CN106352813A - 一种基于传感技术的轴类工件测量装置及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及轴类工件形位公差测量技术领域，尤其是一种基于传感技术的轴类工件测量装置及其测量方法，形位公差测量装置包括底座、夹持组件、测量组件、信号调理器、处理器、PLC控制器和显示屏。本发明的基于传感技术的轴类工件测量装置利用了光、机、电以及处理器和信号处理等高新技术检测手段，其中CCD图像传感器、位置传感器、码盘等测量仪器接受到的信息通过处理器进行处理，能够检测轴类工件的形位公差以及外形尺寸，具有精密、准确、高效的特点，而且结构简单、成本较低，是实现轴类工件的形位公差检测的有效途径之一。

Description

一种基于传感技术的轴类工件测量装置及其测量方法

技术领域

本发明涉及轴类工件形位公差测量技术领域，尤其是基于传感技术的轴类工件测量装置及其测量方法。

背景技术

随着科学技术的不断发展，原有的工件检测装置及其测量方法已经不能满足行业需求，现今的工件检测不仅对一些精密零件的尺寸、形位公差和粗糙度等检测要求非常高，而且对它们的检测效率要求特别高。一些传统的卡尺、百分表、千分尺等测量误差大，精度低的测量工具已不能满足这些高精度、高效率、高可靠性的精密零件的检测要求。由于欧美企业制造技术、计算机技术、传感器技术以及自动控制技术的应用，国外检测技术方面得到了迅速进步，相应的出现了许多新型的检测装置和测量方法。由于加工技术的提高，这就给检测方式提出了更高的要求，即检测装置要能够提高生产效率、节约生产成本并提高生产质量。目前，大多数采用精密度高的测量方式，比如三坐标测量仪，其测量精度高、测量速度快，但是对环境要求特别高，也需要工作人员具备一些理论基础和操作能力，价格还比较贵，不适合推广。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的缺陷，提供一种测量精确且效率高的基于传感技术的轴类工件测量装置及其测量方法。

为了实现本发明的目的，所采用的技术方案是：

本发明的基于传感技术的轴类工件测量装置包括：

底座，所述底座固定在水平面上；

夹持组件，所述夹持组件固定在所述底座上，所述夹持组件包括夹具、夹具驱动器和顶紧件，所述夹具安装在所述夹具驱动器上，所述顶紧件固定在所述底座上，所述顶紧件和夹具夹持固定轴类工件，所述顶紧件和所述夹具具有相等的定心高度；

测量组件，所述测量组件包括CCD图像传感器、角度传感器和位置传感器，所述角度传感器安装在所述夹具上，所述角度传感器用于检测所述夹具转动的角度，所述CCD图像传感器和位置传感器借助滑动支架滑动安装在滑动导轨上，所述滑动导轨固定在底座上，所述滑动支架由电机驱动沿着所述滑动导轨滑动，所述CCD图像传感器用于轴类工件的检测，所述位置传感器用于判断所述CCD图像传感器的位置；

信号调理器，所述信号调理器用于接收所述测量组件传送的信号，所述信号调理器进行信号的过滤、放大与调理并传送到处理器；

处理器，所述处理器接收信号调理器反馈的信号，并与预设的阀值进行分析与判断轴类工件的形位公差；

PLC控制器，所述PLC控制器与所述处理器相连，所述PLC控制器根据处理器的控制信号控制夹具驱动器和电机；

显示屏，所述显示屏与所述处理器相连，所述显示屏用于显示形位公差测量结果。

本发明所述底座通过螺栓固定在水平面上，所述滑动导轨通过三脚架固定在所述底座上。

本发明所述顶紧件包括顶尖和顶尖支架，所述顶尖借助顶尖支架固定在所述底座上。

本发明所述夹具为三爪电动卡盘。

本发明所述CCD图像传感器中嵌入成像透镜并自带光源，所述CCD图像传感器用于检测轴类工件的一维尺寸、形状和面积参数。

本发明所述角度传感器为码盘，所述位置传感器为光栅尺位置传感器，所述显示屏为迪文显示屏。

本发明还提供一种基于传感技术的轴类工件形位公差测量方法，使用上述的基于传感技术的轴类工件测量装置，包括以下步骤：

a.所述夹具驱动器驱动夹具转动，所述夹具带动轴类工件一起运转；

b.所述CCD图像传感器对轴类工件进行检测，同时所述角传感器检测所述夹具转动的角度，所述位置传感器检测所述CCD图像传感器的位置；

c.所述CCD图像传感器、角度传感器、位置传感器分别将检测信号传送到所述信号调理器，所述信号调理器接收所述传感器传送的信号，并进行信号的过滤、放大与调理，并传送到处理器；

d.所述处理器接收信号调理器反馈的信号，并与预设的阀值进行分析与判断圆形工件的形位公差，然后通过显示屏显示形位公差。

本发明的基于传感技术的轴类工件测量装置及其测量方法的有益效果是：

(1)与现有技术相比，本发明的基于传感技术的轴类工件测量装置利用了光、机、电以及处理器和信号处理等高新技术检测手段，其中CCD图像传感器、位置传感器、码盘等测量仪器接受到的信息通过处理器进行处理，能够检测轴类工件的形位公差以及外形尺寸，具有精密、准确、高效的特点，而且结构简单、成本较低，是实现轴类工件的形位公差检测的有效途径之一；

(2)本发明的基于传感技术的轴类工件测量装置检测精度高、效率高、可靠性强，可以完成轴类工件的检测。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明的基于传感技术的轴类工件测量装置的整体结构示意图；

图2是本发明的基于传感技术的轴类工件测量装置的原理框图。

其中：底座1；夹具21，夹具驱动器22，顶尖23，顶尖支架24；CCD图像传感器31，角度传感器32，位置传感器33；滑动导轨4，滑动支架41，电机42；信号调理器5；轴类工件6；处理器7；PLC控制器8；显示屏9。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“径向”、“轴向”、“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1-2所示，本实施例的基于传感技术的轴类工件测量装置包括底座1、夹持组件、测量组件、信号调理器5、处理器7、PLC控制器8和显示屏9，其中，底座1固定在水平面上，本实施例中的底座1是通过螺栓固定在水平面上，夹持组件也固定在底座1上，夹持组件包括夹具21、夹具驱动器22和顶紧件，优选的，夹具21为三爪电动卡盘，三爪电动卡盘安装在夹具驱动器22上，三爪电动卡盘由夹具驱动器22驱动进行旋转、松开或夹紧动作，顶紧件固定在底座1上，夹具21夹持住轴类工件6并由顶紧件顶紧，本实施例中的顶紧件包括顶尖23和顶尖支架24，顶尖23借助顶尖支架24固定在底座1上，顶紧件和夹具21具有相等的定心高度，即顶尖23的中心线与夹具21的中心线在同一条水平直线上，从而使得轴类工件6准确定位。

本实施例中的测量组件包括CCD图像传感器31、角度传感器32和位置传感器33，优选的，角度传感器32为码盘，位置传感器33为光栅尺位置传感器，其中，CCD图像传感器31用于轴类工件6的检测，角度传感器32用于检测夹具21转动的角度，位置传感器33用于判断CCD图像传感器31的位置，优选的，CCD图像传感器31中嵌入成像透镜并自带光源，CCD图像传感器31用于检测轴类工件6的一维尺寸、形状和面积参数，以实现对轴类工件6的形状识别和轮廓尺寸检验。

本实施例中的测量组件的安装结构如下，角度传感器32安装在夹具21上，CCD图像传感器31和位置传感器33借助滑动支架41滑动安装在滑动导轨4上，具体地，滑动导轨4固定在底座1上，本实施例中滑动导轨4是通过三脚架固定在底座1上，滑动支架41的一端为滑动端，滑动端滑动安装在滑动导轨4上，滑动支架41的另外一端为固定端，固定端上安装CCD图像传感器31，CCD图像传感器31朝向轴类工件6设置以检测轴类工件6，滑动支架41的滑动端还设有电机42，滑动支架41由电机42驱动沿着滑动导轨4滑动，具体地，电机42的端部安装齿轮，滑动导轨4的一侧安装齿条，电机42通过齿轮和齿条驱动滑动支架41滑动，本实施例中的滑动支架41的滑动端上安装位置传感器33。

本实施例中测量组件采集的信号通过信号调理器5发送给处理器7计算处理，其中，信号调理器5用于信号的过滤、放大与调理并传送到处理器7，处理器7接收信号调理器5反馈的信号，并与预设的阀值进行分析与判断轴类工件6的形位公差。本实施例中的PLC控制器8与处理器7相连，PLC控制器8根据处理器7的控制信号控制夹具驱动器22和电机42。本实施例中的显示屏9也与处理器7相连，显示屏9用于显示形位公差测量结果。

本实施例还提供一种基于传感技术的轴类工件形位公差测量方法，使用上述的基于传感技术的轴类工件测量装置，包括以下步骤：

a.夹具驱动器22驱动夹具21转动，夹具21带动轴类工件6一起运转；

b.CCD图像传感器31对轴类工件6进行检测，同时角传感器检测夹具21转动的角度，位置传感器33检测CCD图像传感器31的位置，具体地，CCD图像传感器31发出的光线照射在轴类工件6的圆柱表面形成一条水平线，CCD图像传感器31测量出该光线点的位置；

c.CCD图像传感器31、角度传感器32、位置传感器33分别将检测信号传送到信号调理器5，信号调理器5接收传感器传送的信号，并进行信号的过滤、放大与调理，并传送到处理器7；

d.处理器7接收信号调理器5反馈的信号，并与预设的阀值进行分析与判断圆形工件的形位公差，其中，处理器7是运用最小二乘法拟合原理以及数学方法，建立轴类工件6参数求解的数学模型，检测轴类工件6的外形尺寸以及形位公差，然后通过显示屏9显示形位公差，优选的，显示屏9为迪文显示屏。

本实施例的测量装置通过处理器7和PLC控制器8控制CCD图像传感器31定时地采集轴类工件6不同位置的点数据，然后将这些点数据由光信号转变电信号，然后传给处理器7进行处理，处理器7利用最小二乘法及数学方法，建立轴类工件6求解的数学模型，并结合定量标定参数，进行误差评定，最终得出形位公差，此过程完成了对数据的采集、坐标的转换、形位公差的计算，并由显示屏9显示输出结果。

应当理解，以上所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。由本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种基于传感技术的轴类工件测量装置，其特征在于：包括：

底座(1)，所述底座(1)固定在水平面上；

夹持组件，所述夹持组件固定在所述底座(1)上，所述夹持组件包括夹具(21)、夹具驱动器(22)和顶紧件，所述夹具(21)安装在所述夹具驱动器(22)上，所述顶紧件固定在所述底座(1)上，所述顶紧件和夹具(21)夹持固定轴类工件(6)，所述顶紧件和所述夹具(21)具有相等的定心高度；

测量组件，所述测量组件包括CCD图像传感器(31)、角度传感器(32)和位置传感器(33)，所述角度传感器(32)安装在所述夹具(21)上，所述角度传感器(32)用于检测所述夹具(21)转动的角度，所述CCD图像传感器(31)和位置传感器(33)借助滑动支架(41)滑动安装在滑动导轨(4)上，所述滑动导轨(4)固定在底座(1)上，所述滑动支架(41)由电机(42)驱动沿着所述滑动导轨(4)滑动，所述CCD图像传感器(31)用于轴类工件(6)的检测，所述位置传感器(33)用于判断所述CCD图像传感器(31)的位置；

信号调理器(5)，所述信号调理器(5)用于接收所述测量组件传送的信号，所述信号调理器(5)进行信号的过滤、放大与调理并传送到处理器(7)；

处理器(7)，所述处理器(7)接收信号调理器(5)反馈的信号，并与预设的阀值进行分析与判断轴类工件(6)的形位公差；

PLC控制器(8)，所述PLC控制器(8)与所述处理器(7)相连，所述PLC控制器(8)根据处理器(7)的控制信号控制夹具驱动器(22)和电机(42)；

显示屏(9)，所述显示屏(9)与所述处理器(7)相连，所述显示屏(9)用于显示形位公差测量结果。

2.根据权利要求1所述的基于传感技术的轴类工件测量装置，其特征在于：所述底座(1)通过螺栓固定在水平面上，所述滑动导轨(4)通过三脚架固定在所述底座(1)上。

3.根据权利要求2所述的基于传感技术的轴类工件测量装置，其特征在于：所述CCD图像传感器(31)中嵌入成像透镜并自带光源，所述CCD图像传感器(31)用于检测轴类工件(6)的一维尺寸、形状和面积参数。

4.根据权利要求3所述的基于传感技术的轴类工件测量装置，其特征在于：所述顶紧件包括顶尖(23)和顶尖支架(24)，所述顶尖(23)借助顶尖支架(24)固定在所述底座(1)上。

5.根据权利要求4所述的基于传感技术的轴类工件测量装置，其特征在于：所述夹具(21)为三爪电动卡盘，所述显示屏(9)为迪文显示屏。

6.根据权利要求5所述的基于传感技术的轴类工件测量装置，其特征在于：所述角度传感器(32)为码盘，所述位置传感器(33)为光栅尺位置传感器。

7.一种基于传感技术的轴类工件形位公差测量方法，使用如权利要求1-6任意一项所述的基于传感技术的轴类工件测量装置，其特征在于：包括以下步骤：

a.所述夹具驱动器(22)驱动夹具(21)转动，所述夹具(21)带动轴类工件(6)一起运转；

b.所述CCD图像传感器(31)对轴类工件(6)进行检测，同时所述角传感器检测所述夹具(21)转动的角度，所述位置传感器(33)检测所述CCD图像传感器(31)的位置；

c.所述CCD图像传感器(31)、角度传感器(32)、位置传感器(33)分别将检测信号传送到所述信号调理器(5)，所述信号调理器(5)接收所述传感器传送的信号，并进行信号的过滤、放大与调理，并传送到处理器(7)；

d.所述处理器(7)接收信号调理器(5)反馈的信号，并与预设的阀值进行分析与判断圆形工件的形位公差，然后通过显示屏(9)显示形位公差。