CN104596469B - 一种轴对称矢量喷管偏转角的测量装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种轴对称矢量喷管偏转角的测量装置及方法，属于测量控制技术领域，本发明扩大了方位角和偏转角测量范围，方位角由原来的0°、48°、96°、144°、180°、228°、276°、324°规定范围测量扩大到0°到360°的任一角度测量；偏转角由原来的5°、10°、15°、20°规定范围测量扩大到0°到20°的任一角度测量，在提高产品质量的同时，实现了全自动测量过程，检测精度和效率也得到了很大提高。
Description
技术领域
本发明属于测量控制技术领域，具体涉及一种轴对称矢量喷管偏转角的测量装置及方法。
背景技术
矢量喷管在装配后需要对它的装配性进行验证，主要是检测矢量喷管在给定方位上的偏转角；
目前，采用的激光投影对靶标进行定位的传统手工干预测量方法，测量精度低、测量数据靠人工记录，生产效率低；因此测量精度、质量稳定性、测量效率等都很难满足现场生产要求，所以需要研制一套数字化检测系统，实现对矢量喷管在给定方位上的偏转角进行测量。
发明内容
针对现有技术的缺点，本发明提出一种轴对称矢量喷管偏转角的测量装置及方法，以达到简化操作、实现全自动化测量、提高测量效率和测量准确性的目的。
一种轴对称矢量喷管偏转角的测量装置，该装置包括执行部分和控制部分；
所述的执行部分包括第一电磁阀1、第一气缸2、伺服电机3、第二电磁阀4、测量座5、测量臂6、第一距离传感器7、第三电磁阀8、第二气缸9、第二距离传感器10、第四电磁阀11、倾角传感器12、底座13、支撑筒15和三角架16，其中，支撑筒15的下端固定连接底座13，所述的第一气缸2和伺服电机3设置于支撑筒15内，第一气缸2下端固定连接底座13，伺服电机3固定连接第一气缸2侧壁，伺服电机3的输出轴14穿过支撑筒15的上端，与测量座5的下端固定连接；所述的测量臂6包括第一连接臂6-1、第二连接臂6-2和第三连接臂6-3，第一连接臂6-1的一端连接测量座5的上端，第一连接臂6-1的另一端连接第三连接臂6-3的中间位置，第二连接臂6-2的一端连接测量座5的上端，第二连接臂6-2的另一端连接第三连接臂6-3的一端，第二气缸9的一端连接测量座5的上端，第二气缸9的另一端连接第三连接臂6-3的一端，第三连接臂6-3的另一端连接三角架16的一个角端；所述的第一电磁阀1设置于第一气缸2的下端，第二电磁阀4设置于第一气缸2的上端，第一距离传感器7设置于第二气缸9与测量座5之间的连接处，第三电磁阀8设置于第二气缸9的下端，第四电磁阀11设置于第二气缸9的上端，第二距离传感器10设置于第三连接臂6-3与三角架16之间的连接角端，倾角传感器12设置于三角架16的其他角端；
所述的控制部分包括控制器、显示器、PLC控制器和伺服驱动器，其中，控制器的输入端连接倾角传感器12的输出端，控制器与PLC控制器通过USB数据线连接，PLC控制器的两路输入端分别连接第一距离传感器7的输出端和第二距离传感器10的输出端，PLC控制器的第一输出端连接第一电磁阀1的输入端，PLC控制器的第二输出端连接第二电磁阀4的输入端，PLC控制器的第三输出端连接第三电磁阀8的输入端，PLC控制器的第四输出端连接第四电磁阀11的输入端，PLC控制器的第四输出端连接伺服驱动器的输入端，伺服驱动器的输出端连接伺服电机3的控制输入端。
采用轴对称矢量喷管偏转角的测量装置进行的测量方法，包括以下步骤：
步骤1、PLC控制器发送信号至第一电磁阀启动第一气缸，第一气缸带动伺服电机上升，进而带动测量座和测量臂上升；
步骤2、当测量座上升至第一气缸顶端时，PLC控制器发送信号至第二电磁阀控制第一气缸停止运动，测量座和测量臂停止上升；
步骤3、PLC控制器发送脉冲信号至伺服驱动器，伺服驱动器驱动伺服电机转动，伺服电机输出轴带动测量座和测量臂转动；
步骤4、当转动角度达到实际所需角度时，PLC控制器发送信号至伺服驱动器控制电机停止转动；
步骤5、采用第一距离传感器采集其与第二气缸之间的距离，PLC控制器根据采集的距离值，判断第二气缸是否在接近范围内，若在接近范围内，则执行步骤6，否则，执行步骤10，在执行步骤6至步骤12；
步骤6、PLC控制器发送信号至第三电磁阀启动第二气缸，第二气缸带动测量臂伸出，并采用第二距离传感器实时采集其与被测轴对称矢量喷管之间的距离；
步骤7、PLC控制器根据第二距离传感器采集的距离信号，判断该距离值是否在接近范围内，若是，则PLC控制器发送信号至第四电磁阀控制第二气缸停止伸出，并执行步骤8；否则，第二气缸继续带动测量臂伸出；
步骤8、采用倾角传感器测量被测轴对称矢量喷管的偏转角度，将测量后的数值发送至控制器；
步骤9、控制器计算偏转角度测量值和理论值之间的差值并通过显示器显示；
步骤10、PLC控制器发送信号至第三电磁阀启动第二气缸，第二气缸带动测量臂缩回，并采用第一传感器实时采集其与第二气缸之间的距离，PLC控制器根据采集的距离值，判断第二气缸是否在接近范围内，若在接近范围内，则PLC控制器发送信号至第四电磁阀控制第二气缸停止缩回，并执行步骤11，否则，第二气缸继续带动测量臂缩回；
步骤11、PLC控制器发送信号至第一电磁阀启动第一气缸，第一气缸带动伺服电机下降，进而带动测量座和测量臂下降，当第一气缸带动测量座下降到底部时，第一气缸停止下降；
步骤12、用户根据显示的偏转角度差值，调整矢量喷口的角度。
步骤4所述的角度根据实际需求设定。
步骤5、步骤7和步骤10中所述的接近范围为所采用的距离传感器的感应距离。
本发明优点：
本发明一种轴对称矢量喷管偏转角的测量装置及方法，该方法扩大了方位角和偏转角测量范围，方位角由原来的0°、48°、96°、144°、180°、228°、276°、324°规定范围测量扩大到0°到360°的任一角度测量；偏转角由原来的5°、10°、15°、20°规定范围测量扩大到0°到20°的任一角度测量，在提高产品质量的同时，实现了全自动测量过程，检测精度和效率也得到了很大提高。
附图说明
图1是本发明一种实施例的轴对称矢量喷管偏转角的测量装置结构图；
图2是本发明一种实施例的支撑筒内部结构示意图；
图3是本发明一种实施例的测量臂结构示意图；
图4是本发明一种实施例的控制部分结构示意图；
图5是本发明一种实施例的轴对称矢量喷管偏转角的测量方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明一种实施例做进一步说明。
本发明实施例中，轴对称矢量喷管偏转角的测量装置，该装置包括执行部分和控制部分；
如图1所示，本发明实施例中，执行部分包括第一电磁阀1、第一气缸2、伺服电机3、第二电磁阀4、测量座5、测量臂6、第一距离传感器7、第三电磁阀8、第二气缸9、第二距离传感器10、第四电磁阀11、倾角传感器12、底座13、支撑筒15和三角架16；所述的伺服电机采用R88M-G10030T-BS2-Z型号；第一电磁阀1和第二电磁阀4采用MFH-5-1/8型号，第三电磁阀8和第四电磁阀11采用MFH-3-1/8型号，第一距离传感器7和第二距离传感器10采用APS8-12GMC-Z型号；
如图1所示，本发明实施例中，所述的支撑筒15的下端通过六角头螺栓固定连接底座13，所述的第一气缸2和伺服电机3设置于支撑筒15内，第一气缸2下端通过六角头螺栓固定连接底座13，如图2所示，伺服电机3固定连接第一气缸2侧壁，伺服电机3的输出轴14穿过支撑筒15的上端，与测量座5的下端六角头螺栓固定连接；
如图3所示，本发明实施例中，所述的测量臂6包括第一连接臂6-1、第二连接臂6-2和第三连接臂6-3，第一连接臂6-1的一端通过销轴连接测量座5的上端，第一连接臂6-1的另一端通过销轴连接第三连接臂6-3的中间位置，第二连接臂6-2的一端通过销轴连接测量座5的上端，第二连接臂6-2的另一端通过销轴连接第三连接臂6-3的一端，第二气缸9的一端通过销轴连接测量座5的上端，第二气缸9的另一端通过销轴连接第三连接臂6-3的一端，第三连接臂6-3的另一端通过销轴连接三角架16的一个角端；
如图1所示，本发明实施例中，所述的第一电磁阀1设置于第一气缸2的下端，第二电磁阀4设置于第一气缸2的上端，第一距离传感器7设置于第二气缸9与测量座5之间的连接处，第三电磁阀8设置于第二气缸9的下端，第四电磁阀11设置于第二气缸9的上端，第二距离传感器10设置于第三连接臂6-3与三角架16之间的连接角端，倾角传感器12设置于三角架16的其他角端；
本发明实施例中，测量装置以喷口圆周0°作为周向测量零点；在被测喷口内装有可伸缩的测量装置，测量装置测量臂上安装的倾角传感器，用于测量喷口调节片的偏转角度。测量臂的伸缩由气缸带动，测量臂可随调节片的角度摆动，测量时，三角架与调节片被测表面贴合(作用力可调)，倾角传感器测出调节片倾斜的角度。测量臂可由测量座带动绕喷口中心线作任意角度的周向旋转，旋转角度、速度由伺服电机控制。喷口偏转角度的检测过程由软件程序控制，操作方式采用的是图形化人机操作界面。
如图4所示，本发明实施例中，控制部分包括控制器、显示器、PLC控制器和伺服驱动器；控制器采用PXI-8110型号，PLC控制器采用CP1H-X40DT-D型号，伺服驱动器采用R88D-GT1H-Z型号；
如图4所示，本发明实施例中，控制器的输入端通过232串口数据线连接倾角传感器12的输出端，控制器与PLC控制器通过USB数据线连接，PLC控制器的两路输入端分别连接第一距离传感器7的输出端和第二距离传感器10的输出端，PLC控制器的第一输出端连接第一电磁阀1的输入端，PLC控制器的第二输出端连接第二电磁阀4的输入端，PLC控制器的第三输出端连接第三电磁阀8的输入端，PLC控制器的第四输出端连接第四电磁阀11的输入端，PLC控制器的第四输出端通过R88A-CPG002S控制电缆连接伺服驱动器的输入端，伺服驱动器的输出端通过R88A-CAGA010S动力电缆连接伺服电机3的控制输入端。
如图4所示，本发明实施例中，控制部分由计算机软件部分、控制部分、伺服驱动部分、执行机构和测量部分5部分组成，这5部分从硬件功能上划分：是计算机平台、检测设备。计算机平台是控制中枢和信息处理中心；数字化检测设备的控制和处理软件集成于计算机软件系统中，所有的数据和指令均由计算机输出，测量元件做为反馈通道反馈回计算机。整个测量系统是一个闭环控制系统。
本发明实施例中，测量要求如下：
(1)检测系统误差：≤0.1
(2)测量范围：方位角0°到360°、偏转角：0°到20°的任一角度。
(3)规定范围测量：
方位角：0°、48°、96°、144°、180°、228°、276°、324°；
偏转角：5°、10°、15°、20°。
本发明实施例中，采用轴对称矢量喷管偏转角的测量装置进行的测量方法，方法流程图如图5所示，包括以下步骤：
步骤1、PLC控制器发送信号至第一电磁阀启动第一气缸，第一气缸带动伺服电机上升，进而带动测量座和测量臂上升；
步骤2、当测量座上升至第一气缸顶端时，PLC控制器发送信号至第二电磁阀控制第一气缸停止运动，测量座和测量臂停止上升；
步骤3、PLC控制器发送脉冲信号至伺服驱动器，伺服驱动器驱动伺服电机转动，伺服电机输出轴带动测量座和测量臂转动；
步骤4、当转动角度达到实际所需角度时，PLC控制器发送信号至伺服驱动器控制电机停止转动；
控制测量装置在360°方位角的圆周内给定任意角度，步长为1°，本发明实施例中，旋转的方位角为：0°、48°、96°、144°、180°、228°、276°和324°；
步骤5、采用第一距离传感器采集其与第二气缸之间的距离，PLC控制器根据采集的距离值，判断第二气缸是否在接近范围内，若在接近范围内，则执行步骤6，否则，执行步骤10，在执行步骤6至步骤12；
步骤6、PLC控制器发送信号至第三电磁阀启动第二气缸，第二气缸带动测量臂伸出，并采用第二距离传感器实时采集其与被测轴对称矢量喷管之间的距离；
步骤7、PLC控制器根据第二距离传感器采集的距离信号，判断该距离值是否在接近范围内，若是，则PLC控制器发送信号至第四电磁阀控制第二气缸停止伸出；否则，第二气缸继续带动测量臂伸出；
步骤8、采用倾角传感器测量被测轴对称矢量喷管的偏转角度，将测量后的数值发送至控制器；
本发明实施例中，在收敛方向20°，扩张方向50°的范围内控制矢量喷管的偏转，步长为1°，利用倾角传感器做为反馈元件，把测量偏转角的电信号转换成偏转角度，进行计算、判断。
步骤9、控制器计算偏转角度测量值和理论值之间的差值并通过显示器显示；
步骤10、PLC控制器发送信号至第三电磁阀启动第二气缸，第二气缸带动测量臂缩回，并采用第一传感器实时采集其与第二气缸之间的距离，PLC控制器根据采集的距离值，判断第二气缸是否在接近范围内，若在接近范围内，则PLC控制器发送信号至第四电磁阀控制第二气缸停止缩回，否则，第二气缸继续带动测量臂缩回；
步骤11、PLC控制器发送信号至第一电磁阀启动第一气缸，第一气缸带动伺服电机下降，进而带动测量座和测量臂下降，当第一气缸带动测量座下降到底部时，第一气缸停止下降；
步骤12、用户根据显示的偏转角度差值，调整矢量喷口的角度。
本发明利用数字化检测技术采用伺服技术定位和PLC程序控制测量，使用LabVIEW图形化软件程序进行处理、分析、判断，数据处理功能强大，操作简便，检测精度和效率都能得到提高。通过测量达到验证矢量喷管装配性的目的。
Claims (4)
1.一种轴对称矢量喷管偏转角的测量装置，其特征在于，该装置包括执行部分和控制部分；
所述的执行部分包括第一电磁阀(1)、第一气缸(2)、伺服电机(3)、第二电磁阀(4)、测量座(5)、测量臂(6)、第一距离传感器(7)、第三电磁阀(8)、第二气缸(9)、第二距离传感器(10)、第四电磁阀(11)、倾角传感器(12)、底座(13)、支撑筒(15)和三角架(16)，其中，支撑筒(15)的下端固定连接底座(13)，所述的第一气缸(2)和伺服电机(3)设置于支撑筒(15)内，第一气缸(2)下端固定连接底座(13)，伺服电机(3)固定连接第一气缸(2)侧壁，伺服电机(3)的输出轴(14)穿过支撑筒(15)的上端，与测量座(5)的下端固定连接；所述的测量臂(6)包括第一连接臂(6-1)、第二连接臂(6-2)和第三连接臂(6-3)，第一连接臂(6-1)的一端连接测量座(5)的上端，第一连接臂(6-1)的另一端连接第三连接臂(6-3)的中间位置，第二连接臂(6-2)的一端连接测量座(5)的上端，第二连接臂(6-2)的另一端连接第三连接臂(6-3)的一端，第二气缸(9)的一端连接测量座(5)的上端，第二气缸(9)的另一端连接第三连接臂(6-3)的一端，第三连接臂(6-3)的另一端连接三角架(16)的一个角端；所述的第一电磁阀(1)设置于第一气缸(2)的下端，第二电磁阀(4)设置于第一气缸(2)的上端，第一距离传感器(7)设置于第二气缸(9)与测量座(5)之间的连接处，第三电磁阀(8)设置于第二气缸(9)的下端，第四电磁阀(11)设置于第二气缸(9)的上端，第二距离传感器(10)设置于第三连接臂(6-3)与三角架(16)之间的连接角端，倾角传感器(12)设置于三角架(16)的其他角端；
所述的控制部分包括第一控制器、显示器、PLC控制器和伺服驱动器，其中，第一控制器的输入端连接倾角传感器(12)的输出端，第一控制器与PLC控制器通过USB数据线连接，PLC控制器的两路输入端分别连接第一距离传感器(7)的输出端和第二距离传感器(10)的输出端，PLC控制器的第一输出端连接第一电磁阀(1)的输入端，PLC控制器的第二输出端连接第二电磁阀(4)的输入端，PLC控制器的第三输出端连接第三电磁阀(8)的输入端，PLC控制器的第四输出端连接第四电磁阀(11)的输入端，PLC控制器的第五输出端连接伺服驱动器的输入端，伺服驱动器的输出端连接伺服电机(3)的控制输入端。
2.采用权利要求1所述的轴对称矢量喷管偏转角的测量装置进行的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、PLC控制器发送信号至第一电磁阀启动第一气缸，第一气缸带动伺服电机上升，进而带动测量座和测量臂上升；
步骤2、当测量座上升至第一气缸顶端时，PLC控制器发送信号至第二电磁阀控制第一气缸停止运动，测量座和测量臂停止上升；
步骤3、PLC控制器发送脉冲信号至伺服驱动器，伺服驱动器驱动伺服电机转动，伺服电机输出轴带动测量座和测量臂转动；
步骤4、当转动角度达到实际所需角度时，PLC控制器发送信号至伺服驱动器控制电机停止转动；
步骤5、采用第一距离传感器采集其与第二气缸之间的距离，PLC控制器根据采集的距离值，判断第二气缸是否在接近范围内，若在接近范围内，则执行步骤6，否则，执行步骤10，再执行步骤6至步骤12；
步骤6、PLC控制器发送信号至第三电磁阀启动第二气缸，第二气缸带动测量臂伸出，并采用第二距离传感器实时采集其与被测轴对称矢量喷管之间的距离；
步骤7、PLC控制器根据第二距离传感器采集的距离信号，判断该距离值是否在接近范围内，若是，则PLC控制器发送信号至第四电磁阀控制第二气缸停止伸出，并执行步骤8；否则，第二气缸继续带动测量臂伸出；
步骤8、采用倾角传感器测量被测轴对称矢量喷管的偏转角度，将测量后的数值发送至第一控制器；
步骤9、第一控制器计算偏转角度测量值和理论值之间的差值并通过显示器显示；
步骤10、PLC控制器发送信号至第三电磁阀启动第二气缸，第二气缸带动测量臂缩回，并采用第一距离传感器实时采集其与第二气缸之间的距离，PLC控制器根据采集的距离值，判断第二气缸是否在接近范围内，若在接近范围内，则PLC控制器发送信号至第四电磁阀控制第二气缸停止缩回，并执行步骤11，否则，第二气缸继续带动测量臂缩回；
步骤11、PLC控制器发送信号至第一电磁阀启动第一气缸，第一气缸带动伺服电机下降，进而带动测量座和测量臂下降，当第一气缸带动测量座下降到底部时，第一气缸停止下降；
步骤12、用户根据显示的偏转角度差值，调整矢量喷口的角度。
3.根据权利要求2所述的测量方法，其特征在于，步骤4所述的角度根据实际需求设定。
4.根据权利要求2所述的测量方法，其特征在于，步骤5、步骤7和步骤10中所述的接近范围为所采用的距离传感器的感应距离。
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