对应于校正辊中间段的中点，当弧形辊代替校正辊后，这个位置对应于弧形辊体的中点；所述平行夹爪驱动两组检测辊和检测辊架的组合在前后方向同步相向平移，两个检测辊都抵在校正辊的外圆柱面上，如果两个检测辊与校正辊的距离不相等，则先与校正辊接触的检测辊会停下，另一个检测辊继续移动，直到两者都抵在校正辊的外圆柱面上，这个过程中会带动横移板、横移导轨及紧定螺钉一起移动，所述位移传感器的外壳相对于纵移板固定不动，所述位移传感器的检测探头始终抵触在横移导轨的前端，这时位移传感器的检测数值定义为零毫米。

通过旋转紧定螺钉，靠摩擦力使横移板和纵移板锁紧在一起。然后平行夹爪驱动两组检测辊和检测辊架的组合在前后方向同步相背平移离开校正辊。

两对旋转夹爪的两对V型槽分别解除夹紧，校正辊由两个临时托辊组件临时支撑住。取走校正辊，等待检测正式开始。

2.机械手和搬运机器人的组合把弧形辊放置在两对轴承上方，使弧形辊两个辊轴头的靠近辊端件的一端与轴承接触，辊轴头的外圆柱面和轴承外圈的外圆柱面相切，弧形辊能在两对轴承上自由转动；由于弧形辊的重心偏向弧形辊体的弓背一侧，所以弧形辊体的弓背一侧旋转至重心朝下，但是由于制造会有误差，弧形轴心线的中点不一定很精确地位于两个辊轴头轴心线的正下方，可能会向前或者向后有偏差。

3.所述平行夹爪驱动两组检测辊和检测辊架的组合在前后方向同步相向平移，两个检测辊分别抵在弧形辊体中点处外圆柱面的前后两点上，如果弧形轴心线的中点不在两个辊轴头轴心线的正下方，则两个检测辊驱动它小幅度转动，最终弧形轴心线的中点正好位于辊轴头轴心线的正下方。

4.旋转气动手指驱动两个旋转夹爪同步相向摆动，两个旋转夹爪上的两个V型槽夹紧中间的辊轴头；两个旋转气动手指同时做以上动作，分别夹紧两个辊轴头，弧形辊被固定住不能移动。这期间弧形辊被稍微抬起0.5至1毫米离开轴承。在旋转气动手指解除夹紧之前辊轴头与轴承始终不会接触，不会干涉弧形辊转动九十度。两个检测辊保持夹紧状态，弧形轴心线的中点保持位于辊轴头轴心线的正下方，弧形轴心线的中点和辊轴头轴心线位于同一个竖直平面上。

5.人工旋转紧定螺钉，使其解除夹紧。

6.平行夹爪驱动两组检测辊离开弧形辊。

7.所述伺服电机通过两个同步带轮和同步带驱动检测组件向右移动，直到检测组件平移至行程右端，纵移板触碰第一行程开关的碰珠并产生电信号，伺服电机停止。

8.所述平行夹爪驱动两组检测辊和检测辊架的组合在前后方向同步相向平移，两个检测辊分别抵在弧形辊体右端外圆柱面的前后两点上。

9.位移传感器开始采集数据，同时伺服电机驱动检测组件朝左移动；由于弧形辊体的横截面都是直径相等的圆形，两个检测辊与弧形辊体的两个接触点连接线段的中点正好位于弧形轴心线上，从上向下观察，平行夹爪缸体、横移板和横移导轨的组合上任一点的运动轨迹都和弧形轴心线的形状相同，位移传感器检测到的横移导轨前端面的位移等于弧形轴心线相对应的一点与辊轴头轴心线的距离；位移传感器所采集的数据和弧形轴心线上各点与辊轴头轴心线的距离数据一一对应。位移传感器所采集数据预期值全都为零。在采集数据期间，如果某一点朝前或者朝后偏离了弧形轴心线的中点和辊轴头轴心线所确定的竖直平面，则弧形辊体会带动检测组件前后移动相同的距离，位移传感器就能检测到该偏差数值，即第一偏差值，并保存下来。此阶段，全部第一偏差值在区间范围[-1，+1]毫米范围内就计为合格；否则，有一个第一偏差值不合格，则认为该弧形辊不合格。

检测辊沿着弧形辊体被动地滚动旋转，由于弧形辊体是弧形的，也会产生上下方向小幅度的滑动摩擦。同步带轮每旋转一周，则同步带驱动检测组件平移的距离等于同步带轮的分度圆周长，以此规律推算伺服电机的旋转角度和检测组件位移之间的关系。

以弧形辊体右端中心点为坐标原点O，以从右端中心点指向左端中心点的方向为x轴正方向，以垂直于弧形轴心线所确定的平面向后的方向为y轴正方向建立平面直角坐标系，所检测到的弧形轴心线上一点的坐标是（x ，y），单位是毫米，代表x处的第一偏差值为y。

10.所述伺服电机驱动检测组件向左移动直到检测组件平移至行程左端，纵移板触碰第二行程开关的碰珠并产生电信号，伺服电机停止，位移传感器停止采集数据。

11.所述平行夹爪驱动两组检测辊和检测辊架的组合在前后方向同步相背平移，两个检测辊分别离开弧形辊体左端外圆柱面。

12.摆动气缸驱动旋转气动手指、旋转夹爪和弧形辊的组合旋转九十度，从右向左观察是顺时针方向，直到弧形辊体的弓背一侧水平朝后。

13.重复步骤7至步骤11。和上一次的测量不同的是，这一次弧形轴心线的中点和辊轴头轴心线位于一个共同水平面内，检测组件沿着弧形辊体走了一段圆弧路径。两个检测辊与弧形辊体的两个接触点连接线段的中点仍然位于弧形轴心线上；从上向下观察，平行夹爪缸体、横移板和横移导轨的组合上任一点的运动轨迹都和弧形轴心线的形状相同，位移传感器检测到的横移导轨前端面的位移等于弧形轴心线上一点相对于辊轴头轴心线的位移；

以弧形辊体右端中心点为坐标原点O，仍然以从右端中心点指向左端中心点的方向为x轴正方向，以平行于弧形轴心线所确定的平面向后的方向为z轴正方向建立平面直角坐标系，所检测到的弧形轴心线上一点的坐标是（x ，z），单位是毫米，代表x处对应的弧形轴心线上的点与x轴的距离为z。

可以预定义几个x坐标对应弧形轴心线上的点与x轴距离的预期距离z0，预定义点对应的坐标为（x ，z0），本发明预定义了如下几个点（0，0）、（300，17.48）、（600，26.97）、（900，30）、（1200，26.97）、（1500，17.48）、（1800，0）；如果要检测再精确一些，可以预定义更多点坐标；第二偏差值等于弧形轴心线上的点与x轴距离的检测值和预期距离的差（z-z0）；如果第二偏差值（z-z0）全部在区间范围[-1，+1]毫米内就计为合格，该区间范围和第一偏差值的合格区间范围相同；否则，有一个第二偏差值不合格，则认为该弧形辊不合格。

14.摆动气缸驱动旋转气动手指、旋转夹爪和弧形辊的组合逆时针旋转九十度，恢复到弧形辊体弓背朝下的方位。

15.旋转气动手指驱动两个旋转夹爪对辊轴头解除夹紧，弧形辊落在两对轴承上方。

16.机械手和搬运机器人的组合把弧形辊取走，根据评判结果，如果弧形辊是合格的则放置在后续的合格品周转筐中，如果是不合格的则放置在后续的不合格品周转筐中。

一件弧形辊的检测过程结束。

一种卷纸用弧形辊的弧形自动检测装置的控制方法，具体来说是指人工旋松紧定螺钉之后，由***自动完成的步骤，包括如下：

S1.伺服电机驱动检测组件向右移动；

S2.纵移板触碰第一行程开关的碰珠并产生电信号；

S3.伺服电机停止；

S4.平行夹爪驱动两组检测辊和检测辊架的组合同步相向平移；

S5.位移传感器开始采集数据（x，y）；

S6.伺服电机驱动检测组件朝左移动;

S7.纵移板触碰第二行程开关的碰珠并产生电信号;

S8.伺服电机停止;

S9.位移传感器停止采集数据；

S10.平行夹爪驱动两组检测辊和检测辊架的组合相背平移；

S11.摆动气缸驱动弧形辊顺时针旋转九十度；

S12.伺服电机驱动检测组件向右移动；

S13.纵移板触碰第一行程开关；

S14.伺服电机停止

S15.步骤S11和步骤S14全都完成后，平行夹爪驱动两组检测辊和检测辊架的组合同步相向平移；

S16.位移传感器开始采集数据（x,z）；

S17.伺服电机驱动检测组件朝左移动；

S18.纵移板触碰第二行程开关；

S19.伺服电机停止；

S20.位移传感器停止采集；

S21.平行夹爪驱动两组检测辊和检测辊架的组合同步相背平移；

S22.摆动气缸驱动弧形辊逆时针旋转九十度；

S23.旋转气动手指驱动旋转夹爪解除夹紧；

S24.如果所有第一偏差值y和第二偏差值（z-z0）都在区间范围[-1，+1]毫米内就计为合格，否则认为该弧形辊不合格；

S25.机械手和搬运机器人的组合把弧形辊取走；

S26.如果弧形辊是合格的则放置在后续的合格品周转筐中，如果弧形辊是不合格的则放置在后续的不合格品周转筐中；

S27.程序结束。

本发明的有益效果是：能准确、方便地测量弧形辊体的外形尺寸，并判断出是否合格，防止不合格的弧形辊装入造纸机，保证设备的整体质量；能测量出常规的量尺量具不能测量的弧形辊体外形尺寸。

附图说明

图1是弧形辊的正视图；

图2是本发明实施例1的三维结构示意图；

图3是检测部的三维结构示意图，弧形辊体的弓背竖直朝下的状况；

图4是检测部的三维结构示意图，弧形辊体的弓背水平朝后的状况；

图5是检测组件的三维结构示意图；

图6是临时托辊组件的三维结构示意图；

图7是旋转夹持部的三维结构示意图；

图8是机械手的三维结构示意图；

图9是校正辊安装在检测部上的三维结构示意图；

图10是弧形辊体的弓背竖直朝下时的检测数据在x-y坐标系中的分布图形；

图11是弧形辊体的弓背水平朝后时的检测数据在x-z坐标系中的分布图形；

图12是本发明实施例1控制***的控制关系示意图；

图13是本发明实施例2控制方法的工艺流程示意图。

图中：

1-弧形辊；11-弧形辊体；111-弧形轴心线；12-辊端件；13-辊轴头；

2-检测部；21-检测组件；211-检测辊架；212-检测辊；213-平行夹爪；2131-平行夹爪缸体；2132-平行夹爪爪体；214-横移板；215-横移导轨；216-位移传感器；217-横移滑块；218-纵移板；2181-同步带夹；219-纵移滑块；210-紧定螺钉；22-旋转夹持部；221-旋转气动手指；2211-旋转气动缸体；2212-旋转气动指体；222-旋转夹爪；223-摆动气缸；23-临时托辊组件；231-轴承；232-临时托架；24-同步带轮；25-伺服电机；26-第一行程开关；27-第二行程开关；28-同步带；29-检测支架；20-纵移导轨；

3-机械手；31-夹持气动手指；311-夹持气动缸体；312-夹持气动指体；32-夹持爪；33-机械手支架；

4-搬运机器人；5-机架；6-校正辊。

具体实施方式

下面将结合实施例及附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

实施例1，一种卷纸用弧形辊的弧形自动检测装置，如图1-图12所示，包括检测部2；所述检测部2包括检测组件21；所述检测组件21包括检测辊架211、检测辊212、平行夹爪213、横移板214、横移导轨215、位移传感器216、横移滑块217和纵移板218；

所述横移滑块217和纵移板218固定联接，所述横移板214和横移导轨215固定联接，所述横移滑块217和横移导轨215组成直线导轨副；横移导轨215在横移滑块217上前后平移；所述位移传感器216的外壳和纵移板218固定联接，所述位移传感器216的检测探头朝后伸出抵触在横移导轨215的前端，所述位移传感器216检测横移导轨215在前后方向往复平移的位移；

所述平行夹爪213包括平行夹爪缸体2131和两个平行夹爪爪体2132；所述平行夹爪213是指SMC(中国)有限公司生产的MHL2-32D宽型平行开闭型气爪；两个检测辊架211分别和两个平行夹爪爪体2132固定联接，两个检测辊212分别和两个检测辊架211通过转动副相联；所述平行夹爪213驱动两组检测辊212和检测辊架211的组合在前后方向同步往复平移；两个检测辊212的旋转轴心线沿着竖直方向设置，其中一个检测辊212在另一个检测辊212的正前方。

如图3和图4所示，所述检测部2还包括两个同步带轮24、伺服电机25、同步带28、检测支架29和纵移导轨20；本实施例还包括机架5；所述检测支架29和机架5固定联接；所述纵移导轨20固定联接在检测支架29上；所述检测组件21还包括纵移滑块219，所述纵移滑块219和纵移板218固定联接；两个所述同步带轮24分别与检测支架29通过转动副相联；所述同步带28张紧地绕在两个同步带轮24上；所述伺服电机25的外壳和检测支架29固定联接；所述伺服电机25的输出轴和其中一个同步带轮24固定联接；所述纵移板218上固定设置有同步带夹2181，所述同步带28上一点和同步带夹2181固定联接；所述伺服电机25通过两个同步带轮24和同步带28驱动检测组件21在左右方向往复平移。

如图3、图4和图7所示，所述检测部2还包括两个旋转夹持部22；所述旋转夹持部22包括旋转气动手指221、两个旋转夹爪222和摆动气缸223；所述旋转气动手指221是指SMC(中国)有限公司生产的MHW2-50D型180度开闭型齿轮式气爪；所述旋转气动手指221包括旋转气动缸体2211和两个旋转气动指体2212；两个旋转气动指体2212分别和两个旋转夹爪222固定联接，旋转夹爪222上设有V型槽，旋转气动手指221驱动两个旋转夹爪222同步相向摆动，两个旋转夹爪222上的两个V型槽开口相对，夹紧中间的辊轴头13；所述摆动气缸223的缸体与检测支架29固定联接；所述摆动气缸223的输出轴和旋转气动缸体2211固定联接；其中一个旋转夹持部22在左边，另一个在右边，两对旋转夹爪222的两对V型槽分别夹紧弧形辊1左右两端的两个辊轴头13，两个摆动气缸223的旋转轴心线和两个辊轴头13的轴心线全都在一条直线上，摆动气缸223带动弧形辊1绕其旋转轴心线往复摆动90度。

如图3和图4所示，所述检测部2还包括第一行程开关26，所述第一行程开关26和检测支架29固定联接；检测组件21平移至行程右端时，纵移板218触碰第一行程开关26的碰珠并产生电信号。

所述检测部2还包括第二行程开关27，所述第二行程开关27和检测支架29固定联接；检测组件21平移至行程左端时，纵移板218触碰第二行程开关27的碰珠并产生电信号。

如图3、图4和图6所示，所述检测部2还包括两个临时托辊组件23，所述临时托辊组件23包括两个轴承231和一个临时托架232；所述两个轴承231分别和临时托架232通过转动副相联，两个轴承231的间距小于辊轴头13的直径；两个临时托辊组件23分别位于两个旋转夹持部22中间，其中左边临时托辊组件23的两个轴承231托住左边辊轴头13的右端，右边临时托辊组件23的两个轴承231托住右边辊轴头13的左端。而左边旋转夹持部22夹持在左边辊轴头13的左端，和左边临时托辊组件23不会干涉；右边旋转夹持部22夹持在右边辊轴头13的右端，和右边临时托辊组件23也不会干涉。两个临时托辊组件23托起弧形辊1，是对弧形辊1粗略定位，定位的高度稍低，而两个旋转夹持部22对弧形辊1则是精确定位，定位的高度稍高0.5至1毫米，即在两对旋转夹爪222的两对V型槽分别夹紧两个辊轴头13时，两个辊轴头13被抬起0.5至1毫米，离开两个轴承231。

如图2所示，本实施例还包括机械手3和搬运机器人4，所述搬运机器人4的底座安装在机架5上；所述机械手3包括夹持气动手指31、两个夹持爪32和机械手支架33；所述夹持气动手指31是指SMC(中国)有限公司生产的MHL2-32D宽型平行开闭型气爪；所述夹持气动手指31包括夹持气动缸体311和两个夹持气动指体312，所述夹持气动缸体311和机械手支架33固定联接；所述机械手支架33和搬运机器人4的机械臂末端固定联接；两个所述夹持爪32分别和两个夹持气动指体312固定联接，所述夹持爪32上设有V型槽，两个夹持气动手指31分别驱动两对夹持爪32相对摆动，两对V型槽两两相对，分别夹紧位于中间的两个辊轴头13，从而把弧形辊1搬上或者搬离两对轴承231。

如图9所示，本实施例还包括校正辊6；所述校正辊6包括三段；中间段是圆柱形，其直径等于弧形辊1的直径，中间段的长度等于弧形辊体11和两个辊端件12的总长度；左右两端各有一段校正轴头，两段校正轴头的直径与长度分别和两个辊轴头13的直径与长度相同；校正辊6制造精度较高，特别是中间段的直径、两段校正轴头的直径和三段直径之间的同轴度公差，按照较为严格的公差要求制造，可以当作校正基准；使校正辊6两段校正轴头分别夹持在两对旋转夹爪222的V型槽内，平行夹爪213驱动两个检测辊212相向平移，夹住校正辊6的中间段，此时带动横移导轨215在横移滑块217内移动，自动找到平衡位置，此时位移传感器216检测到的数值定义为零毫米；在此基础上，当位移传感器216的检测探头伸出时其检测值为正值，缩进时其检测值为负值。

如图5所示，所述检测组件21还包括紧定螺钉210，所述紧定螺钉210和横移板214通过螺纹副相联，旋转紧定螺钉210，紧定螺钉210压紧纵移板218，靠摩擦力使横移板214和纵移板218的相对位置锁紧，不能相对位移。

如图12所示，本实施例还包括可编程逻辑控制器，所述第一行程开关26、第二行程开关27、伺服电机25、位移传感器216、平行夹爪213、摆动气缸223、旋转气动手指221、机械手3和搬运机器人4分别与可编程逻辑控制器电联接。

本实施例的工作过程是这样的。

1.校准零点。把校正辊6放置在两对轴承231上方，使校正辊6两段校正轴头的靠近中间段的一端与轴承231接触，校正轴头的外圆柱面和轴承231外圈的外圆柱面相切，校正辊6能在两对轴承231上自由转动；两对旋转夹爪222的两对V型槽分别夹紧校正辊6两段校正轴头的远离中间段的一端，两个摆动气缸223的旋转轴心线和两个校正轴头的轴心线全都在一条直线上。

所述伺服电机25通过两个同步带轮24和同步带28驱动检测组件21移动至中间的位置，这个位置对应于校正辊6中间段的中点，当弧形辊1代替校正辊6后，这个位置对应于弧形辊体11的中点；所述平行夹爪213驱动两组检测辊212和检测辊架211的组合在前后方向同步相向平移，两个检测辊212都抵在校正辊6的外圆柱面上，如果两个检测辊212与校正辊6的距离不相等，则先与校正辊6接触的检测辊212会停下，另一个检测辊212继续移动，直到两者都抵在校正辊6的外圆柱面上，这个过程中会带动横移板214、横移导轨215及紧定螺钉210一起移动，所述位移传感器216的外壳相对于纵移板218固定不动，所述位移传感器216的检测探头始终抵触在横移导轨215的前端，这时位移传感器216的检测数值定义为零毫米。

通过旋转紧定螺钉210，使横移板214和纵移板218锁紧在一起。然后平行夹爪213驱动两组检测辊212和检测辊架211的组合在前后方向同步相背平移离开校正辊6。

两对旋转夹爪222的两对V型槽分别解除夹紧，校正辊6由两个临时托辊组件23临时支撑住。取走校正辊6，等待检测正式开始。

2.机械手3和搬运机器人4的组合把弧形辊1放置在两对轴承231上方，使弧形辊1两个辊轴头13的靠近辊端件12的一端与轴承231接触，辊轴头13的外圆柱面和轴承231外圈的外圆柱面相切，弧形辊1能在两对轴承231上自由转动；由于弧形辊1的重心偏向弧形辊体11的弓背一侧，所以弧形辊体11的弓背一侧旋转至重心朝下，但是由于制造会有误差，弧形轴心线111的中点不一定很精确地位于两个辊轴头13轴心线的正下方，可能会向前或者向后有偏差。

3.所述平行夹爪213驱动两组检测辊212和检测辊架211的组合在前后方向同步相向平移，两个检测辊212分别抵在弧形辊体11中点处外圆柱面的前后两点上，如果弧形轴心线111的中点不在两个辊轴头13轴心线的正下方，则两个检测辊212驱动它小幅度转动，最终弧形轴心线111的中点正好位于辊轴头13轴心线的正下方。

4.旋转气动手指221驱动两个旋转夹爪222同步相向摆动，两个旋转夹爪222上的两个V型槽夹紧中间的辊轴头13；两个旋转气动手指221同时做以上动作，分别夹紧两个辊轴头13，弧形辊1被固定住不能移动。这期间弧形辊1被稍微抬起0.5至1毫米离开轴承231。在旋转气动手指221解除夹紧之前辊轴头13与轴承231始终不会接触，不会干涉弧形辊1转动九十度。两个检测辊212保持夹紧状态，弧形轴心线111的中点保持位于辊轴头13轴心线的正下方，弧形轴心线111的中点和辊轴头13轴心线位于同一个竖直平面上，此时弧形辊体的弓背竖直朝下。

5.人工旋转紧定螺钉210，使其解除夹紧。

6.平行夹爪213驱动两组检测辊212离开弧形辊1。

7.所述伺服电机25通过两个同步带轮24和同步带28驱动检测组件21向右移动，直到检测组件21平移至行程右端，纵移板218触碰第一行程开关26的碰珠并产生电信号，伺服电机25停止。

8.所述平行夹爪213驱动两组检测辊212和检测辊架211的组合在前后方向同步相向平移，两个检测辊212分别抵在弧形辊体11右端外圆柱面的前后两点上。

9.位移传感器216开始采集数据，同时伺服电机25驱动检测组件21朝左移动；由于弧形辊体11的横截面都是直径相等的圆形，两个检测辊212与弧形辊体11的两个接触点连接线段的中点正好位于弧形轴心线111上，从上向下观察，平行夹爪缸体2131、横移板214和横移导轨215的组合上任一点的运动轨迹都和弧形轴心线111的形状相同，位移传感器216检测到的横移导轨215前端面的位移等于弧形轴心线111相对应的一点与辊轴头13轴心线的距离；位移传感器216所采集的数据和弧形轴心线111上各点与辊轴头13轴心线的距离数据一一对应。位移传感器216所采集数据预期值全都为零。在采集数据期间，如果某一点朝前或者朝后偏离了弧形轴心线111的中点和辊轴头13轴心线所确定的竖直平面，则弧形辊体11会带动检测组件21前后移动相同的距离，位移传感器216就能检测到该偏差数值，即第一偏差值，并保存下来。此阶段，全部第一偏差值在区间范围[-1，+1]毫米范围内就计为合格；否则，有一个第一偏差值不合格，则认为该弧形辊1不合格。

检测辊212沿着弧形辊体11被动地滚动旋转，由于弧形辊体11是弧形的，也会产生上下方向小幅度的滑动摩擦。同步带轮24每旋转一周，则同步带28驱动检测组件21平移的距离等于同步带轮24的分度圆周长，以此规律推算伺服电机25的旋转角度和检测组件21位移之间的关系。

以弧形辊体11右端中心点为坐标原点O，以从右端中心点指向左端中心点的方向为x轴正方向，以垂直于弧形轴心线111所确定的平面向后的方向为y轴正方向建立平面直角坐标系，所检测到的弧形轴心线111上一点的坐标是（x ，y），单位是毫米，代表x处的第一偏差值为y，如图10所示。

10.所述伺服电机25驱动检测组件21向左移动直到检测组件21平移至行程左端，纵移板218触碰第二行程开关27的碰珠并产生电信号，伺服电机25停止，位移传感器216停止采集数据。

11.所述平行夹爪213驱动两组检测辊212和检测辊架211的组合在前后方向同步相背平移，两个检测辊212分别离开弧形辊体11左端外圆柱面。

12.摆动气缸223驱动旋转气动手指221、旋转夹爪222和弧形辊1的组合旋转九十度，从右向左观察是顺时针方向，直到弧形辊体11的弓背一侧水平朝后。

13.重复步骤7至步骤11。和上一次的测量不同的是，这一次弧形轴心线111的中点和辊轴头13轴心线位于一个共同水平面内，检测组件21沿着弧形辊体11走了一段圆弧路径。两个检测辊212与弧形辊体11的两个接触点连接线段的中点仍然位于弧形轴心线111上，平行夹爪缸体2131、横移板214和横移导轨215的组合上任一点的运动轨迹都和弧形轴心线111的形状相同，位移传感器216检测到的横移导轨215前端面的位移等于弧形轴心线111上一点相对于辊轴头13轴心线的位移；

以弧形辊体11右端中心点为坐标原点O，仍然以从右端中心点指向左端中心点的方向为x轴正方向，以平行于弧形轴心线111所确定的平面向后的方向为z轴正方向建立平面直角坐标系，所检测到的弧形轴心线111上一点的坐标是（x ，z），单位是毫米，代表x处对应的弧形轴心线111上的点与x轴的距离为z，如图11所示。

可以预定义几个x坐标对应弧形轴心线111上的点与x轴距离的预期距离z0，预定义点对应的坐标为（x ，z0），本实施例预定义了如下几个点（0，0）、（300，17.48）、（600，26.97）、（900，30）、（1200，26.97）、（1500，17.48）、（1800，0）；如果要检测再精确一些，可以预定义更多点坐标；第二偏差值等于弧形轴心线111上的点与x轴距离的检测值和预期距离的差（z-z0）；如果第二偏差值（z-z0）全部在区间范围[-1，+1]毫米内就计为合格；否则，有一个第二偏差值不合格，则认为该弧形辊1不合格。

14.摆动气缸223驱动旋转气动手指221、旋转夹爪222和弧形辊1的组合逆时针旋转九十度，恢复到弧形辊体11弓背朝下的方位。

15.旋转气动手指221驱动两个旋转夹爪222对辊轴头13解除夹紧，弧形辊1落在两对轴承231上方。

16.机械手3和搬运机器人4的组合把弧形辊1取走，根据评判结果，如果弧形辊1是合格的则放置在后续的合格品周转筐中，如果是不合格的则放置在后续的不合格品周转筐中。

一件弧形辊1的检测过程结束。

本发明的前、后、左、右方位是这样标定的，一个人在搬运机器人4底座的位置面向检测部2的中央部位立正站立，则本发明的前、后、左、右与这个人的前、后、左、右方向分别相同。

实施例2，一种卷纸用弧形辊的弧形自动检测装置的控制方法，具体来说是指人工旋松紧定螺钉210之后，由***自动完成的步骤，如图13所示，包括如下：

S1.伺服电机25驱动检测组件21向右移动；

S2.纵移板218触碰第一行程开关26的碰珠并产生电信号；

S3.伺服电机25停止；

S4.平行夹爪213驱动两组检测辊212和检测辊架211的组合同步相向平移；

S5.位移传感器216开始采集数据（x，y）；

S6.伺服电机25驱动检测组件21朝左移动;

S7.纵移板218触碰第二行程开关27的碰珠并产生电信号;

S8.伺服电机25停止;

S9.位移传感器216停止采集数据；

S10.平行夹爪213驱动两组检测辊212和检测辊架211的组合相背平移；

S11.摆动气缸223驱动弧形辊1顺时针旋转九十度；

S12.伺服电机25驱动检测组件21向右移动；

S13.纵移板218触碰第一行程开关26；

S14.伺服电机25停止；

S15.步骤S11和步骤S14全都完成后，平行夹爪213驱动两组检测辊212和检测辊架211的组合同步相向平移；

S16.位移传感器216开始采集数据（x,z）；

S17.伺服电机25驱动检测组件21朝左移动；

S18.纵移板218触碰第二行程开关27；

S19.伺服电机25停止；

S20.位移传感器216停止采集；

S21.平行夹爪213驱动两组检测辊212和检测辊架211的组合同步相背平移；

S22.摆动气缸223驱动弧形辊1逆时针旋转九十度；

S23.旋转气动手指221驱动旋转夹爪222解除夹紧；

S24.如果所有第一偏差值为y和第二偏差值（z-z0）都在区间范围[-1，+1]毫米内该弧形辊1就计为合格，否则认为该弧形辊1不合格；

S25.机械手3和搬运机器人4的组合把弧形辊1取走；

S26.如果弧形辊1是合格的则放置在后续的合格品周转筐中，如果该弧形辊1是不合格的则放置在后续的不合格品周转筐中；

S27.程序结束。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种卷纸用弧形辊的弧形自动检测装置，包括检测部（2）；所述检测部（2）包括检测组件（21）；其特征在于：所述检测组件（21）包括检测辊架（211）、检测辊（212）、平行夹爪（213）、横移板（214）、横移导轨（215）、位移传感器（216）、横移滑块（217）和纵移板（218）；

所述横移滑块（217）和纵移板（218）固定联接，所述横移板（214）和横移导轨（215）固定联接，所述横移滑块（217）和横移导轨（215）组成直线导轨副；横移导轨（215）在横移滑块（217）上前后平移；所述位移传感器（216）的外壳和纵移板（218）固定联接，所述位移传感器（216）的检测探头朝后伸出抵触在横移导轨（215）的前端，所述位移传感器（216）检测横移导轨（215）在前后方向往复平移的位移；

所述平行夹爪（213）包括平行夹爪缸体（2131）和两个平行夹爪爪体（2132）；两个检测辊架（211）分别和两个平行夹爪爪体（2132）固定联接，两个检测辊（212）分别和两个检测辊架（211）通过转动副相联；所述平行夹爪（213）驱动两组检测辊（212）和检测辊架（211）的组合在前后方向同步往复平移；两个检测辊（212）的旋转轴心线沿着竖直方向设置，其中一个检测辊（212）在另一个检测辊（212）的正前方；

所述检测部（2）还包括两个同步带轮（24）、伺服电机（25）、同步带（28）、检测支架（29）和纵移导轨（20）；还包括机架（5）；所述检测支架（29）和机架（5）固定联接；所述纵移导轨（20）固定联接在检测支架（29）上；所述检测组件（21）还包括纵移滑块（219），所述纵移滑块（219）和纵移板（218）固定联接；两个所述同步带轮（24）分别与检测支架（29）通过转动副相联；所述同步带（28）张紧地绕在两个同步带轮（24）上；所述伺服电机（25）的外壳和检测支架（29）固定联接；所述伺服电机（25）的输出轴和其中一个同步带轮（24）固定联接；所述纵移板（218）上固定设置有同步带夹（2181），所述同步带（28）上一点和同步带夹（2181）固定联接；所述伺服电机（25）通过两个同步带轮（24）和同步带（28）驱动检测组件（21）在左右方向往复平移；

所述检测部（2）还包括两个旋转夹持部（22）；所述旋转夹持部（22）包括旋转气动手指（221）、两个旋转夹爪（222）和摆动气缸（223）；所述旋转气动手指（221）包括旋转气动缸体（2211）和两个旋转气动指体（2212）；两个旋转气动指体（2212）分别和两个旋转夹爪（222）固定联接，旋转夹爪（222）上设有V型槽，旋转气动手指（221）驱动两个旋转夹爪（222）同步相向摆动，两个旋转夹爪（222）上的两个V型槽开口相对，夹紧中间的辊轴头（13）；所述摆动气缸（223）的缸体与检测支架（29）固定联接；所述摆动气缸（223）的输出轴和旋转气动缸体（2211）固定联接；其中一个旋转夹持部（22）在左边，另一个在右边，两对旋转夹爪（222）的两对V型槽分别夹紧弧形辊（1）左右两端的两个辊轴头（13），两个摆动气缸（223）的旋转轴心线和两个辊轴头（13）的轴心线全都在一条直线上，摆动气缸（223）带动弧形辊（1）绕其旋转轴心线往复摆动90度；

所述检测部（2）还包括两个临时托辊组件（23），所述临时托辊组件（23）包括两个轴承（231）和一个临时托架（232）；所述两个轴承（231）分别和临时托架（232）通过转动副相联，两个轴承（231）的间距小于辊轴头（13）的直径；两个临时托辊组件（23）分别位于两个旋转夹持部（22）中间，其中左边临时托辊组件（23）的两个轴承（231）托住左边辊轴头（13）的右端，右边临时托辊组件（23）的两个轴承（231）托住右边辊轴头（13）的左端。

2.如权利要求1所述的卷纸用弧形辊的弧形自动检测装置，其特征在于：所述检测部（2）还包括第一行程开关（26），所述第一行程开关（26）和检测支架（29）固定联接；检测组件（21）平移至行程右端时，纵移板（218）触碰第一行程开关（26）的碰珠并产生电信号。

3.如权利要求2所述的卷纸用弧形辊的弧形自动检测装置，其特征在于：所述检测部（2）还包括第二行程开关（27），所述第二行程开关（27）和检测支架（29）固定联接；检测组件（21）平移至行程左端时，纵移板（218）触碰第二行程开关（27）的碰珠并产生电信号。

4.如权利要求3所述的卷纸用弧形辊的弧形自动检测装置，其特征在于：还包括机械手（3）和搬运机器人（4），所述搬运机器人（4）的底座安装在机架（5）上；所述机械手（3）包括夹持气动手指（31）、两个夹持爪（32）和机械手支架（33）；所述夹持气动手指（31）包括夹持气动缸体（311）和两个夹持气动指体（312），所述夹持气动缸体（311）和机械手支架（33）固定联接；所述机械手支架（33）和搬运机器人（4）的机械臂末端固定联接；两个所述夹持爪（32）分别和两个夹持气动指体（312）固定联接，所述夹持爪（32）上设有V型槽，两个夹持气动手指（31）分别驱动两对夹持爪（32）相对摆动，两对V型槽两两相对，分别夹紧位于中间的两个辊轴头（13）。

5.如权利要求4所述的卷纸用弧形辊的弧形自动检测装置，其特征在于：还包括校正辊（6）；所述校正辊（6）包括三段；中间段是圆柱形，其直径等于弧形辊（1）的直径，中间段的长度等于弧形辊体（11）和两个辊端件（12）的总长度；左右两端各有一段校正轴头，两段校正轴头的直径与长度分别和两个辊轴头（13）的直径与长度相同。

6.如权利要求4或5所述的卷纸用弧形辊的弧形自动检测装置，其特征在于：还包括可编程逻辑控制器，所述第一行程开关（26）、第二行程开关（27）、伺服电机（25）、位移传感器（216）、平行夹爪（213）、摆动气缸（223）、旋转气动手指（221）、机械手（3）和搬运机器人（4）分别与可编程逻辑控制器电联接。

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