CN105522483B - 偏心轴的激光检测装置和控制系统以及监控方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及偏心轴的激光检测装置和控制系统以及监控方法，用在加工机床上，其包括安装底座、支架、调节机构和面向安装底座的激光测距机构，所述激光测距装置依次连接AD采集模块、主控制器、通讯模块、PC监控上位机；并利用激光测距装置进行调节、测量和在线监测，通过创建基于激光位移传感器的控制系统,提供了一种基于非接触式高精度高效率高稳定性的激光监控在线加工偏心轴质量的装置和监控方法,克服了用千分表接触式停机监控偏心轴加工质量效率低质量监控稳定性差的缺点,也克服了反复多次用千分表手调镗头,精度低耗时长的缺点。

Description

偏心轴的激光检测装置和控制系统以及监控方法

技术领域

本发明涉及一种偏心轴的检测装置和监控方法，特别涉及一种偏心轴的激光检测装置和控制系统以及监控方法。

背景技术

工业机器人精密减速器核心部件偏心轴的加工质量直接影响着精密减速器的性能, 其加工的稳定性和效率直接影响着减速器批量化生产的稳定性和产量。目前各生产厂家普遍使用常规镗头加工方法制造偏心轴,由于镗头自身的精度很难调控偏心量到缪级,使得加工质量受到影响,加工质量波动性很大; 偏心轴在加工过程中停机但偏心轴不离开机床的过程检测常规方法用千分表,每次测量千分表必须与待测件直接接触,因零件加工精度要求高,需多次磨削多次测量,测量基准位置时常在变,对悬臂式加工的零件, 由于人为因素,测量结果往往存在一定的偏差,其批量化生产的一致性很难保证,测量精度效率很低.此外,用常规镗头加工方法制造偏心轴属于悬臂式加工,加工磨削时偏心轴径向受力会造成偏心轴轴心线有微小偏移误差,从而影响加工质量,在普通机床上不停机在线式高精度偏心轴加工质量的监控和误差补偿目前还属于技术空白。

发明内容

为了提高偏心轴的加工质量，本发明提供一种偏心轴的非接触式高精度高效率激光检测装置、控制系统及基于偏心轴在线加工的监控及误差补偿方法。

本发明所采用的技术方案是：一种偏心轴的激光检测装置，安装在加工机床上，其包括安装底座、支架、调节机构和面向安装底座的激光测距机构，所述调节机构包括第一调节组件和第二调节组件；安装底座通过所述第一调节组件固定在加工机床上，支架垂直固定在安装底座的上端面，激光测距机构面向安装底座，并通过第二调节组件与支架上端面连接，所述第二调节组件调节激光测距机构垂直于主轴方向的位移。

所述激光测距机构包括激光位移传感器和容纳壳，在容纳壳面向安装底座的该面上开设通槽，所述激光位移传感器置于容纳壳内，并与通槽相对齐。

设有带透光孔的保护罩，所述保护罩可滑移地设置在容纳壳上设有通槽的该侧，所述保护罩通过滑移，具有透光孔与通槽相通的第一状态，和保护罩遮盖住通槽的第二状态。

所述保护罩上还设有用于高压气体通过的透气孔，所述透气孔平行设置在透光孔边上。

设有第二电磁阀，所述第二电磁阀控制高压气体进入容纳壳内，并由透气孔中喷出。

所述第二调节组件包括垂直调节组件，所述垂直调节组件包括第二滑台和设置在容纳壳的底部的滑轨，所述第二滑台和所述滑轨构成滑移配合，二者的滑移方向垂直于安装底座，同时垂直于主轴。

所述第二调节组件包括水平调节组件，所述水平调节组件包括第一滑台和第一滑块，所述第一滑台和第一滑块构成滑移配合，二者的滑移方向平行于安装底座，同时垂直于主轴，所述第一滑台设置在支架上端面，所述第一滑块连接第一滑台和第二滑台。

所述水平调节组件还包括第二电磁阀，所述第二电磁阀电连接第一滑块。

一种偏心轴的激光检测控制系统，其包括依次连接的激光测距装置、AD采集模块、主控制器、通讯模块、PC监控上位机；所述激光测距装置，用于检测待加工工件表面位置信号；所述AD采集模块，将位置信号传输到主控制器中；所述主控制器，分析处理位置信号，并计算得到待加工工件的偏心距，以进行实际位移量之间差值的绝对值与许用值的比较，通过通讯模块将比较结果传输到PC监控上位机；所述PC监控上位机，用于发送指令到主控制器，并显示主控制器输出的结果。

一种偏心轴的激光检测的监控方法，其步骤为：

S1：将激光检测装置和待加工成偏心的阶梯轴安装在外圆磨床上，经调节后，使得激光位移传感器在测量量程范围内，且正对磨床主轴中心线位置；

S2：将激光位移传感器位移至待加工成偏心的阶梯轴的待测位置，旋转待加工成偏心的阶梯轴至少一周，用激光位移传感器采集待测位置的实际位移量，并将每两个实际位移量之间差值的绝对值与许用值进行判断，若绝对值小于许用值，则待加工成偏心的阶梯轴质量合格且安装位置正确，否则，再次调节待加工成偏心的阶梯轴的位置；

S3：用激光位移传感器调节磨床上的镗头偏心量；

S4：在磨床不停机在线测量偏心量加工过程时，激光位移传感器实时测量待测位置的实际位移量，并通过实际位移量的比对分析，以调节偏心轴在磨削位与砂轮对偏心轴的径向力方向相反的微小偏移量, 控制加工过程中磨床上的砂轮对偏心轴的径向力的影响,对磨削力造成的加工误差补偿；

S5: 在磨床加工偏心轴完毕停机后, 处理偏心轴上的磨削液,再测量偏心轴旋转至少一周的实际位移量,并对实际位移量进行比对分析。

本发明的有益效果是：

1)利用外圆磨床上的传动装置来调节激光检测装置沿Y轴方向的位移，以进行多段阶梯轴的测量，再通过调节机构来调节激光检测装置在X轴方向的位移，使得激光测距机构能够进入测量范围或者退出以保护激光测距机构，以及通过调节机构来调节激光检测装置在Z轴方向的位移，使得激光测距机构能正对外圆磨床主轴中心线位置，从三维上调节来准确定位激光测距机构的测量点，从而提高测量的精确度。

2)本发明通过创建基于激光位移传感器的控制系统,提供了一种基于非接触式高精度高效率高稳定性的激光监控在线加工偏心轴质量的装置和监控方法,克服了用千分表接触式停机监控偏心轴加工质量效率低质量监控稳定性差的缺点,也克服了反复多次用千分表手调镗头,精度低耗时长的缺点, 实现了用非接触式激光测距机构既能监控偏心轴安装精度,又能快速高精度缪级调控镗头偏心量,还能稳定高效监控偏心轴的加工量，适于批量化生产监控；特别是运用激光监控系统和气体保护激光位移传感器技术, 实现了机床不停机激光位移传感器在线监控偏心轴加工质量并能够对其进行误差补偿,确保批量化加工偏心轴的质量稳定性和一致性, 填补了在普通机床上不停机在线非接触式高精度偏心轴加工质量的监控和误差补偿的技术空白。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的结构示意图。

图3是本发明激光测距机构的示意图。

图4是本发明的原理框图。

1-安装底座，2-支架，21-第一滑台，22-第一滑块，23-第二电磁阀，31-第二滑台，41-激光位移传感器，42-容纳壳，43-通槽，5-保护罩，51-透光孔，52-透气孔，53-第一电磁阀，54-通气孔,61-导轨夹板，62-导轨夹板固定块。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例作进一步说明：

本申请中，外圆磨床的主轴方向为Y轴，外圆磨床的传动装置沿Y轴方向运动；水平调节组件调节X轴方向的滑移，垂直调节组件调节Y轴方向的滑移。

如图1和图2所示，一种偏心轴的激光检测装置，通过导轨夹板安装在外圆磨床的传动装置上，导轨夹板由导轨夹板固定块紧固，其包括安装底座1、支架2、调节机构和面向安装底座1的激光测距机构，所述调节机构包括第一调节组件和第二调节组件；安装底座1通过所述第一调节组件固定在外圆磨床上，支架2垂直固定在安装底座1的上端面，激光测距机构面向安装底座1，并通过第二调节组件与支架2上端面连接，所述第二调节组件调节激光测距机构垂直于主轴方向的位移，利用外圆磨床上的传动装置来调节激光检测装置沿Y轴方向的位移，以进行多段阶梯轴的测量，再通过调节机构来调节激光检测装置在X轴方向的位移，使得激光测距机构能够进入测量范围或者退出以保护激光测距机构，以及通过调节机构来调节激光检测装置在Z轴方向的位移，使得激光测距机构能正对外圆磨床主轴中心线位置，从三维上调节来准确定位激光测距机构的测量点，从而提高测量的精确度。

如图3所示，所述激光测距机构包括激光位移传感器41和容纳壳42，在容纳壳42面向安装底座1的该面上开设通槽43，所述激光位移传感器41置于容纳壳42内，并与通槽43相对齐，激光位移传感器41透射的激光穿过通槽43打在待检测工件上，来实现测量。

设有带透光孔51的保护罩5，所述保护罩5可滑移地设置在容纳壳42上设有通槽43的该侧，所述保护罩5通过滑移，具有透光孔51与通槽43相通的第一状态，和保护罩5遮盖住通槽43的第二状态，在加工待测工件，即未加工的阶梯轴或半精的偏心轴时，保护罩5与容纳壳42构成密闭一个保护壳，阻隔了过程中会产生的液体污染，从而保护激光位移传感器41的正常使用，保证测量结果的高精度。

所述保护罩5上还设有用于高压气体通过的透气孔52，所述透气孔52平行设置在透光孔51两侧，在需要磨床不停机在线测量偏心量加工过程时，使保护罩5处于第一状态，同时持续通入高压气体，使得高压气体喷向正在加工的待测工件，保证处于开放状态的透光孔51中不会有加工过程中产生的液体进入，同时高压气体也会将待测工件表面吹净，可以进一步提高测量的精准度。

所述透光孔51和透气孔52均为长方形，既能实现对激光位移传感器41的保护，又能不影响激光位移传感器41的测量精度。

所述保护罩5上还设有用于高压气体通过的通气孔54，所述通气孔54距离透光孔51和透气孔52一定距离设置，保护罩5通过滑移具有通气孔54与通槽43联通的第三状态。在加工完待加工工件后，转到第三状态，用高压气体来吹扫待加工件表面的液体或废料；利用透气孔52来清扫，高压气体会同时吹激光位移传感器41，在反复多次使用过程中，会影响保护激光位移传感器41的准度，因此除了在线检测时使用透气孔52，其他时间可以用通气孔54来吹扫，尽可能的降低对激光位移传感器41的影响。

设有第一电磁阀53，所述第一电磁阀53控制高压喷嘴开启，使得高压气体进入容纳壳42内，并由透气孔52中喷出，高压气体的持续喷射，以及高压气体的启闭，由第一电磁阀53来控制，实现自动化控制，可以控制的更加精确，避免人工的失误。

所述第二调节组件包括垂直调节组件，所述垂直调节组件包括第二滑台31和设置在容纳壳42的底部的滑轨，所述第二滑台31和所述滑轨构成滑移配合，二者的滑移方向垂直于安装底座1，同时垂直于主轴，同样道理，该垂直调节组件可以是手动的，装手柄，通过手旋转微调旋钮的方式来实现微调功能，也可以是自动的，与电磁阀相配合，来实现微调功能。

所述第二调节组件包括水平调节组件，所述水平调节组件包括第一滑台21和第一滑块22，所述第一滑台21和第一滑块22构成滑移配合，二者的滑移方向平行于安装底座1，同时垂直于主轴，所述第一滑台21设置在支架2上端面，所述第一滑块22连接第一滑台21和垂直调节组件，利用第一滑台21和第一滑块22相配合来实现位移调节，是最为方便、快捷的调节结构，该调节结构也可以采用滑轨、滑槽之类的 ，或者齿轮和齿条相配合，只要能实现激光测距机构相对支架在X轴方向上有相对位移就可以。在加工待测工件，即未加工的阶梯轴或半精的偏心轴时，通过水平调节组件将激光测距激光收回，使之远离加工过程中会产生的液体污染。

所述水平调节组件还包括第二电磁阀23，所述第二电磁阀23电连接第一滑块22，利用第二电磁阀23实现自动调节，可以控制的更加精准。

如图4所示，一种偏心轴的激光检测控制系统，其包括依次连接的激光测距装置、AD采集模块、主控制器、通讯模块、PC监控上位机，所述激光测距装置，用于检测待加工工件表面位置信号，所述AD采集模块，将位置信号传输到主控制器中，所述主控制器，分析处理位置信号，并计算得到待加工工件的偏心距，以进行实际位移量之间差值的绝对值与许用值的比较，通过通讯模块将比较结果传输到PC监控上位机，所述PC监控上位机，用于发送指令到主控制器，并显示主控制器输出的结果，通过系统来实现激光检测装置的自动控制和实时检测。

所述通讯模块采用蓝牙通信模块，用于实现无线连接。

设有触摸屏，触摸屏与主控制器连接，用于显示以及指令输入，实现双模式的工作状态，即可通过PC监控上位机又可通过触摸屏来获得指令，比如开始测量、重新测量等，从而开启工作状态。

主控制器还分别与第二电磁阀和第二电磁阀连接，主控制器通过第二电磁阀来控制水平调节组件的X轴方向的滑移，通过第二电磁阀来控制高压气体的启闭。

一种偏心轴的激光检测的监控方法，其步骤为：

S1：将激光检测装置和待加工成偏心的阶梯轴安装在外圆磨床上，经调节后，使得激光位移传感器41在测量量程范围内，且正对磨床主轴中心线位置；

S2：将激光位移传感器41位移至待加工成偏心的阶梯轴的待测位置，旋转待加工成偏心的阶梯轴至少一周，用激光位移传感器41采集待测位置的实际位移量，并将每两个实际位移量之间差值的绝对值与许用值进行判断，若绝对值小于许用值，则待加工成偏心的阶梯轴质量合格且安装位置正确，否则，再次调节待加工成偏心的阶梯轴的位置；

S3：用激光位移传感器41调节磨床上的镗头偏心量；

S4：在磨床不停机在线测量偏心量加工过程时，保护罩5滑移到第二状态，激光位移传感器41实时测量待测位置的实际位移量，并通过实际位移量的比对分析，以调节偏心轴在磨削位与砂轮对偏心轴的径向力方向相反的微小偏移量, 控制加工过程中磨床上的砂轮对偏心轴的径向力的影响, 实现对磨削力造成的加工误差补偿；

S5: 在磨床加工偏心轴完毕停机后, 保护罩5滑移到第三状态，通上高压气体，使其吹净偏心轴上磨削液,再将保护罩5滑移到第一状态,测量偏心轴旋转至少一周的实际位移量,并对实际位移量进行比对分析。

现有的镗头调节是通过千分表来反复手调镗头偏心量，该种调节方式耗时长且精度低，现用激光位移传感器41来调节镗头偏心量，由于激光位移传感器41为缪级精度，通过激光位移传感器41调节的镗头偏心量，也可以达到缪级的精度。

激光检测装置同时，还能稳定高效地检测偏心轴的加工质量，实现加工后再检测和在线加工监测两者模式，尤其在线加工监测模式下，对偏心轴的径向力还能准确计算并及时进行补偿，大大提高了偏心轴的质量监控。

以上结合附图所描述的实施例仅是本发明的优选实施方式，而并非对本发明的保护范围的限定，任何基于本发明精神所做的改进都理应在本发明保护范围之内。

Claims (1)

1.一种偏心轴的激光检测的监控方法，其特征在于，其步骤为：

S1：将激光检测装置和待加工成偏心的阶梯轴安装在外圆磨床上，经调节后，使得激光位移传感器（41）在测量量程范围内，且正对磨床主轴中心线位置；

S2：将激光位移传感器（41）位移至待加工成偏心的阶梯轴的待测位置，旋转待加工成偏心的阶梯轴至少一周，用激光位移传感器（41）采集待测位置的实际位移量，并将每两个实际位移量之间差值的绝对值与许用值进行判断，若绝对值小于许用值，则待加工成偏心的阶梯轴质量合格且安装位置正确，否则，再次调节待加工成偏心的阶梯轴的位置；

S3：用激光位移传感器（41）调节磨床上的镗头偏心量；

S4：在磨床不停机在线测量偏心量加工过程时，激光位移传感器（41）实时测量待测位置的实际位移量，并通过实际位移量的比对分析，以调节偏心轴在磨削位与砂轮对偏心轴的径向力方向相反的微小偏移量, 控制加工过程中磨床上的砂轮对偏心轴的径向力的影响,对磨削力造成的加工误差补偿；

S5: 在磨床加工偏心轴完毕停机后, 处理偏心轴上的磨削液,再测量偏心轴旋转至少一周的实际位移量,并对实际位移量进行比对分析。