CN102589469B

CN102589469B - 平面共轭凸轮轮廓检测装置及其控制方法

Info

Publication number: CN102589469B
Application number: CN 201210026457
Authority: CN
Inventors: 郭建江; 张建生; 沈洪雷; 徐磊; 庄志红
Original assignee: Changzhou Institute of Technology
Current assignee: Changzhou Institute of Technology
Priority date: 2012-02-07
Filing date: 2012-02-07
Publication date: 2013-11-06
Anticipated expiration: 2032-02-07
Also published as: CN102589469A

Abstract

一种平面共轭凸轮轮廓检测装置，包括工作台、凸轮旋转机构、检测控制系统，所述凸轮旋转机构的无间隙齿轮减速器的输出轴的上端连接被测平面共轭凸轮，输出轴的下端连接一角度编码器，一升降托架上固定有上水平导轨，上水平导轨上滑动连接有上直线光栅尺，上直线光栅尺的后端由拉线连接一吊锤，在工作台上且处于上水平导轨的下方固定有下水平导轨，下水平导轨上滑动连接有下直线光栅尺，下直线光栅尺的后端连接有压簧，上、下直线光栅尺分别配备上、下电磁自锁机构。本检测装置检测精确度高，能够实现平面共轭凸轮同时测量内、外轮廓尺寸，提高检测效率并能保证凸轮共轭一致性。

Description

平面共轭凸轮轮廓检测装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种平面共轭凸轮轮廓检测装置及其控制方法。

背景技术

平面共轭凸轮广泛应用于各种自动化机械中，平面共轭凸轮轮廓尺寸测量要求同时测量内外轮廓尺寸，保证凸轮共轭一致性才能达到测量的精确要求。现有的平面共轭凸轮测量主要采用三坐标测量仪和专用凸轮测量仪，三坐标测量仪测量精度高，但是价格昂贵，而且测量效率也比较低；专用凸轮测量仪大多是针对测量凸轮外廓设计，无法同时测量平面共轭凸轮的内外轮廓线，以保证共轭一致性。中国申请公布号是CN 102200762 A(申请号201110096390.3)的发明专利申请公开了一种凸轮轮廓检测用数控系统，包括用于带动凸轮绕垂向的心轴水平同轴旋转的控转台、水平设于数控转台一侧的导轨同步带组件、设于该导轨同步带组件中的同步带上且于凸轮一侧的激光测距头、用于测量所述激光测距头的水平位移量的光栅尺位移传感器、用于检测凸轮的旋转角度的编码器、以及工控机；所述工控机控制所述数控转台和导轨同步带组件动作，并根据所述激光测距头、光栅尺位移传感嚣和编码器测得的数据计算出凸轮的外轮廓数据。中国申请公布号是CN 102122144 A (申请号201110051996.5) 的发明专利申请公开了一种用于凸轮轮廓检测的数控系统，包括用于带动凸轮绕垂向的心轴水平同轴旋转的数控转台、水平设于数控转台一侧的丝杠螺母副、设于该丝杠螺母副的活动螺母上且于凸轮一侧的激光测量头、用于测量所述活动螺母的水平位移量的光栅尺位移传感器、用于检测凸轮的旋转角度的编码器、以及工控机；所述工控机控制所述数控转台和丝杠螺母副动作，并根据所述激光测量头，光栅尺位移传感器和编码器测得的数据得出凸轮的外轮廓数据。上述两种凸轮轮廓检测的数控系统都只能适宜测量凸轮外轮廓线，无法对平面共轭凸轮的内、外轮廓线同时测量。

发明内容

本发明的目的在之一是提出一种精确度高、检测效率高的平面共轭凸轮轮廓检测装置，本发明的目的之二是提出一种对上述平面共轭凸轮轮廓检测装置的控制方法。

本发明提出的平面共轭凸轮轮廓检测装置采取的技术方案如下：包括工作台、设置在工作台前部由工作台支撑的凸轮旋转机构，此外，还包括检测控制系统，所述凸轮旋转机构具有第一交流伺服电机和无间隙齿轮减速器，无间隙齿轮减速器的输出轴的上端连接被测平面共轭凸轮，输出轴的下端连接一角度编码器，在工作台上固定有主支架，主支架上固定有第二交流伺服电机，第二交流伺服电机通过滚珠丝杠传动副带动一升降托架升降，升降托架上固定有上水平导轨，上水平导轨上滑动连接有上直线光栅尺，上直线光栅尺的前端通过连接杆可拆连接有内廓检测触针，工作台的后部固定有导轮支架，导轮支架上固定有第一导轮，上直线光栅尺的后端固定有拉线，拉线绕过第一导轮，其末端连接一吊锤，在工作台上且处于上水平导轨的下方固定有下水平导轨，下水平导轨上滑动连接有下直线光栅尺，下直线光栅尺的前端可拆连接有外廓检测触针，下直线光栅尺的后端与导轮支架之间设有压簧，上、下直线光栅尺分别配备上、下电磁自锁机构。

所述升降托架的后端通过支座固定有第二导轮，拉线绕过第二导轮。

所述上电磁自锁机构包括固定在升降托架上的上行程开关和上行程电磁铁以及固定在上直线光栅尺相应位置上的上行程挡块；所述下电磁自锁机构包括固定在工作台上的下行程开关和下行程电磁铁以及固定在下直线光栅尺相应位置上的下行程挡块。

所述检测控制系统包括单片机和光电隔离电路，单片机连接有键盘和显示屏；光电隔离电路采集角度编码器的角度信号、上直线光栅尺的位移信号、下直线光栅尺的位移信号、上行程开关的信号和下行程开关的信号输送至单片机；单片机通过隔离电路控制上行程电磁铁锁紧、下行程电磁铁锁紧、控制第一交流伺服电机运转、控制第二交流伺服电机运转；单片机接受到角度信号、下直线光栅尺的位移信号和上直线光栅尺的位移信号，经计算得出平面共轭凸轮的内外轮廓线数据。

本发明提出的控制方法采取的技术方案如下：检测开始，单片机接受到键盘要求第二交流伺服电机正向运转的信号，控制第二交流伺服电机正向运转，使升降托架下降至一定位置，单片机接受到键盘要求上行程电磁铁和下行程电磁铁解锁的信号，控制上行程电磁铁和下行程电磁铁解锁，使上直线光栅尺的内廓检测触针触及被测平面共凸轮的内轮廓，下直线光栅尺的外廓检测触针触及被测平面共轭凸轮的外轮廓，单片机接受到键盘输入的启动检测信号，人机对话，选择是否需要变更模糊调速参数，如不需要变更模糊调速参数，则模糊调速控制第一交流伺服电机旋转，从而带动被测平面共轭凸轮旋转，进行数据采集、处理，并把数据传至显示屏，如需要变更模糊调速参数，则恒速控制第一交流伺服电机，对被测平面共轭凸轮轮廓尺寸模糊分段处理，确定模糊调速控制参数，再模糊调速控制第一交流伺服电机旋转，当接受到键盘输入的停止检测信号，控制第一交流伺服电机停转，当接受到上、下行程开关信号，启动上、下行程电磁铁锁紧，当接受到键盘输入的第二交流伺服电机反向运转信号，控制第二交流伺服电机反向运转，使升降托架上升复原。

模糊调速是根据被测平面共轭凸轮内外轮廓尺寸变化大小确定被测平面共轭凸轮转速，对于内外轮廓尺寸数据变化较大的尺寸段降低转速，对于内外轮廓尺寸数据变化较小的尺寸段提高转速。

本发明的检测装置能够实现平面共轭凸轮同时测量内、外轮廓尺寸，提高检测效率，并能保证凸轮共轭一致性。检测装置采用无间隙齿轮减速器输出轴将平面共轭凸轮和角度编码器同轴连接，减少传动间隙和误差，提高角度测量的精度。本发明利用压簧的弹性力和吊锤的重力使外廓检测触针和内廓检测触针分别与被测平面共轭凸轮的外轮廓和内轮廓平稳接触，有利于提高检测精度，本发明采用模糊调速控制调节伺服电机转速，进一步提高了检测效率和检测精度。本检测装置中，上、下电磁自锁机构的设置，可减少检测过程中的安装和拆卸凸轮的时间，有利于提高检测效率。

附图说明

图1为平面共轭凸轮轮廓检测装置的示意图。

图2为平面共轭凸轮轮廓检测装置的控制框图。

图3为平面共轭凸轮轮廓检测装置的控制方法流程图。

具体实施方式

实施例

见图1和图2，本实施例是一种平面共轭凸轮轮廓线检测装置，包括工作台1、设置在工作台1前部由工作台1支撑的凸轮旋转机构2，此外，还包括检测控制系统。

所述凸轮旋转机构2具有第一交流伺服电机2-1和无间隙齿轮减速器2-2，第一交流伺服电机2-1包括驱动器。无间隙齿轮减速器2-2的输出轴两端都能输出，输出轴的上端连接被测平面共轭凸轮A，输出轴的下端连接一角度编码器2-3，第一交流伺服电机2-1带动无间隙齿轮减速器2-2的输出轴旋转，实现检测平面共轭凸轮的旋转角位移，由于被测平面共轭凸轮A和角度编码器2-3连接在同一轴上，这种设计减少了传动间隙和误差，提高角度测量的精度。

在工作台1上固定有主支架9，主支架9上固定有第二交流伺服电机7，第二交流伺服电机7包括驱动器。第二交流伺服电机7通过滚珠丝杠传动副8带动一升降托架10升降，升降托架10上固定有上水平导轨4，上水平导轨4上滑动连接有上直线光栅尺5，工作台1的后部固定有导轮支架19，导轮支架19上固定有第一导轮11，升降托架10的后端通过支座10-1固定有第二导轮12，上直线光栅尺5的后端固定有拉线17，拉线17绕过第一导轮11和第二导轮12穿过工作台1上的孔，其末端连接一吊锤20。上直线光栅尺5的前端通过连接杆3-1可拆连接有玛瑙材质的内廓检测触针3。工作台1上且处于上水平导轨4的下方设有下水平导轨14，下水平导轨14上滑动连接有下直线光栅尺15，下直线光栅尺15的前端可拆连接有玛瑙材质的外廓检测触针13。下直线光栅尺15的后端与导轮支架19之间设有压簧18。

上直线光栅尺5由吊锤20通过拉线17拉动，通过调换不同重量的吊锤20调整拉力的大小，使内廓检测触头3平稳接触平面共轭凸轮的内廓。下直线光栅尺15由压簧18的弹性力推动，通过调换不同规格的压簧18调整推力的大小，使外廓检测触针13平稳接触平面共轭凸轮的外廓。

所述上、下直线光栅尺5、15分别配备上、下电磁自锁机构6、16。所述上电磁自锁机构6包括固定在升降托架10上的上行程开关6-1和上行程电磁铁6-2以及固定在上直线光栅尺5相应位置上的上行程挡块6-3。所述下电磁自锁机构16包括固定在工作台1上的下行程开关16-1和下行程电磁铁16-2以及固定在下直线光栅尺15相应位置上的下行程挡块16-3。

所述检测控制系统包括单片机和光电隔离电路，单片机连接有键盘和显示屏；单片机通过光电隔离电路接受角度编码器的角度信号、下直线光栅尺的位移信号、上直线光栅尺的位移信号、下行程开关的信号和上行程开关的信号；单片机通过光电隔离电路控制下行程电磁铁锁紧、上行程电磁铁锁紧、控制第一交流伺服电机运转、控制第二交流伺服电机运转；单片机接受到角度信号、下直线光栅尺的位移信号和上直线光栅尺的位移信号，经数据滤波和计算得出平面共轭凸轮的内外轮廓线数据。此外，与单片机接口的大容量存储器可以存储采集数据供用户查询、与单片机接口的USB接口、RS232串行接口、以太网接口可以给用户提供多种接口将采集的数据上传上位计算机进行处理。

检测装置初始状态：上直线光栅尺5处于高位且被拉向前侧，使内廓检测触头3偏离即将要安装的平面共轭凸轮的内壁，上直线光栅尺5由上行程电磁铁6-2锁紧。下直线光栅尺15被拉向后侧，使外廓检测触头13偏离即将要安装的平面共轭凸轮的外壁，下直线光栅尺15由下行程电磁铁16-2锁紧。

见图3，控制方法如下：安装好被测平面共轭凸轮，检测开始，单片机接受到键盘要求第二交流伺服电机7运转的信号，控制第二交流伺服电机7运转，带动滚珠丝杠旋转，使升降托架10沿滚珠丝杠下降，并带动上直线光栅尺5下降，升降托架10下降至一定位置，单片机接受到键盘要求下行程电磁铁16-2和上行程电磁铁6-2解锁的信号，控制上行程电磁铁6-2和下行程电磁铁16-2解锁，上直线光栅尺5在吊锤20重力作用下沿上水平导轨4缓慢滑行，直至内廓检测触针3触及被测平面共凸轮A的内轮廓，下直线光栅尺15在压簧18的弹性力作用下沿下水平导轨14缓慢滑行，直至下直线光栅尺15的外廓检测触针13触及被测平面共轭凸轮A的外轮廓，此时单片机接受到键盘输入的启动检测信号，人机对话选择是否需要变更模糊调速参数，如不需要变更模糊调速参数，则模糊调速控制第一交流伺服电机2-1旋转，带动被测平面共轭凸轮旋转5至6周，进行数据采集、滤波处理、计算，得到的被测平面共轭凸轮内外轮廓线数据在显示屏上显示，如需要变更模糊调速参数，先恒速控制第一交流伺服电机2-1，带动被测平面共轭凸轮旋转2至3周，对被测平面共轭凸轮轮廓尺寸模糊分段处理，确定模糊调速控制参数，再模糊调速控制第一交流伺服电机2-1旋转，当单片机接受到键盘输入的停止检测信号，控制第一交流伺服电机2-1停转，由操作人员拉动上直线光栅尺5和下直线光栅尺15，拉动上直线光栅尺5向前侧移动，使内廓检测触头3脱离被测平面共轭凸轮的内壁，直到上直线光栅尺5上的上行程挡块6-3触及上行程开关6-1，拉动下直线光栅尺15向后侧移动，使外廓检测触头13脱离被测平面共轭凸轮的外壁，直到下直线光栅尺15上的下行程挡块16-3触及下行程开关16-1，当单片机接受到上、下行程开关6-1、16-1的信号，控制上、下行程电磁铁6-2、16-2分别对上直线光栅尺5和下直线光栅尺15锁紧，当接受到键盘输入的第二交流伺服电机7反向运转信号，控制第二交流伺服电机7反向运转，使升降托架10上升复原，卸下被测平面共轭凸轮。当单片机再次接受到键盘要求第二交流伺服电机7运转的信号，下一个被测平面共轭凸轮的检测开始。

模糊调速是根据被测平面共轭凸轮内外轮廓尺寸变化大小确定被测平面共轭凸轮转速，对于内外轮廓尺寸数据变化较大的尺寸段降低转速，对于内外轮廓尺寸数据变化较小的尺寸段提高转速。对于一批同一类的平面共轭凸轮模糊调速控制参数确定，只需对第一个被检测的平面共轭凸轮进行轮廓尺寸模糊分段处理，确定模糊调速控制参数，其他的平面共轭凸轮的检测控制可以直接进入模糊调速控制。

本装置不但适用已知内外轮廓尺寸的平面共轭凸轮的检测，而且还适用未知内外轮廓尺寸的平面共轭凸轮的检测，或者内外轮廓有磨损的平面共轭凸轮的检测。前者检测平面共轭凸轮加工的共轭一致性和尺寸公差；后者主要检测平面共轭凸轮基准轮的尺寸或者修复磨损凸轮。

设上直线光栅尺5、下直线光栅尺15的零位点到平面共轭凸轮A的中心轴线的距离为L0，当所述的平面共轭凸的旋转角位移为 θ i时，上直线光栅尺5测得直线位移尺寸为L1i，下直线光栅尺15测得直线位移尺寸为L2i，则平面共轭凸轮内轮廓极坐标径向尺寸 ρ 1（ θ i）= L0—L1i，平面共轭凸轮的外轮廓极坐标径向尺寸 ρ 2（ θ i）= L0—L2i，i =1,2,3......,n；n为平面共轭凸轮旋转一周的过程中同时检测 θ i、L1i、L2i测量值的次数，0°≤ θ i≤360°；n的值越大，测得的平面共轭凸轮内外轮廓的尺寸数据越精确。

Claims

1.一种平面共轭凸轮轮廓检测装置，包括工作台（1）、设置在工作台（1）前部由工作台（1）支撑的凸轮旋转机构（2），此外，还包括检测控制系统，其特征在于：所述凸轮旋转机构（2）具有第一交流伺服电机（2-1）和无间隙齿轮减速器（2-2），无间隙齿轮减速器（2-2）的输出轴的上端连接被测平面共轭凸轮（A），输出轴的下端连接一角度编码器（2-3），在工作台（1）上固定有主支架（9），主支架（9）上固定有第二交流伺服电机（7），第二交流伺服电机（7）通过滚珠丝杠传动副（8）带动一升降托架（10）升降，升降托架（10）上固定有上水平导轨（4），上水平导轨（4）上滑动连接有上直线光栅尺（5），上直线光栅尺（5）的前端通过连接杆（3-1）可拆连接有内廓检测触针（3），工作台（1）的后部固定有导轮支架（19），导轮支架（19）上固定有第一导轮（11），上直线光栅尺（5）的后端固定有拉线（17），拉线（17）绕过第一导轮（11），其末端连接一吊锤（20），在工作台（1）上且处于上水平导轨（4）的下方固定有下水平导轨（14），下水平导轨（14）上滑动连接有下直线光栅尺（15），下直线光栅尺（15）的前端可拆连接有外廓检测触针（13），下直线光栅尺（15）的后端与导轮支架（19）之间设有压簧（18），上、下直线光栅尺（5、15）分别配备上、下电磁自锁机构（6、16）。

2.根据权利要求1所述的平面共轭凸轮轮廓检测装置，其特征在于：所述升降托架（10）的后端通过支座（10-1）固定有第二导轮（12），拉线绕过第二导轮（12）。

3.根据权利要求1所述的平面共轭凸轮轮廓检测装置，其特征在于：所述上电磁自锁机构（6）包括固定在升降托架（10）上的上行程开关（6-1）和上行程电磁铁（6-2）以及固定在上直线光栅尺（5）相应位置上的上行程挡块（6-3）；所述下电磁自锁机构（16）包括固定在工作台（1）上的下行程开关（16-1）和下行程电磁铁（16-2）以及固定在下直线光栅尺（15）相应位置上的下行程挡块（16-3）。

4.根据权利要求1所述的平面共轭凸轮轮廓检测装置，其特征在于：所述检测控制系统包括单片机和光电隔离电路，单片机连接有键盘和显示屏；光电隔离电路采集角度编码器的角度信号、上直线光栅尺的位移信号、下直线光栅尺的位移信号、上行程开关的信号和下行程开关的信号输送至单片机；单片机通过光电隔离电路控制上行程电磁铁锁紧、下行程电磁铁锁紧、控制第一交流伺服电机运转、控制第二交流伺服电机运转；单片机接受到角度信号、下直线光栅尺的位移信号和上直线光栅尺的位移信号，经计算得出平面共轭凸轮的内外轮廓线数据。

5.一种如权利要求1-4所述平面共轭凸轮轮廓检测装置的控制方法，其特征在于：检测开始，单片机接受到键盘要求第二交流伺服电机（7）正向运转的信号，控制第二交流伺服电机（7）正向运转，使升降托架（10）下降至一定位置，单片机接受到键盘要求上行程电磁铁（6-2）和下行程电磁铁（16-2）解锁的信号，控制上行程电磁铁（6-2）和下行程电磁铁（16-2）解锁，使上直线光栅尺（5）的内廓检测触针（3）触及被测平面共轭凸轮（A）的内轮廓，下直线光栅尺（15）的外廓检测触针（13）触及被测平面共轭凸轮（A）的外轮廓，单片机接受到键盘输入的启动检测信号，人机对话，选择是否需要变更模糊调速参数，如不需要变更模糊调速参数，则模糊调速控制第一交流伺服电机（2-1）旋转，从而带动被测平面共轭凸轮旋转，进行数据采集、处理，并把数据传至显示屏，如需要变更模糊调速参数，则恒速控制第一交流伺服电机（2-1），对被测平面共轭凸轮轮廓尺寸模糊分段处理，确定模糊调速控制参数，再模糊调速控制第一交流伺服电机（2-1）旋转，当接受到键盘输入的停止检测信号，控制第一交流伺服电机（2-1）停转，当接受到上、下行程开关（6-1、16-1）信号，启动上、下行程电磁铁（6-2、16-2）锁紧，当接受到键盘输入的第二交流伺服电机（7）反向运转信号，控制第二交流伺服电机（7）反向运转，使升降托架（10）上升复原；上述模糊调速是根据被测平面共轭凸轮内外轮廓尺寸变化大小确定被测平面共轭凸轮转速，对于内外轮廓尺寸数据变化较大的尺寸段降低转速，对于内外轮廓尺寸数据变化较小的尺寸段提高转速。