CN103424079A - 大工件直径激光测量系统及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大工件直径激光测量系统及测量方法，属于精密测量领域。测量系统包括测量装置和主机箱；测量装置包括激光扫描头、步进电机和测量架；测量架内安装有精密导轨和精密丝杆；激光扫描头搭载在精密丝杆上、精密丝杆置于精密导轨上、由步进电机驱动运行；测量架两端设有可转动的支撑脚；主机箱中包括微处理器、激光控制器、数据采集模块数据处理模块、走位控制器、激光电源、显示屏。测量方法包括校准、测量和计算。本发明减轻了检验人员的劳动强度，提高检测效率，克服手工操作、目视读数、人工计算等人为因素影响，提高测量精度和可靠性。测量直径范围600-1400mm，精度0.1mm。可用于工业现场大工件直径的测量。

Description

大工件直径激光测量系统及测量方法

技术领域

本发明涉及工件测量装置，尤其是工件直径的激光测量，属于精密测量技术领域。

背景技术

目前，工业生产中，为判别圆工件的直径是否满足要求，常需要对圆工件的直径进行测量。工件的几何形状及精度要求是否合格会直接影响到产品的质量。特别是工件在经过一段时间的使用后，因受热和其他因素，会产生辊身热凸、磨损变形的现象，如在这种情况下轧制产品时，不但会严重影响产品的质量，而且会减少设备其他构件如轴承等机件的寿命。正确的测量与检验工件(圆)，是认识其机械性能、几何形状及其精度状况的基本手段。通过检测可以达到正确判断工件是否符合精度要求，并根据测量得到的误差值，分析产生误差的原因，从而采取措施改进工艺，以保证和不断提高工件的加工精度。

对小直径的精密测量，可使用弓高弦长法、直径千分尺、游标卡尺等。大直径的测量，一般使用卡钳和钢板尺，由卡钳张开卡住工件的直径，再在钢板尺上由张开口复核该张开口的长度得到直径；也有使用π尺测量大直径的方式，但不适用工业现场大工件直径的测量。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种大工件直径激光测量系统及方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

工件直径激光测量系统，包括测量装置和主机箱；测量装置包括激光扫描头、步进电机和测量架；测量架内安装有精密导轨和精密丝杆；激光扫描头搭载在精密丝杆上、精密丝杆置于精密导轨上、由步进电机驱动运行；测量架两端设有可转动的支撑脚；主机箱中包括微处理器、激光控制器、数据采集模块数据处理模块、走位控制器、激光电源、显示屏；微处理器向激光控制器发送信号，激光控制器向激光扫描头发送信号；激光扫描头依次向数据采集模块、数据处理模块、微处理器回传信号；微处理器通过走位控制器控制步进电机；微处理器向显示屏发送信号；激光电源向激光控制器供电。

大工件直径激光测量方法，包括以下步骤：

A.校准：将测量架放置在被测工件上，开启主机箱电源，调整测量架的支撑脚，使测量架与被测物体垂直，调整测量架的高度，使显示屏上的基准线为一直线；

B.测量：调整主机箱档位，开启步进电机，通过精密丝杆沿精密导轨推动搭载的激光扫描头)扫描被测工件的一段圆弧面；

C.计算：由精密导轨至被测工件圆弧上一系列点的二维坐标值、及步进电机的步进值，构成空间三维坐标，通过微处理器进行拟合计算，得出被测工件的直径值，由显示屏显示。

本发明的有益效果是，减轻了检验人员的劳动强度，提高检测效率，克服手工操作、目视读数、人工计算等人为因素影响，提高测量精度和可靠性。测量直径范围600-1400mm，精度0.1mm。可用于工业现场大工件直径的测量。

附图说明

图1是本发明总体结构框图；

图2是图1中测量架结构示意图；

图3是本发明电路联接框图。

图中零部件及编号：

1-激光扫描头，2-步进电机，3-测量架，4-精密导轨，5-精密丝杆，

6-支撑脚，7-显示屏，8-被测工件，9-数据采集模块，

10-数据处理模块，11-微处理器，12-激光控制器，13-走位控制器，

14-激光电源。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进一步说明。

参见图1-3，大工件直径激光测量系统，包括测量装置和主机箱；测量装置包括激光扫描头1、步进电机2和测量架3；测量架3内安装有精密导轨4和精密丝杆5；激光扫描头1搭载在精密丝杆5上、精密丝杆5置于精密导轨4上、由步进电机2驱动运行；测量架3两端设有可转动的支撑脚6；主机箱中包括微处理器11、激光控制器12、数据采集模块9、数据处理模块10、走位控制器13、激光电源14、显示屏7；微处理器11向激光控制器12发送信号，激光控制器12向激光扫描头1发送信号；激光扫描头1依次向数据采集模块9、数据处理模块10、微处理器11回传信号；微处理器11通过走位控制器13控制步进电机2；微处理器11向显示屏7发送信号；激光电源14向激光控制器12供电。

激光扫描头1为二维激光扫描头。步进电机2为精密步进电机。

大工件直径激光测量方法，包括以下步骤：

A.校准：将测量架(3)放置在被测工件(8)上，开启主机箱电源，调整测量架(3)的支撑脚(6)，使测量架(3)与被测物体垂直，调整测量架(3)的高度，使显示屏(7)上的基准线为一直线；

B.测量：调整主机箱档位，开启步进电机2，通过精密丝杆5沿精密导轨4推动搭载的激光扫描头1扫描被测工件8的一段圆弧面；

C.计算：由精密导轨4至被测工件8圆弧上一系列点的二维坐标值、及步进电机2的步进值，构成空间三维坐标，通过微处理器11进行拟合计算，得出被测工件8的直径值，由显示屏7显示。

测量架3采用聚砜塑料整体铸造加工制造，测量架3内安装有精密导轨4和精密丝杆5，由步进电机2推动搭载的二维激光扫描头1扫描一段圆弧，得到精密导轨4至圆弧面上一系列点的空间坐标值，通过微处理器11进行拟合，得到最优的测量圆直径。在测量之前可以根据被测量工件8的大小，来对测量架3进行调整，调整档位后再将其固定，然后将调整好的测量架3放置被测工件8上面，并且与其保持近90度的垂直。调整测量架3上的一对支撑脚6的张开角度(如图2所示)，以使测量架3卡在被测工件8的圆弧上。以适应不同直径测量的需要。

精密步进电机2步进均匀准确，驱动二维激光扫描头1在精密导轨4上运动，二维激光扫描头1测量准确，二者配合可得到精确的工件(圆)一段弧面的空间数据。

精密导轨4为直线导轨，搭载二维激光扫描头1沿直线运动，并向圆直径方向扫描，得到距离工件圆的一段圆弧面数据，数据处理模块10根据得到的空间三维数据拟合测量对象的圆直径，并显示测量结果。精密丝杆5径向跳动小。

数据采集模块9用于采集数据，数据处理模块10根据得到的空间三维数据拟合测量对象的圆直径，将得到的数据传输到微处理机11，然后由微处理机11向显示器7输出测量的结果。数据处理模块10通过最小二乘法得到一组最佳圆直径，可排除垂直的影响，选择出直径最小的圆。

Claims (4)

1.一种大工件直径激光测量系统，包括测量装置和主机箱；其特征在于，测量装置包括激光扫描头(1)、步进电机(2)和测量架(3)；测量架(3)内安装有精密导轨(4)和精密丝杆(5)；激光扫描头(1)搭载在精密丝杆(5)上、精密丝杆(5)置于精密导轨(4)上、由步进电机(2)驱动运行；测量架(3)两端设有可转动的支撑脚(6)；主机箱中包括微处理器(11)、激光控制器(12)、数据采集模块(9)、数据处理模块(10)、走位控制器(13)、激光电源(14)、显示屏(7)；微处理器(11)向激光控制器(12)发送信号，激光控制器(12)向激光扫描头(1)发送信号；激光扫描头(1)依次向数据采集模块(9)、数据处理模块(10)、微处理器(11)回传信号；微处理器(11)通过走位控制器(13)控制步进电机(2)；微处理器(11)向显示屏(7)发送信号；激光电源(14)向激光控制器(12)供电。

2.根据权利要求1所述的大工件直径激光测量系统，其特征在于，所述的激光扫描头(1)为二维激光扫描头。

3.根据权利要求1所述的大工件直径激光测量系统，其特征在于，所述的步进电机(2)为精密步进电机。

4.一种大工件直径激光测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

A.校准：将测量架(3)放置在被测工件(8)上，开启主机箱电源，调整测量架(3)的支撑脚(6)，使测量架(3)与被测物体垂直，调整测量架(3)的高度，使显示屏(7)上的基准线为一直线；

B.测量：调整主机箱档位，开启步进电机(2)，通过精密丝杆(5)沿精密导轨(4)推动搭载的激光扫描头(1)扫描被测工件(8)的一段圆弧面；

C.计算：由精密导轨(4)至被测工件(8)圆弧上一系列点的二维坐标值、及步进电机(2)的步进值，构成空间三维坐标，通过微处理器(11)进行拟合计算，得出被测工件(8)的直径值，由显示屏(7)显示。

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