CN106247996B - 基于激光测距与步进分度的带轮检测系统 - Google Patents

基于激光测距与步进分度的带轮检测系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于激光测距与步进分度的带轮检测系统，包括测量单元、旋转执行单元、控制计算单元；测量单元由安装在支架上的激光位移传感器组成；旋转执行单元由两相同步电机和套装在其电机轴上的被检测同步带轮组成；控制计算单元为可编程逻辑控制器；可编程逻辑控制器的数据采集输入接口与激光位移传感器的数据信号输出接口连接，可编程逻辑控制器的输出控制接口与两相步进电机的步进驱动器输入控制接口连接；上位机通过通讯线缆与可编程逻辑控制器通信连接；激光位移传感器的投光轴线垂直于所述被检测同步带轮的齿顶表面设置。本发明优点在于通过步进电机驱动分度技术和激光测距技术的结合，使用了一个距离值表征了两种精度。

Description

基于激光测距与步进分度的带轮检测系统
技术领域
本发明涉及同步带轮检测系统，尤其是涉及基于激光测距与步进分度的带轮检测系统。
背景技术
同步带轮是用来精密传动的，因此当同步带轮如果出现齿距夹角不均匀，则在工作过程中将导致同步带的时松、时紧张力不均等的情况，尤其是直径较小的同步带轮，将造成传动精度的大幅度降低，甚至导致仪器传动系统无法工作，如全自动体外诊断设备的样本架传输系统等。目前，对同步带轮齿距夹角的检测多通过偏摆仪6采取间接测量的方法，如图5所示，工件7为同步带轮，使用百分表8测量仪器测量同步带轮每个齿最高点的读数，人工记录测量数据,从中找出最大值和最小值，之后相减得到的数据定义为同心度；但对于齿距相等与否不能测量，同时需要手动拨动同步带轮旋转，容易造成系统误差且检测效率和检测精度低，而人工记录数据也容易出错。
发明内容
本发明目的在于提供一种基于激光测距与步进分度的带轮检测系统。
为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：
本发明所述基于激光测距与步进分度的带轮检测系统，包括测量单元、旋转执行单元、控制计算单元；所示测量单元由安装在支架上的激光位移传感器组成；所述旋转执行单元由两相同步电机和套装在其电机轴上的被检测同步带轮组成；所述控制计算单元为可编程逻辑控制器；所述可编程逻辑控制器的数据采集输入接口与所述激光位移传感器的数据信号输出接口连接，可编程逻辑控制器的输出控制接口与所述两相步进电机的步进驱动器输入控制接口连接；上位机或触摸屏通过通讯线缆与可编程逻辑控制器通信连接；所述激光位移传感器的投光轴线垂直于所述被检测同步带轮的齿顶表面设置。
本发明优点在于克服了现有通过偏摆仪对同步带轮齿距夹角进行间接检测所存在的不足。通过步进电机驱动分度技术和激光测距技术的结合，使用了一个距离值表征了两种精度，即：同步带轮的轴孔与传动齿的同心度、齿距制造精度；检测精度可达步距角的3%，即0.225×3%=0.00675°且不累计。检测过程无接触，避免了百分表等传统方案因弹簧力压迫造成的系统误差问题。同时，检测过程不需人工参与，使用步进电机驱动，无操作误差。检测数据计算处理由可编程逻辑控制器（PLC）完成，可靠性高。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的控制电路原理框图。
图3是本发明所述的同步带轮结构示意图。
图4是图3的A-A向剖视结构示意图。
图5是现有技术对同步带轮齿距夹角检测的示意图。
具体实施方式
如图1-4所示，本发明所述基于激光测距与步进分度的带轮检测系统，包括测量单元、旋转执行单元、控制计算单元；所示测量单元由安装在支架5上的激光位移传感器1（HG-C系列，分辨率0.001mm；松下电器机电（中国）有限公司生产）组成；所述旋转执行单元由两相步进电机2和套装在其电机轴上的被检测同步带轮3组成；所述控制计算单元为可编程逻辑控制器，如图2所示，所述可编程逻辑控制器的数据采集输入接口与所述激光位移传感器1的数据信号输出接口连接，可编程逻辑控制器的输出控制接口与所述两相同步电机2的步进驱动器输入控制接口连接；上位机（触摸屏）通过通讯线缆与可编程逻辑控制器通信连接；所述激光位移传感器1的投光轴线4垂直于所述被检测同步带轮3的齿顶表面设置。
本发明工作过程现以16齿同步带轮为例进行简述如下：
同步带轮3一共16齿，齿与齿之间夹角为360°/16=22.5°，用两相步进电机2进行驱动时，电气采用八细分，即两相步进电机2每步进一步的旋转角度为360°/（200×8）=0.225°，且误差不累计；这样，可编程逻辑控制器（PLC）每次驱动两相步进电机2旋转100步，即两相步进电机2旋转0.225×100=22.5°，也就是旋转一个齿距角。
可编程逻辑控制器按照上述的选择步骤从激光位移传感器1上取值，同步带轮3旋转一周共取值16个，在这16个值当中，可编程逻辑控制器(PLC)负责严格按照每一百步采集一个数据进行数据采集，之后将数据通过通讯线传递给上位机进行储存，上位机负责接收数据进行存储，存储至步进电机2运动停止；步进电机2停止后，PLC负责将停止信号传送至上位机，上位机根据接收的全部数据进行一次冒泡排序（即两个数比较，大的数据保存，小的数据忽略），取得最大值，之后再进行一次冒泡排序，取得最小值；之后进行四则运算，求取最大、最小值的差值；即高度落差值。该位移值即为一个综合反映齿距精度以及内孔与齿顶圆不同心精度的值。
如果出现分度不准确的同步带轮3时，则在22.5°上取得的点非同等相位,即:有的点在同步带轮3的齿顶上取得，有的点在同步带轮3的齿底部取得，将导致位移差值的改变，从而表征了同步带轮3的齿距角度差的精度。
如果同步带轮3的轴孔出现偏差或者歪斜，则轴孔轴线与齿顶圆轴线会出现一个较大的偏差，明显会大大增加所述落差值，即该值表征了制造不同心的严重程度。
齿距精度以及内孔与齿顶圆不同心精度是常见的制造缺陷相关精度，所以这一数据就表征了带轮的制造精度。

Claims (1)

1.一种基于激光测距与步进分度的带轮检测系统，其特征在于：包括测量单元、旋转执行单元、控制计算单元；所示测量单元由安装在支架上的激光位移传感器组成；所述旋转执行单元由两相步进电机和套装在其电机轴上的被检测同步带轮组成；所述控制计算单元为可编程逻辑控制器；所述可编程逻辑控制器的数据采集输入接口与所述激光位移传感器的数据信号输出接口连接，可编程逻辑控制器的输出控制接口与所述两相步进电机的步进驱动器输入控制接口连接；上位机通过通讯线缆与可编程逻辑控制器通信连接；所述激光位移传感器的投光轴线垂直于所述被检测同步带轮的齿顶表面设置；
所述同步带轮为16齿，齿与齿之间夹角为360°/16=22.5°，所述两相步进电机的电气采用八细分，即两相步进电机每步进一步的旋转角度为360°/（200×8）=0.225°，所述可编程逻辑控制器每次驱动两相步进电机旋转100步，即两相步进电机旋转0.225×100=22.5°，也就是旋转一个齿距角；
所述同步带轮检测方法包括以下内容：可编程逻辑控制器按从所述激光位移传感器上取值，所述同步带轮旋转一周共取值16个，在这16个值当中，可编程逻辑控制器负责严格按照每一百步采集一个数据进行数据采集，之后将数据通过通讯线传递给所述上位机进行储存，上位机负责接收数据进行存储，存储至两相步进电机运动停止；两相步进电机停止后，可编程逻辑控制器负责将停止信号传送至上位机，上位机根据接收的全部数据进行一次冒泡排序取得最大值，之后再进行一次冒泡排序取得最小值；之后进行四则运算，求取最大、最小值的差值，即高度落差值；
当出现分度不准确的同步带轮时，则在22.5°上取得的点非同等相位，即有的点在同步带轮的齿顶上取得，有的点在同步带轮的齿底部取得，将导致高度落差值的改变，从而表征了同步带轮的齿距角度差的精度；
当同步带轮的轴孔出现偏差或者歪斜，则轴孔轴线与齿顶圆轴线会出现一个较大的偏差，明显会大大增加所述高度落差值，即该高度落差值表征了制造不同心的严重程度。
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