CN104457608A - 圆柱体尺寸误差检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开圆柱体尺寸误差检测系统。该系统包括机械框架模块、驱动圆柱体旋转模块、驱动三维激光位移传感器移动模块和控制系统模块。本发明圆柱体尺寸误差检测系统通过控制系统模块控制导轨模组带动三维激光位移传感器沿着被测圆柱体的轴线方向运动以及通过驱动圆柱体旋转模块驱动被测圆柱体转动的交替进行以使得所述三维激光位移传感器完成被测圆柱体360°表面的数据采集，控制系统模块对所述扫描数据进行拟合处理而得到被测圆柱体的三维轮廓模型，根据圆柱度、圆跳动、轴线直线度的定义，计算得出被测圆柱体的圆柱度、截面圆跳动、轴线直线度，所以，该圆柱体尺寸误差检测系统测量精度高，且整个过程自动化，所以，测量效率高。

Description

圆柱体尺寸误差检测系统

 

技术领域

本发明涉及试验与测试技术领域，尤其涉及一种圆柱体尺寸误差检测系统。采用该系统后，可实现圆柱体圆柱度、轴线直线度、截面圆跳动等形位公差的自动化非接触测量，提高圆柱体尺寸公差测量精度和测量效率。

背景技术

圆柱体形位公差主要包括圆柱度、轴线直线度、截面圆跳动等参数。现有技术中采用接触式测量方法测量这些参数。接触式测量方法存在测量效率低、因工人熟练程度不同导致的测量数据测量精度低的问题。

发明内容

本发明解决的问题是现有的圆柱体形位公差测量精度低和效率低的问题。

为解决上述问题，本发明提供一种圆柱体尺寸误差检测系统，该系统包括机械框架模块、驱动圆柱体旋转模块、驱动三维激光位移传感器移动模块和控制系统模块，其中，所述机械框架模块包括底板、左平台、右平台和靠板，所述左平台、右平台和靠板安装于底板上；所述驱动圆柱体旋转模块包括驱动装置、一个主滚轮架和三个从滚轮架，所述主滚轮架和从滚轮架分别具有滚轮，主滚轮架和一个从滚轮架安装于左平台，另两个从滚轮架安装于右平台；所述驱动三维激光位移传感器移动模块包括导轨模组、编码器和三维激光位移传感器，所述编码器连接于导轨模组和三维激光位移传感器，该编码器转换导轨模组的旋转角度信号至三维激光位移传感器；所述控制系统模块向所述导轨模组发出第一控制信号，所述导轨模组由该第一控制信号控制而控制所述三维激光位移传感器沿着被测圆柱体的轴向运动；还向所述驱动装置发出第二控制信号，该驱动装置接收该第二控制信号而控制位于主滚轮架和从滚轮架上并被靠板抵靠的位于水平状态的被测圆柱体转动，被测圆柱体的转动和三维激光位移传感器的直线运动交替进行以使得所述三维激光位移传感器扫描整个被测圆柱体的柱面而获得扫描数据；该控制系统模块还对所述扫描数据进行拟合处理而得到被测圆柱体的三维轮廓模型，根据圆柱度、圆跳动、轴线直线度的定义，计算得出被测圆柱体的圆柱度、截面圆跳动、轴线直线度。

作为具体方案，所述驱动装置包括减速机、第一伺服电机、第一驱动器和运动控制卡，其中，该运动控制卡连接于所述控制系统模块和第一驱动器，第一驱动器连接于第一伺服电机，第一伺服电机连接于减速机，减速机连接于所述主滚轮架。

作为具体方案，所述导轨模组包括第二伺服电机、第二驱动器、导轨、滑台和皮带传动机构，其中，所述第二伺服电机连接于控制系统模块和第二驱动器，第二驱动器通过所述皮带传动机构连接于安装有所述三维激光位移传感器的滑台，所述导轨与被测圆柱体的轴线平行并装配有所述滑台，所述三维激光位移传感器固定于该滑台。

本发明还公开另一种圆柱体尺寸误差检测系统，其特征是：该系统包括支撑装置、驱动圆柱体旋转模块、驱动三维激光位移传感器移动模块和控制系统模块，其中，所述支撑装置用于支撑被测圆柱体于水平状态；所述驱动三维激光位移传感器移动模块包括导轨模组、编码器和三维激光位移传感器，所述编码器连接于导轨模组和三维激光位移传感器，该编码器转换导轨模组的旋转角度信号至三维激光位移传感器；所述控制系统模块向所述导轨模组发出第一控制信号，所述导轨模组由该第一控制信号控制而控制所述三维激光位移传感器沿着被测圆柱体的轴向运动；还向所述驱动圆柱体旋转模块发出第二控制信号，该驱动圆柱体旋转模块接收该第二控制信号而控制位于支撑装置上的被测圆柱体转动，被测圆柱体的转动和三维激光位移传感器的直线运动交替进行以使得所述三维激光位移传感器扫描整个被测圆柱体的柱面而获得扫描数据；该控制系统模块还对所述扫描数据进行拟合处理而得到被测圆柱体的三维轮廓模型，根据圆柱度、圆跳动、轴线直线度的定义，计算得出被测圆柱体的圆柱度、截面圆跳动、轴线直线度。

作为具体方案，所述驱动圆柱体旋转模块包括减速机、第一伺服电机、第一驱动器和运动控制卡，其中，该运动控制卡连接于所述控制系统模块和第一驱动器，第一驱动器连接于第一伺服电机，第一伺服电机连接于减速机，减速机连接于所述主滚轮架。

作为具体方案，所述导轨模组包括第二伺服电机、第二驱动器、导轨、滑台和皮带传动机构，其中，所述第二伺服电机连接于控制系统模块和第二驱动器，第二驱动器通过所述皮带传动机构连接于安装有所述三维激光位移传感器的滑台，所述导轨与被测圆柱体的轴线平行并装配有所述滑台，所述三维激光位移传感器固定于该滑台。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明圆柱体尺寸误差检测系统通过控制系统模块控制导轨模组带动三维激光位移传感器沿着被测圆柱体的轴线方向运动以及通过驱动圆柱体旋转模块驱动被测圆柱体转动的交替进行以使得所述三维激光位移传感器完成被测圆柱体360°表面的数据采集，控制系统模块对所述扫描数据进行拟合处理而得到被测圆柱体的三维轮廓模型，根据圆柱度、圆跳动、轴线直线度的定义，计算得出被测圆柱体的圆柱度、截面圆跳动、轴线直线度，所以，该圆柱体尺寸误差检测系统测量精度高，且整个过程自动化，所以，测量效率高。

附图说明

图1是本发明圆柱体尺寸误差检测系统的结构示意图。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所达成目的及功效，下面将结合实施例并配合附图予以详细说明。

请参阅图1，本发明圆柱体尺寸误差检测系统包括机械框架模块、驱动圆柱体旋转模块、驱动三维激光位移传感器移动模块、控制系统模块。所述机械框架模块用于支撑被测圆柱体，在本实施方式中，包括底板1、左平台2、右平台8和靠板9，所述左平台2、右平台8和靠板9安装于底板1上。靠板9放置于底板1上，左平台2和右平台8高度相等。靠板9由靠板架和滑动轴组成，靠板架和滑动轴有工作位和空挡位2个位置关系，分别对应于工件放置位和工件测量过程位。

请继续参阅图1，所述驱动圆柱体旋转模块用于驱动被测圆柱体转动，包括驱动装置、一个主滚轮架3A和三个从滚轮架3B，所述主滚轮架3A和从滚轮架3B分别具有滚轮，主滚轮架3A和一个从滚轮架3B安装于左平台2，另两个从滚轮架3B安装于右平台8。所述驱动装置包括减速机5、第一伺服电机4、第一驱动器和运动控制卡，向被测圆柱体提供驱动力，从滚轮架3B起从动支撑的作用。主滚轮架3A和从滚轮架3B均由滚轮支架、滚轮轴、滚轮、轴承、螺母组成，滚轮在转动过程中，要求滚轮表面有较小的跳动量。该运动控制卡连接于所述控制系统模块和第一驱动器，第一驱动器连接于第一伺服电机4，第一伺服电机4连接于减速机5，减速机5连接于所述主滚轮架3A。由运动控制卡和第一驱动器控制第一伺服电机4的转速和旋转角度。

请继续参阅图1，所述驱动三维激光位移传感器移动模块包括导轨模组7、编码器10和三维激光位移传感器6，所述编码器10连接于导轨模组7和三维激光位移传感器6，该编码器10转换导轨模组的旋转角度信号至三维激光位移传感器6。在本实施方式中，所述导轨模组7包括第二伺服电机、第二驱动器、导轨、滑台和皮带传动机构，其中，所述第二伺服电机连接于控制系统模块和第二驱动器，第二驱动器通过所述皮带传动机构连接于安装有所述三维激光位移传感器的滑台，所述导轨与被测圆柱体的轴线平行并装配有所述滑台，所述三维激光位移传感器6固定于滑台上。此种情况下，所述编码器10连接于导轨模组7具体是编码器10与第二伺服电机的输出轴相连，将第二伺服电机的旋转角度信号反馈给三维激光位移传感器6，从而控制三维激光位移传感器6的采样频率。

请继续参阅图1，所述控制系统模块向所述导轨模组发出第一控制信号，所述导轨模组由该第一控制信号控制而控制所述三维激光位移传感器沿着被测圆柱体的轴向运动；还向所述驱动装置发出第二控制信号，该驱动装置接收该第二控制信号而控制位于主滚轮架和从滚轮架上并被靠板抵靠的被测圆柱体转动，被测圆柱体的转动和三维激光位移传感器的直线运动交替进行以使得所述三维激光位移传感器扫描整个被测圆柱体的柱面而获得扫描数据；该控制系统模块还对所述扫描数据进行拟合处理而得到被测圆柱体的三维轮廓模型，根据圆柱度、圆跳动、轴线直线度的定义，计算得出被测圆柱体的圆柱度、截面圆跳动、轴线直线度。

请继续参阅图1，上述圆柱体尺寸误差检测系统用于测量被测圆柱体11的圆柱度、截面圆跳动、轴线直线度的工作过程如下：

首先，将被测圆柱体11放置于主滚轮架3A和从滚轮架3B之间，将靠板9处于工作位，被测圆柱体11右端紧贴在靠板9上，使被测圆柱体11一端相对于靠板9工作位的位置唯一，然后将靠板9处于空挡位；

接着，启动控制系统模块，控制三维激光位移传感器6沿被测圆柱体11轴线方向移动，对圆柱体11从右端向左端扫描，采取圆柱体11被激光照射到位置的表面点的三维坐标数据，然后控制三维激光位移传感器6返回圆柱体11右端；控制第一伺服电机4带动主滚轮架3A和从滚轮架3B中滚轮旋转，通过摩擦力的作用带动圆柱体11旋转一定角度，旋转角度小于等于圆柱体11被激光照射到位置的表面点所组成圆弧的圆弧角，控制三维激光位移传感器6再次对圆柱体11从右端向左端扫描，采取第二组数据，以此类推，使得被测圆柱体的转动和三维激光位移传感器的直线运动交替进行以使得所述三维激光位移传感器扫描整个被测圆柱体的柱面，完成圆柱体360°表面的数据采集，从而获得扫描数据；用控制软件对所采集到的数据拟合处理，得到被测圆柱体11三维轮廓模型，根据圆柱度、圆跳动、轴线直线度的定义，计算得出被测圆柱体11的圆柱度、截面圆跳动、轴线直线度。

综上所述，本发明圆柱体尺寸误差检测系统通过控制系统模块控制导轨模组带动三维激光位移传感器沿着被测圆柱体的轴线方向运动以及通过驱动圆柱体旋转模块驱动被测圆柱体转动的交替进行以使得所述三维激光位移传感器完成被测圆柱体360°表面的数据采集，控制系统模块对所述扫描数据进行拟合处理而得到被测圆柱体的三维轮廓模型，根据圆柱度、圆跳动、轴线直线度的定义，计算得出被测圆柱体的圆柱度、截面圆跳动、轴线直线度，所以，该圆柱体尺寸误差检测系统测量精度高，且整个过程自动化，所以，测量效率高。

在上述实施方式中，所述机械框架模块、一个主滚轮架和三个从滚轮架用于支撑被测圆柱体于水平状态并使得被测圆柱体可以绕该被测圆柱体的轴线转动，所以，以上述技术思路为基础，本发明还可以提供另外一种圆柱体尺寸误差检测系统，该系统包括支撑装置、驱动圆柱体旋转模块、驱动三维激光位移传感器移动模块和控制系统模块，其中，所述支撑装置用于支撑被测圆柱体于水平状态；所述驱动三维激光位移传感器移动模块包括导轨模组、编码器和三维激光位移传感器，所述编码器连接于导轨模组和三维激光位移传感器，该编码器转换导轨模组的旋转角度信号至三维激光位移传感器；所述控制系统模块向所述导轨模组发出第一控制信号，所述导轨模组由该第一控制信号控制而控制所述三维激光位移传感器沿着被测圆柱体的轴向运动；还向所述驱动圆柱体旋转模块发出第二控制信号，该驱动圆柱体旋转模块接收该第二控制信号而控制位于支撑装置上的被测圆柱体转动，被测圆柱体的转动和三维激光位移传感器的直线运动交替进行以使得所述三维激光位移传感器扫描整个被测圆柱体的柱面而获得扫描数据；该控制系统模块还对所述扫描数据进行拟合处理而得到被测圆柱体的三维轮廓模型，根据圆柱度、圆跳动、轴线直线度的定义，计算得出被测圆柱体的圆柱度、截面圆跳动、轴线直线度。

Claims (6)

1.圆柱体尺寸误差检测系统，其特征是：该系统包括机械框架模块、驱动圆柱体旋转模块、驱动三维激光位移传感器移动模块和控制系统模块，其中，

所述机械框架模块包括底板、左平台、右平台和靠板，所述左平台、右平台和靠板安装于底板上；

所述驱动圆柱体旋转模块包括驱动装置、一个主滚轮架和三个从滚轮架，所述主滚轮架和从滚轮架分别具有滚轮，主滚轮架和一个从滚轮架安装于左平台，另两个从滚轮架安装于右平台；

所述驱动三维激光位移传感器移动模块包括导轨模组、编码器和三维激光位移传感器，所述编码器连接于导轨模组和三维激光位移传感器，该编码器转换导轨模组的旋转角度信号至三维激光位移传感器；

所述控制系统模块向所述导轨模组发出第一控制信号，所述导轨模组由该第一控制信号控制而控制所述三维激光位移传感器沿着被测圆柱体的轴向运动；还向所述驱动装置发出第二控制信号，该驱动装置接收该第二控制信号而控制位于主滚轮架和从滚轮架上并被靠板抵靠的位于水平状态的被测圆柱体转动，被测圆柱体的转动和三维激光位移传感器的直线运动交替进行以使得所述三维激光位移传感器扫描整个被测圆柱体的柱面而获得扫描数据；该控制系统模块还对所述扫描数据进行拟合处理而得到被测圆柱体的三维轮廓模型，根据圆柱度、圆跳动、轴线直线度的定义，计算得出被测圆柱体的圆柱度、截面圆跳动、轴线直线度。

2.根据权利要求1所述的圆柱体尺寸误差检测系统，其特征是：所述驱动装置包括减速机、第一伺服电机、第一驱动器和运动控制卡，其中，该运动控制卡连接于所述控制系统模块和第一驱动器，第一驱动器连接于第一伺服电机，第一伺服电机连接于减速机，减速机连接于所述主滚轮架。

3.根据权利要求1所述的圆柱体尺寸误差检测系统，其特征是：所述导轨模组包括第二伺服电机、第二驱动器、导轨、滑台和皮带传动机构，其中，所述第二伺服电机连接于控制系统模块和第二驱动器，第二驱动器通过所述皮带传动机构连接于安装有所述三维激光位移传感器的滑台，所述导轨与被测圆柱体的轴线平行并装配有所述滑台，所述三维激光位移传感器固定于该滑台。

4.圆柱体尺寸误差检测系统，其特征是：该系统包括支撑装置、驱动圆柱体旋转模块、驱动三维激光位移传感器移动模块和控制系统模块，其中，

所述支撑装置用于支撑被测圆柱体于水平状态；

所述驱动三维激光位移传感器移动模块包括导轨模组、编码器和三维激光位移传感器，所述编码器连接于导轨模组和三维激光位移传感器，该编码器转换导轨模组的旋转角度信号至三维激光位移传感器；

所述控制系统模块向所述导轨模组发出第一控制信号，所述导轨模组由该第一控制信号控制而控制所述三维激光位移传感器沿着被测圆柱体的轴向运动；还向所述驱动圆柱体旋转模块发出第二控制信号，该驱动圆柱体旋转模块接收该第二控制信号而控制位于支撑装置上的被测圆柱体转动，被测圆柱体的转动和三维激光位移传感器的直线运动交替进行以使得所述三维激光位移传感器扫描整个被测圆柱体的柱面而获得扫描数据；该控制系统模块还对所述扫描数据进行拟合处理而得到被测圆柱体的三维轮廓模型，根据圆柱度、圆跳动、轴线直线度的定义，计算得出被测圆柱体的圆柱度、截面圆跳动、轴线直线度。

5.根据权利要求4所述的圆柱体尺寸误差检测系统，其特征是：所述驱动圆柱体旋转模块包括减速机、第一伺服电机、第一驱动器和运动控制卡，其中，该运动控制卡连接于所述控制系统模块和第一驱动器，第一驱动器连接于第一伺服电机，第一伺服电机连接于减速机，减速机连接于所述主滚轮架。

6.根据权利要求4所述的圆柱体尺寸误差检测系统，其特征是：所述导轨模组包括第二伺服电机、第二驱动器、导轨、滑台和皮带传动机构，其中，所述第二伺服电机连接于控制系统模块和第二驱动器，第二驱动器通过所述皮带传动机构连接于安装有所述三维激光位移传感器的滑台，所述导轨与被测圆柱体的轴线平行并装配有所述滑台，所述三维激光位移传感器固定于该滑台。