CN107014319B - 一种蜗轮蜗杆减速机传动轴座孔轴线的空间垂直度检测方法 - Google Patents
一种蜗轮蜗杆减速机传动轴座孔轴线的空间垂直度检测方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种蜗轮蜗杆减速机传动轴座孔轴线的空间垂直度检测方法。本发明利用VC软件接收处理CCD传感器通过数据采集卡上传的数据，激光反射的方法确定输入轴线轴确定件中心线及输出轴线轴确定件的中心线和实际轴线，并通过上位机VC数据处理计算出输出轴线轴确定件中心线与实际轴线的夹角，从而判断蜗轮蜗杆减速机传动轴座孔轴线的空间垂直度，本发明操作简便，算法相对CCD多目视觉法简单，效率高。
Description
技术领域
本发明涉及光电三维测量技术，属于异面直线垂直度测量技术领域。具体的说是一种新型、高效的蜗轮蜗杆减速机传动轴座孔轴线的空间垂直度检测方法。
背景技术
减速机是利用齿轮来实现电机速度转换的转换器，应用可以说十分广泛，从汽车、船舶、建筑机具及工业生产设备，小到我们家电等各种机械的传动系统中，经过了几十年的发展，由最原始的摆线针轮减速机，发展至今的多种类型，随着国民经济的发展，近几年的减速机市场更是需求大增，对减速机的质量及技术方向也提出了更高的要求。而蜗轮蜗杆减速机外壳轴孔异面垂直度直接影响传动轴安转精度、轴承间隙、齿轮间隙及减速机的质量和使用寿命。蜗轮蜗杆减速机外壳轴承孔异面轴线垂直度测量可以提高减速机质量改善加工工艺，目前，异面直线角度检测仍处在发展阶段，有三坐标机测量法，激光干涉法，机器视觉测量法等，而前两者不适用于工业现场且成本昂贵，为此利用机器视觉精确测量异面直线角度成为一大热点。
目前，天津大学对异面直线的角度测量做了比较多的研究，分析了大尺寸空间角度检测系统的测量原理,沿被测元素公垂线方向应用线结构光的平面传播特性在几米至十余米的距离内建立角度公共基准。提出了光学基准信息的提取方法。其次,设计了待测元素的图像处理算法,采用两个视觉系统分别对标杆轴线与基准光线的夹角进行计算。然后,为保证系统的抗干扰能力和测量精度,研究了图像分割的在线阈值自适应选择方法,设计了具有较强抗干扰能力的边缘提取算法和目标选择判据。最后,对系统测量精度进行了实验分析。在物距为300mm、两测量工位的光照分别为182lux和150lux的条件下,空间异面夹角测量重复性精度为±0.0115°。算法满足系统在线测量的精度要求，而此种测量方式不适应于蜗轮蜗杆减速机外壳无标杆的测量。中国空空导弹研究院的叶剑波为确定汽车转向器蜗轮蜗杆安装前壳体内部精确尺寸，利用多目视觉三维重构的方法，得出异面直线的空间坐标，继而实现壳体空间异面直线中心距的测量。而多目视觉的方法存在着算法复杂的问题。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明针对目前国内外现状，提供一种比较精准可靠，结构相对简单，且对检测物无损伤或者损伤较小，计算复杂性较低的蜗轮蜗杆减速机传动轴座孔轴线的空间垂直度检测方法。
本发明使用了蜗轮蜗杆减速机外壳，本发明使用的器件包括输入轴线内三爪定位机构、输出轴线内三爪定位机构、激光接收器（CCD传感器、透镜）、输入轴线轴确定件、输出轴线轴确定件、激光器、多自由度微调机构、分光棱镜（分光棱镜镜罩、分光棱镜底座）、180°分光棱镜（180°分光棱镜镜罩、180°分光棱镜镜座）、十字分划板、调整装置。
所述蜗轮蜗杆减速机外壳为被测装置，两个输入轴线内三爪定位机构对内用于固定输入轴线轴确定件、对外用于确定减速机外壳基准轴孔的圆心，两个输出轴线内三爪定位机构对内用于固定输出轴线轴确定件、对外用于确定减速机外壳垂直轴孔的圆心，十字分划板固定于靠近激光器的输入轴线轴确定件一端，十字分划板中心用于表述此端所在减速机外壳轴孔的圆心，输入轴线轴确定件另一端及输出轴线轴确定件的两端均用螺纹连接安装激光接收器，此三个激光接收器的CCD传感器中心分别表示其所在轴孔的圆心，激光器通过其自带固定装置固定于多自由度微调机构上，多自由度微调机构可提供旋转角度、俯仰角及X、Y、Z等五个方向的可调量，可实现激光器出射的激光通过输入轴线轴确定件的十字分划板及激光接收器的中心，所述分光棱镜可选购且自带分光棱镜镜罩及分光棱镜底座，分光棱镜通过分光棱镜底座处的螺栓连接安装在输入轴线轴确定件的中心位置处，所述180°分光棱镜为自行设计，利用多个直角三角棱镜达到所需光路的特殊棱镜，其180°分光棱镜镜罩及180°分光棱镜底座均参照光路及分光棱镜设计，180°分光棱镜通过180°分光棱镜底座的螺栓连接安装在输入轴线轴确定件相应位置，调整装置用于调整基准轴使之与外壳上表面轴孔表面平行。
本发明中多自由度微调机构提供高精度的X、Y、Z轴及角度和俯仰角的调整。激光接收器用于采集激光光斑位置，调整装置用于调整基准轴使之与外壳上表面轴孔表面平行，通过调整装置调整好输入轴线轴确定件，利用激光器出射的激光及分光棱镜和180°分光棱镜反射的激光，最终在输出轴线轴确定件的激光接收器上获取激光光斑的位置，通过VC软件对比其所在CCD传感器的中心位置，从而确定垂直度。
前述的蜗轮蜗杆减速机传动轴座孔轴线的空间垂直度检测装置，还包括数据采集卡模块，以及可处理和存储数据的上位机模块。
一种蜗轮蜗杆减速机传动轴座孔轴线的空间垂直度检测方法，步骤如下：
第一步：打开激光器，使激光通过输入轴线轴确定件一端的十字分划板射入并达另一端的出射端接收器的CCD传感器上。
第二步：调整多自由度微调机构使得第一步中的入射激光通过十字分划板的中心以及另一端出射端接收器的CCD传感器的中心。
第三步：调整调整装置，使得输入轴线轴确定件与减速机外壳的上表面平行。
第四步：在电脑上利用软件读取输出轴线轴确定件两端激光接收器的CCD传感器上的激光光斑。
第五步：利用VC软件计算得出第四步中激光光斑的中心坐标及输出轴线轴确定件两端激光接收器上CCD传感器的中心坐标。
第六步：通过VC软件计算输出轴线轴确定件两端激光接收器的CCD传感器上的激光光斑中心连线与输出轴线轴确定件两端激光接收器上传感器的中心坐标连线的夹角，最终确定蜗轮蜗杆减速机传动轴座孔轴线的空间垂直度。
本发明利用VC软件接收处理CCD传感器通过数据采集卡上传的数据，激光反射的方法确定输入轴线轴确定件中心线及输出轴线轴确定件的中心线和实际轴线，并通过上位机VC数据处理计算出输出轴线轴确定件中心线与实际轴线的夹角，从而判断蜗轮蜗杆减速机传动轴座孔轴线的空间垂直度，本发明操作简便，算法相对CCD多目视觉法简单，效率高。
附图说明
图1是本发明的立体结构示意图；
图2是不带蜗轮蜗杆减速机外壳的立体结构示意图；
图3是本发明输入轴线轴确定件图；
图4是本发明输出轴线轴确定件图；
图5是本发明分光棱镜示意图；
图6是本发明180°分光棱镜示意图；
图7是本发明激光接收器示意图；
图8是本发明流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步描述。
如图1、2、3、4、5、6、7所示，本发明所使用的装置包括输入轴线内三爪定位机构4、输出轴线内三爪定位机构1、激光接收器2（CCD传感器18、透镜19）、输入轴线轴确定件3、输出轴线轴确定件10、激光器6、多自由度微调机构7、分光棱镜12（分光棱镜镜罩14、分光棱镜底座15）、180°分光棱镜11（180°分光棱镜镜罩17、180°分光棱镜镜座16）、十字分划板5、调整装置13。
所述输入轴线内三爪定位机构4用于找出蜗轮蜗杆减速机外壳9基准轴孔的圆心及夹紧输入轴线轴确定件3，输出轴线内三爪定位机构1用于找出蜗轮蜗杆减速机外壳9垂直轴孔的圆心及夹紧输出轴线轴确定件10，激光器6相近的输入轴线轴确定件3端安装十字分划板5用于确定此端蜗轮蜗杆减速机外壳9基准轴孔的圆心，输入轴线轴确定件3的另一端通过螺纹连接安转激光接收器2用于确定此端蜗轮蜗杆减速机外壳9基准轴孔的圆心，分光棱镜12通过分光棱镜底座的螺纹安装在输入轴线轴确定件3的对应位置，180°分光棱镜11通过180°分光棱镜底座15的螺纹安装在输入轴线轴确定件3的相应位置，输出轴线轴确定件10两端分别通过螺纹连接安装激光接收器2以此找出蜗轮蜗杆减速机外壳9垂直轴孔的圆心，调整装置13用于调整输入轴线轴确定件3的水平，红线8表示装置内的激光光路，其中激光接收器2由CCD传感器18及前端的聚光透镜19组合而成，其目的是让出射光在CCD传感器18上有更好的识别效果。激光器6通过螺栓固定于多自由度微调机构7上，本装置中CCD传感器18的数据采集卡及上位机均未画出。
按上述连接方式安装好蜗轮蜗杆减速机传动轴座孔轴线的空间垂直度检测装置，连接好激光器6的电源及CCD传感器18的数据采集卡和上位机及相应供电电源；如图1所示，仪器准备就绪后
第一步：打开激光器6，使激光通过输入轴线轴确定件3一端的十字分划板5射入并达另一端的出射端接收器2的CCD传感器18上。
第二步：调整多自由度微调机构7使得第一步中的入射激光通过十字分划板5的中心以及另一端出射端接收器2的CCD传感器18的中心。
第三步：调整调整装置，使得输入轴线轴确定件3与蜗轮蜗杆减速机外壳9的上表面平行。
第四步：在电脑上利用软件读取输出轴线轴确定件10两端激光接收器2的CCD传感器18上的激光光斑。
第五步：利用VC软件计算得出第四步中激光光斑的中心坐标及输出轴线轴确定件10两端激光接收器2上CCD传感器18的中心坐标。
第六步：通过VC软件计算输出轴线轴确定件10两端激光接收器2的CCD传感器18上的激光光斑中心连线与输出轴线轴确定件10两端激光接收器2上CCD传感器18的中心坐标连线的夹角，最终确定蜗轮蜗杆减速机传动轴座孔轴线的空间垂直度。
本发明可以实现单个蜗轮蜗杆减速机传动轴座孔轴线的空间垂直度的测量，并将测量数据储存于PC上，同时方便后续VC软件分析。
本发明公开一种蜗轮蜗杆减速机传动轴座孔轴线的空间垂直度方法，利用CCD读取激光光斑的坐标来确定基准轴和被测轴中心线之间夹角，并确定蜗轮蜗杆减速机传动轴座孔轴线的空间垂直度，本仪器自动化程度较高，且对蜗轮蜗杆减速机外壳损伤小或者无损伤，便于操作人员操作，测量精度高，稳定性好。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界。
Claims (1)
1.一种蜗轮蜗杆减速机传动轴座孔轴线的空间垂直度检测方法，其特征在于：该方法所使用的装置包括蜗轮蜗杆减速机外壳、输入轴线内三爪定位机构、输出轴线内三爪定位机构、出射光接收器、输入轴线轴确定件、输出轴线轴确定件、激光器、多自由度微调机构、分光棱镜、180°分光棱镜、十字分划板和调整装置；
所述蜗轮蜗杆减速机外壳为被测装置，两个输入轴线内三爪定位机构对内用于固定输入轴线轴确定件、对外用于确定蜗轮蜗杆减速机外壳基准轴孔的圆心；两个输出轴线内三爪定位机构对内用于固定输出轴线轴确定件、对外用于确定蜗轮蜗杆减速机外壳垂直轴孔的圆心；
所述十字分划板固定于靠近激光器的输入轴线轴确定件一端，十字分划板中心用于表述此端所在蜗轮蜗杆减速机外壳轴孔的圆心，输入轴线轴确定件另一端及输出轴线轴确定件的两端均用螺纹连接安装出射光接收器，三个出射光接收器中的CCD传感器中心分别表示其所在轴孔的圆心，激光器通过其自带固定装置固定于多自由度微调机构上，多自由度微调机构可提供旋转角度、俯仰角及X、Y、Z五个方向的可调量，可实现激光器出射的激光通过输入轴线轴确定件的十字分划板及出射光接收器的中心；
所述分光棱镜通过分光棱镜底座处的螺栓连接安装在输入轴线轴确定件的中心位置处，所述180°分光棱镜通过180°分光棱镜底座的螺栓连接安装在输入轴线轴确定件相应位置，180°分光棱镜用于将分光棱镜的其中一束光反射至输出轴线轴确定件的两端，调整装置用于调整基准轴使之与外壳上表面轴孔表面平行；利用激光器出射的激光及分光棱镜和180°分光棱镜反射的激光，最终在输出轴线轴确定件的出射光接收器上获取激光光斑的位置，通过软件对比其所在CCD传感器的中心位置，从而确定垂直度；该方法具体是：
第一步：打开激光器，使激光通过输入轴线轴确定件一端的十字分划板射入并达另一端的出射光接收器的CCD传感器上；
第二步：调整多自由度微调机构使得第一步中的入射激光通过十字分划板的中心以及另一端出射光接收器的CCD传感器的中心；
第三步：调整调整装置，使得输入轴线轴确定件与减速机外壳的上表面平行；
第四步：在电脑上利用软件读取输出轴线轴确定件两端出射光接收器的CCD传感器上的激光光斑；
第五步：利用VC软件计算得出第四步中激光光斑的中心坐标及输出轴线轴确定件两端出射光接收器上CCD传感器的中心坐标；
第六步：通过VC软件计算输出轴线轴确定件两端出射光接收器的CCD传感器上的激光光斑中心连线与输出轴线轴确定件两端出射光接收器上传感器的中心坐标连线的夹角，最终确定减速机传动轴座孔轴线的空间垂直度。
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