CN106323201B - 直线度检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种直线度检测系统，包括：通过外部激光源照射被测装置内孔中沿内孔轴线运动的位置测量元件，将检测信号通过无线方式发送到直线度检测单元，直线度检测单元根据激光照射在位置测量元件上的光斑位置信息计算得到被测装置内孔的直线度；同时，直线度检测单元可根据测量单元反馈的姿态信息，控制调整装置调整测量单元的姿态，以提高测量精度；该直线度检测系统结构简单，易于实现，信号稳定性好，可完成对被测装置直线度的精确测量。

Description

直线度检测系统

技术领域

本发明涉及检测领域，尤其涉及一种直线度检测系统。

背景技术

直线度是反映液压缸缸筒内孔加工质量的关键因素，影响着液压缸的使用性能，进而影响着工程机械等主机产品性能。研究表明，国外液压缸生产厂家主要采用气动量仪测量方法来测量缸筒直线度。但是，该设备属于订制的专用装置，成本较高，并且，气动检测不利于实现在线检测。国内液压缸生产厂家均依赖刮滚与珩磨机床保证缸筒内孔直线度，未进行缸筒直线度检测，对液压缸性能质量不能有效管控。因此，为了提高我国液压缸制造水平，进行缸筒内孔直线度检测方法与装置开发是十分必要的。

液压缸缸筒内孔属于深长孔，深长孔加工复杂且特殊，深长孔零件轴线的直线度误差会造成工件报废、产品精度低、质量不合格等不良后果。目前，关于深孔直线度检测公开报道与文献较少，国内部分科研单位在深长孔直线度检测方面展开了实验研究，取得了一些研究成果，但发明人在实现本发明的过程中发现现有液压缸缸筒内孔直线度检测系统存在以下问题：

一，无深孔零件的支承装置及相应的调整方法，无法满足缸筒直线度检测的精确标定。

二，未考虑检测单元回转带来的检测误差。

三，装置的信号传输均为有线传输，不利于实际生产中的应用。

四，采用图像处理方式检测直线度较为复杂，不适于实际生产需要。

发明内容

本发明的目的是提出一种直线度检测系统，能够快速、精确地实现液压缸缸筒内孔直线度的检测。

本发明实施例提供的一种直线度检测系统，包括：激光源、测量单元、第一通信单元、第二通信单元和直线度检测单元，其中测量单元置于被测装置内孔中，并且沿被测装置内孔的轴线方向运动，测量单元还包括位置测量元件，其中；

激光源，用于利用第一激光信号照射位置测量元件的测量面；

位置测量元件，用于将第一激光信号照射位置测量元件测量面产生的光斑位置信息发送给第一通信单元；

第一通信单元，用于将接收到的光斑位置信息通过第二通信单元发送给直线度检测单元；

直线度检测单元，用于根据接收到的光斑位置信息确定被测装置内孔的直线度。

基于上述直线度检测系统的另一实施例中，测量单元还包括校准元件，校准元件的测量面与位置测量元件的测量面平行，其中：

激光源还用于利用第二激光信号照射校准元件的测量面，其中第一激光信号和第二激光信号平行；

校准元件，用于将第二激光信号照射校准元件测量面产生的光斑形状信息提供给第一通信单元；

第一通信单元还用于将校准元件提供的光斑形状信息通过第二通信单元发送给直线度检测单元；还用于将接收到的姿态控制信号发送给测量单元，以便测量单元根据姿态控制信号进行姿态调节，使校准元件的测量面与第二激光信号垂直；

直线度检测单元还用于根据接收到的光斑形状信息，判断校准元件的测量面是否与第二激光信号垂直；若校准元件的测量面未与第二激光信号垂直，则通过第二通信单元向第一通信单元发送姿态控制信号。

基于上述直线度检测系统的另一实施例中，测量单元还包括调节装置，其中：

调节装置，用于根据接收到的姿态控制信号，在水平方向和垂直方向上调节测量单元的姿态。

基于上述直线度检测系统的另一实施例中，调节装置包括水平轴调节器和垂直轴调节器，其中：

水平轴调节器，用于根据姿态控制信号在水平方向上对测量单元的姿态进行调节；

垂直轴调节器，用于根据姿态控制信号在垂直方向上对测量单元的姿态进行调节。

基于上述直线度检测系统的另一实施例中，位置测量元件为光敏探测器。

基于上述直线度检测系统的另一实施例中，校准元件包括准直棱镜和设置在准直棱镜测量面上的光敏器件，其中：

光敏器件，用于将第二激光信号照射在准直棱镜测量面产生的光斑形状信息提供给第一通信单元。

基于上述任一直线度检测系统的另一实施例中，还包括驱动单元，其中：

驱动单元，用于驱动测量单元在被测装置内孔中沿被测装置内孔的轴线运动。

基于上述直线度检测系统的另一实施例中，驱动单元为步进电机。

基于上述直线度检测系统的另一实施例中，步进电机还用于通过牵引绳驱动测量单元沿被测装置内孔的轴线方向运动。

基于上述直线度检测系统的另一实施例中，步进电机还用于向直线度检测单元上报测量单元在被测装置内孔中的位置信息。

基于上述任一直线度检测系统的另一实施例中，还包括支撑平台，其中：

支撑平台，用于承载被测装置，并调节被测装置内孔的轴线与水平面的平行度。

基于上述直线度检测系统的另一实施例中，支撑平台还用于承载激光源，并调节第一激光信号和第二激光信号与被测装置内孔轴线的平行度。

基于上述任一直线度检测系统的另一实施例中，第一通信单元和第二通信单元通过无线方式进行通信。

基于上述任一直线度检测系统的另一实施例中，直线度检测单元还用于调节激光源的发射功率。

本发明实施例提出的上述直线度检测系统，通过外部激光源照射被测装置内孔中沿内孔轴线运动的位置测量元件，根据激光照射在位置测量元件上的光斑位置信息检测被测装置内孔的直线度，该检测系统结构简单，易于实现，可完成对被测装置直线度的精确测量。

附图说明

构成说明书的一部分的附图描述了本发明的实施例，并且连同描述一起用于解释本发明的原理。

参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本发明，其中：

图1为本发明直线度检测系统一个实施例的结构示意图。

图2为本发明直线度检测系统另一个实施例的结构示意图。

图3为本发明直线度检测系统又一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

图1为本发明直线度检测系统一个实施例的结构示意图，如图1所示，该实施例的直线度检测系统包括：激光源1、测量单元3、第一通信单元4、第二通信单元9和直线度检测单元10，其中测量单元3置于被测装置2的内孔中，并且沿被测装置2内孔的轴线方向运动，测量单元3还包括位置测量元件5，其中：

激光源1，用于利用第一激光信号照射位置测量元件5的测量面。

具体地，激光源1位于被测装置2的外部，其发射的第一激光信号与被测装置2的内孔的轴线平行。

优选地，为了提高测量的精度，第一激光信号初始照射在位置测量元件5的中心，并且在测量单元3在被测装置2的内孔中运动时，保持第一激光信号与位置测量元件5的测量面垂直。

位置测量元件5，用于将第一激光信号照射位置测量元件5的测量面产生的光斑位置信息发送给第一通信单元4。

其中，当激光照射在位置测量元件5的测量面时，会在位置测量元件5的测量面产生一个光斑，位置测量元件5将该光斑所在的位置信息转换为电压信号后发送给第一通信单元4。

第一通信单元4，用于将接收到的光斑位置信息通过第二通信单元9发送给直线度检测单元10。

直线度检测单元10，用于根据接收到的光斑位置信息确定被测装置2的内孔的直线度。

对于如何根据光斑位置信息的变化确定被测装置的内孔直线度是本领域通用知识，故不多加赘述。

本发明实施例提出的上述直线度检测系统，通过激光源1照射被测装置2内孔中沿内孔轴线运动的位置测量元件5，根据激光照射在位置测量元件5上的光斑位置信息检测被测装置2内孔的直线度，该检测系统结构简单，易于实现，可完成对被测装置2直线度的精确测量。

图2为本发明直线度检测系统另一个实施例的结构示意图，与图1实施例相比，在该实施例的直线度检测系统中，测量单元3还包括校准元件14，该校准元件14的测量面与位置测量元件5的测量面平行，其中：

激光源1还用于利用第二激光信号照射校准元件14的测量面，其中第一激光信号和第二激光信号平行。

校准元件14，用于将第二激光信号照射校准元件14的测量面产生的光斑形状信息提供给第一通信单元4。

具体地，校准元件14包括准直棱镜和设置在该准直棱镜测量面上的光敏器件，该光敏器件用于将第二激光信号照射在准直棱镜的测量面产生的光斑形状信息提供给第一通信单元4。

其中，激光信号照射在准直棱镜上的入射角不同，会产生不同的光斑形状。例如，当激光信号照射在准直棱镜的中心，且与准直棱镜垂直时，在准直棱镜上会产生一个圆形光斑，当激光信号的入射角增大时，光斑的形状会由圆形变为椭圆，激光信号入射角越大，椭圆的离心率越大。

另外，上述光敏器件会将第二激光信号在准直棱镜的测量面产生的光斑形状信息转化为电压信号后发送给第一通信单元4。

第一通信单元4还用于将校准元件14提供的光斑形状信息通过第二通信单元9发送给直线度检测单元10。

直线度检测单元10还用于根据接收到的光斑形状信息，判断校准元件14的测量面是否与第二激光信号垂直；若校准元件14的测量面未与第二激光信号垂直，则通过第二通信单元9向第一通信单元4发送姿态控制信号。

第一通信单元4将接收到的姿态控制信号发送给测量单元3，以便测量单元3根据姿态控制信号进行姿态调节，使校准元件14的测量面与第二激光信号垂直。

本发明实施例提出的上述直线度检测系统，通过校准元件14实时测量测量单元3的姿态，并通过第一通信单元4向直线度检测单元反馈测量单元3的姿态信息，直线度检测单元10根据该姿态信息随时调整测量单元3的姿态，提高了直线度检测精度，同时使得测量更加灵活。

图3为本发明直线度检测系统又一个实施例的结构示意图，与图2实施例相比，在该实施例的直线度检测系统中，测量单元3还包括调节装置17，其中：

调节装置17，用于根据接收到的姿态控制信号，在水平方向和垂直方向上调节测量单元3的姿态，以使校准元件14的测量面与第二激光信号垂直。

进一步地，如图2所示，调节装置17可以包括水平轴调节器13和垂直轴调节器15，其中：

水平轴调节器13，用于根据姿态控制信号在水平方向上对测量单元3的姿态进行调节。

垂直轴调节器15，用于根据姿态控制信号在垂直方向上对测量单元3的姿态进行调节。

在本发明上述各实施例中，位置测量元件5可以是光敏探测器，进一步地，光敏探测器可以是四象限位置光敏探测器。

四象限位置光敏探测器是把四个性能相同的光敏探测器按照直角坐标系的要求排列成四个象限集成在同一芯片上，由光电探测原理可知，每个象限输出的电压信号强弱与该象限光敏探测器的光敏面接收到的光能量多少是相对应的，通过四象限位置光敏探测器测量出由激光束的光斑位置变化引起的电压变化，得到光斑在水平和垂直两个方向的偏移量，从而确定光斑的中心位置。

在本发明直线度检测系统的另一个实施例中，还包括驱动单元，用于驱动测量单元3在被测装置2内孔中沿被测装置内孔的轴线运动。

该驱动单元可以位于被测装置2的外部，通过牵引绳牵引测量单元3在被测装置2的内孔中运动。

具体地，如图2和图3所示，上述驱动单元可以是步进电机7，位于被测装置2的外部，通过电缆8与直线度检测单元10相连；测量单元3和调整装置17位于小车16上，通过牵引绳6连接小车16，步进电机7牵引小车16沿被测装置2的内孔的轴线方向运动。

另外，上述驱动单元还可以与测量单元3设置在一起，驱动测量单元3在被测装置2的内孔中运动。

具体地，如图3所示，驱动单元、测量单元3和调整装置17都位于小车16上，驱动单元驱动小车16沿被测装置2的内孔的轴线方向运动。

基于本发明上述直线度检测系统的另一个实施例中，驱动单元还用于向直线度检测单元10上报测量单元3在被测装置内孔中的位置信息。

具体地，在步进电机7牵引小车16在被测装置2内孔中运动时，可根据步进电机7的速度反馈装置向直线度检测单元10反馈小车16的速度信息，直线度检测单元10根据该速度信息可计算得到测量单元3在被测装置2内孔中的位置信息，从而可以得到被测装置2内孔直线度与测量单元3在被测装置2内孔中位置的对应关系。

在本发明直线度检测系统的又一个实施例中，如图2所示，还包括支撑平台12，用于承载被测装置2，并调节被测装置2的内孔的轴线与水平面的平行度。

进一步地，支撑平台12还可用于承载激光源1，并调节第一激光信号和第二激光信号与被测装置2的内孔轴线的平行度。

具体地，可通过支撑平台12调节激光源1发射的第一激光信号和第二激光信号的方向，使第一激光信号对准位置测量元件5的中心，使第二激光信号对准校元件14的中心。

在本发明上述各实施例中，第一通信单元4和第二通信单元9通过无线方式进行通信，例如可以通过蓝牙、物联网协议(ZigBee)或无线局域网(WLAN)等无线方式通信。

其中，第一通信单元4和第二通信单元9分别包括无线信号发生器和接收器。

本发明实施例提出的上述直线度检测系统，采用无线传输技术，实现检测信号采集，与现有技术中的光缆传输信号相比，信号安全性高，信号更加稳定。

在本发明直线度检测系统的再一个实施例中，激光源1通过激光电缆11与直线度检测单元10相连，直线度检测单元10还用于调节激光源1的发射功率，以适应不同的检测要求。

光敏探测器在不同的环境中对激光信号的敏感程度不同，当光敏探测器位于较亮的环境中时，对激光信号的敏感度低于其位于较暗环境中的敏感度，此时，可通过直线度检测单元10增大激光源1的发射功率，反之，当光敏探测器位于较暗的环境中时，可适当减小激光源1的发射功率。

在本发明直线度检测系统的一个应用实施例中，如图2和图3所示，该应用实施例的直线度检测系统包括外部激光源1、被测缸筒2、测量单元3、第一无线信号发生器与第二无线信号接收器4、四象限位置光敏探测器5、线绳6、步进电机7、电机电缆8、第一无线信号接收器与第二无线信号发生器9、终端计算机10、激光源电缆11、支承装置12、水平轴调整器13、准直棱镜14、竖直轴调整器15、小车16、六自由度调整台17。

其中，外部激光源1置于支承装置12上，其相对于被测缸筒2轴线的上下左右位置均可调整，其与终端计算机10通过激光源电缆11相连，并实现信息传输。被测缸筒2置于支承装置12上，其端面与外部激光源1发射的激光相垂直，其轴线与水平面的平行度、与外部激光源1发射的激光平行度由支承装置12进行调整。测量单元3置于小车16上。第一无线信号发生器与第二无线信号接收器4置于测量单元3上。第一无线信号发生器将四象限位置光敏探测器5和准直棱镜14检测到的信号传输给第一无线信号接收器，终端计算机10根据该信号计算被测缸筒2的直线度，并且通过第二信号发生器向第二无线信号接收器发送姿态控制信号，六自由度调整台17根据该姿态控制信号控制调整测量单元3的姿态，以使测量单元3的测量面与外部激光源1发射的激光垂直。其中，测量单元3的姿态控制主要通过水平轴调整器13和竖直轴调整器15完成。步进电机7通过线绳6驱动小车16在被测缸筒2内运动。另外，步进电机7通过电机电缆8与终端计算机10之间进行信息交互。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

可能以许多方式来实现本发明的方法、系统。例如，可通过软件、硬件、固件或者软件、硬件、固件的任何组合来实现本发明的方法和系统。用于所述方法的步骤的上述顺序仅是为了进行说明，本发明的方法的步骤不限于以上具体描述的顺序，除非以其它方式特别说明。此外，在一些实施例中，还可将本发明实施为记录在记录介质中的程序，这些程序包括用于实现根据本发明的方法的机器可读指令。因而，本发明还覆盖存储用于执行根据本发明的方法的程序的记录介质。

本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (13)

1.一种直线度检测系统，其特征在于，包括：激光源、测量单元、第一通信单元、第二通信单元和直线度检测单元，其中测量单元置于被测装置内孔中，并且沿被测装置内孔的轴线方向运动，测量单元包括位置测量元件和校准元件，校准元件的测量面与位置测量元件的测量面平行，其中；

激光源，用于利用第一激光信号垂直照射位置测量元件的测量面；还用于利用第二激光信号照射校准元件的测量面，其中第一激光信号和第二激光信号平行；

位置测量元件，用于将第一激光信号照射位置测量元件测量面产生的光斑位置信息发送给第一通信单元；

校准元件，用于将第二激光信号照射校准元件测量面产生的光斑形状信息提供给第一通信单元；

第一通信单元，用于将接收到的光斑位置信息通过第二通信单元发送给直线度检测单元；还用于将校准元件提供的光斑形状信息通过第二通信单元发送给直线度检测单元；还用于将接收到的姿态控制信号发送给测量单元，以便测量单元根据姿态控制信号进行姿态调节，使校准元件的测量面与第二激光信号垂直；

直线度检测单元，用于根据接收到的光斑位置信息确定被测装置内孔的直线度；还用于根据接收到的光斑形状信息，判断校准元件的测量面是否与第二激光信号垂直；若校准元件的测量面未与第二激光信号垂直，则通过第二通信单元向第一通信单元发送姿态控制信号。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，测量单元还包括调节装置，其中：

调节装置，用于根据接收到的姿态控制信号，在水平方向和垂直方向上调节测量单元的姿态。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，调节装置包括水平轴调节器和垂直轴调节器，其中：

水平轴调节器，用于根据姿态控制信号在水平方向上对测量单元的姿态进行调节；

垂直轴调节器，用于根据姿态控制信号在垂直方向上对测量单元的姿态进行调节。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，

位置测量元件为光敏探测器。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，

校准元件包括准直棱镜和设置在准直棱镜测量面上的光敏器件，其中：

光敏器件，用于将第二激光信号照射在准直棱镜测量面产生的光斑形状信息提供给第一通信单元。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的系统，其特征在于，还包括驱动单元，其中：

驱动单元，用于驱动测量单元在被测装置内孔中沿被测装置内孔的轴线运动。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，

驱动单元为步进电机。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，

步进电机还用于通过牵引绳驱动测量单元沿被测装置内孔的轴线方向运动。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，

步进电机还用于向直线度检测单元上报测量单元在被测装置内孔中的位置信息。

10.根据权利要求1-5中任一项所述的系统，其特征在于，还包括支撑平台，其中：

支撑平台，用于承载被测装置，并调节被测装置内孔的轴线与水平面的平行度。

11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，

支撑平台还用于承载激光源，并调节第一激光信号和第二激光信号与被测装置内孔轴线的平行度。

12.根据权利要求1-5中任一项所述的系统，其特征在于，

第一通信单元和第二通信单元通过无线方式进行通信。

13.根据权利要求1-5中任一项所述的系统，其特征在于，

直线度检测单元还用于调节激光源的发射功率。