CN102901455A - 球冠半径快速在线检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种球冠半径快速在线检测装置，属于工业测量技术领域。该装置包括激光器，激光线垂直调整机构，垂直光栅尺，传感器控制器，激光器升降副，光栅尺定尺，读数头，纵移气浮座，RS-422信号转换模块，电动推杆，工件，显示与输入面板，控制器，报警器，纵向轨道，十字滑块，横移气浮座，检测台以及气浮垫；由电动推杆驱动，光栅尺测量位移数据，通过RS-422信号转换模块和控制器将信号传递给显示与输入面板和报警器，记录数据并报警不合格产品。本检测装置采用了高精度的激光器和光栅尺，同时使用气浮滑动副减少摩擦和磨损，保证测量精度达到μ级；程序计算采用四点计算方法，快速准确，实现快速测量，提高了生产效率。

Description

球冠半径快速在线检测装置

技术领域

本发明属于工业测量技术领域，具体涉及球冠半径快速在线检测装置，用于快速检测多种规格的球冠半径。

背景技术

在对配油盘等需要加工球冠的零件的生产现场，对球冠半径的精确检测对零件加工装配和质量保证有重要意义。球冠小于半球，其表面任意圆弧对应的圆心角都小于180°，用常规量具测量球冠半径比较困难。在现有的测量方法中，对球冠半径的测量主要有四种：

1、一般机械单位采用圆弧样板来比较球冠半径，这种方法简单易行但只能粗略估计，误差较大，不能适应高质量加工。

2、采用百分表和测量环测得球冠上两个平行节圆半径以及节圆距离，经计算获得球冠半径，受到测量环加工制约，测量误差较大。

3、接触式轮廓测量仪法，用接触式测量装置测得球冠一个截面的离散数据，经过适当的数据处理获得所测轮廓线的曲率半径，该方法只能针对镜面某一截面进行测量，测量精度有限，不能进行精确测量。

4、三坐标测量机法是目前较为通用的球冠半径测量方法，通过三坐标测头三维移动获取全口径的测量数据，通过最小二乘法拟合的方法得到丁点曲率半径，可以实现较高的精度，其缺点是成本较高、测量速度慢，难以满足生产现场快速测量。

发明内容

本发明针对现有球冠半径测量存在的技术问题，提供一种球冠半径快速在线检测装置。

本发明所提供的球冠半径快速在线检测装置结构包括激光器1、激光线垂直调整机构2、垂直光栅尺3、传感器控制器4、激光器升降副5、光栅尺定尺6、读数头7、纵移气浮座8、RS-422信号转换模块9、第一电动推杆10A、第二电动推杆10B、被测球冠半径的工件11、显示与输入面板12、控制器13、报警器14、纵向轨道15、十字滑块16、横移气浮座17、检测台18以及气浮垫19；所述激光器1固定于所述激光线垂直调整机构2上并位于所述检测台18上方，通过调整激光线垂直调整机构2使所述激光器1发射的激光线垂直于所述检测台18，所述激光器1通过所述激光器升降副5实现升降，由所述垂直光栅尺3检测所述激光器1的垂直移动距离；所述工件11固定在所述横移气浮座17上，所述横移气浮座17置于所述纵移气浮座8上，所述纵移气浮座8和检测台18之间通过所述气浮垫19相连；所述检测台18上安装有两个相互垂直的电动推杆：第一电动推杆10A、第二电动推杆10B，所述第一电动推杆10A、第二电动推杆10B分别与所述横移气浮座17、纵移气浮座8相连，使工件11能在两个相互垂直的方向移动，所述纵移气浮座8和横移气浮座17移动时一直由通气系统进气使其悬浮，当置于所述横移气浮座17上的工件11到达所需位置时，通气系统关闭；所述纵向轨道15固定在检测台18上方的气浮垫19上；所述横移气浮座17通过所述十字滑块16与纵移气浮座8相连；在所述纵向轨道15和纵移气浮座8上均装有光栅尺定尺6，通过装在所述纵移气浮座8和横移气浮座17上的读数头7测量到所述气浮座19的平面移动距离，由RS-422信号转换模块9转换信号再通过控制器局域网络CAN传递到所述控制器13，最后信号传递给所述显示与输入面板12及报警器14。

所述激光线垂直调整机构2由两个串联的蜗杆副组成，能够实现激光线在两个垂直面内的微小摆动，确保激光线垂直于所述检测台18以减少测量误差。

所述浮动座19上安装有两个相互垂直的高精度气浮滑动副。

本发明所提供的检测装置采取非接触测量法并且利用高精度激光测距与光栅尺配合的方法实现球面多点三维坐标的检测，按排列组合取其中四点分别计算，得到多个球面半径值，取平均值作为检测结果，通过显示与输入面板直接显示，开始测量时，由激光器检测激光源到球面垂直距离，由光栅尺检测工件在水平面内的位置，这样就可获得多点的空间坐标，再利用几何原理计算球面半径。

本检测装置采用了高精度的激光器和光栅尺，同时使用气浮滑动副减少摩擦和磨损，光栅尺检测的位置尺寸及激光器检测的激光线长其数据应达到小数点后4位，确保球半径计算精确到μ级。程序计算采用四点计算方法，快速准确，实现快速测量，提高了生产效率。附图说明

图1：本发明装置结构示意图；

图2：本发明检测流程图。

图中：1：激光器；2：激光线垂直调整机构；3：垂直光栅尺；4：传感器控制器；5激光器升降副；6：光栅尺定尺；7：读数头；8：纵移气浮座；9：RS-422信号转换模块；10A：第一电动推杆；10B第二电动推杆；11：被测球冠半径的工件11；12：显示与输入面板；13：控制器；14：报警器；15：纵向轨道；16：十字滑块：17：横移气浮座：18：检测台： 19：气浮垫；CAN：控制器局域网络。

具体实施方式

以测量配油盘缸体球冠半径为例进一步说明本发明。

配油盘缸体球冠半径快速在线检测装置主要包括激光器1，激光线垂直调整机构2，垂直光栅尺3，传感器控制器4，激光器升降副5，光栅尺定尺6，读数头7，纵移气浮座8，RS-422信号转换模块9，电动推杆10，工件11，显示与输入面板12，控制器13，报警器14，纵向轨道15，十字滑块16，横移气浮座17，检测台18，气浮垫19。激光器1固定在激光线垂直调整机构2上，激光线垂直调整机构2由两个串联的蜗杆副组成，实现激光线在两个相互垂直面内的微小摆动，气浮座19上安装有两个相互垂直高精度气浮滑动副，由固定在检测台18上的电动推杆10实现直线移动。

测量时需要首先检验激光器1的垂直度，移去气浮垫19，先检测激光器1到精加工的检测台18面距离，再将一块上下面严格平行的精加工的块板放在检测台18上，测距，两距相减等于块板厚（μ级），则激光线垂直于检测台18。然后在精加工检测台18上放置气浮座19，将工件11置于气浮座19上并使球冠处于激光器1下，启动系统选择检测模式和工件类型，激光器1启动，同时电动推杆10驱动横移气浮座17和纵移气浮座8移动，用读数头7和光栅尺定尺6检测其位移，检测球冠表面四点的三维坐标通过计算可以得到球冠半径并在显示和输入面板12上显示且记录误差，若球冠半径不合格则会报警提示。

Claims (3)

1.一种球冠半径快速在线检测装置，其特征在于所述检测装置包括激光器（1）、激光线垂直调整机构（2）、垂直光栅尺（3）、传感器控制器（4）、激光器升降副（5）、光栅尺定尺（6）、读数头（7）、纵移气浮座（8）、RS-422信号转换模块（9）、第一电动推杆（10A）、第二电动推杆（10B）、被测球冠半径的工件（11）、显示与输入面板（12）、控制器（13）、报警器（14）、纵向轨道（15）、十字滑块（16）、横移气浮座（17）、检测台（18）以及气浮垫（19）；所述激光器（1）固定于所述激光线垂直调整机构（2）上并位于所述检测台（18）上方，通过调整激光线垂直调整机构（2）使所述激光器（1）发射的激光线垂直于所述检测台（18），所述激光器（1）通过所述激光器升降副（5）实现升降，由所述垂直光栅尺（3）检测所述激光器（1）的垂直移动距离；所述工件（11）固定在所述横移气浮座（17）上，所述横移气浮座（17）置于所述纵移气浮座（8）上，所述纵移气浮座（8）和检测台（18）之间通过所述气浮垫（19）相连；所述检测台（18）上安装有两个相互垂直的电动推杆：第一电动推杆（10A）、第二电动推杆（10B），所述第一电动推杆（10A）、第二电动推杆（10B）分别与所述横移气浮座（17）、纵移气浮座（8）相连，使工件（11）能在两个相互垂直的方向移动，所述纵移气浮座（8）和横移气浮座（17）移动时一直由通气系统进气使其悬浮，当置于所述横移气浮座（17）上的工件（11）到达所需位置时，通气系统关闭；所述纵向轨道（15）固定在检测台（18）上方的气浮垫（19）上；所述横移气浮座（17）通过所述十字滑块（16）与纵移气浮座（8）相连；在所述纵向轨道（15）和纵移气浮座（8）上均装有光栅尺定尺（6），通过装在所述纵移气浮座（8）和横移气浮座（17）上的读数头（7）测量到所述气浮座（19）的平面移动距离，由RS-422信号转换模块（9）转换信号再通过控制器局域网络（CAN）传递到所述控制器（13），最后信号传递给所述显示与输入面板（12）和报警器（14）。

2.根据权利要求1所述的球冠半径快速在线检测装置，其特征在于所述激光线垂直调整机构（2）由两个串联的蜗杆副组成，能够实现激光线在两个垂直面内的微小摆动，确保激光线垂直于所述检测台（18）以减少测量误差。

3.根据权利要求1所述的球冠半径快速在线检测装置，其特征在于所述浮动座（19）上安装有两个相互垂直的高精度气浮滑动副。

Images