CN107014342A - 细长杆工件直线度检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种细长杆工件直线度检测系统及方法，系统包括：支撑平台(2)，用于支撑待检测的细长杆工件(1)；搭载机构，设置在支撑平台(2)上，用于相对支撑平台(2)沿细长杆工件(1)的长度方向直线运动；母线测量单元，搭载在搭载机构上，用于随搭载机构的运动测量细长杆工件(1)沿长度方向的多个母线位置的参数值；运动误差测量机构，用于测量搭载机构直线运动时的运动误差值；控制器(5)，分别与母线测量单元和运动误差测量机构连接，用于根据运动误差值对母线测量单元的检测结果进行误差分离，以确定细长杆工件(1)的直线度误差值。本发明能够适应实际生产现场的需求，且能获得良好的细长杆直线度检测精度。

Description

细长杆工件直线度检测系统及方法

技术领域

本发明涉及检测技术，尤其涉及一种细长杆工件直线度检测系统及方法。

背景技术

细长杆是机械行业应用最为广泛的形面之一，而直线度是其最为重要的几何精度指标，对机械产品的使用性能和寿命等起着决定性作用。由于细长杆的检测基准难以获得，自身挠度又比较大，因此检测难度很大。而随着机械行业智能制造的发展，对细长杆直线度检测的需求日益迫切。

目前，关于细长杆直线度检测的公开技术方案较少，主要体现在国内的高校科研单位的部分实验研究成果。这些方案或者检测精度无法达到高精度测量的要求，或者因采用多个光学元件而难以适用于实际生产现场，或者需要采用精密元器件和设备而导致成本高昂，或者检测效率低下，难以适应实际生产中对检测节拍的需求。

发明内容

本发明的目的是提出一种细长杆工件直线度检测系统及方法，能够适应实际生产现场的需求，且能获得良好的细长杆直线度检测精度。

为实现上述目的，本发明提供了一种细长杆工件直线度检测系统，包括：

支撑平台，用于支撑待检测的细长杆工件；

搭载机构，设置在所述支撑平台上，用于相对所述支撑平台沿所述细长杆工件的长度方向直线运动；

母线测量单元，搭载在所述搭载机构上，用于随所述搭载机构的运动测量所述细长杆工件沿长度方向的多个母线位置的参数值；

运动误差测量机构，设置在所述搭载机构和所述支撑平台之间，用于测量所述搭载机构直线运动时的运动误差值；

控制器，分别与所述母线测量单元和所述运动误差测量机构连接，用于根据所述运动误差值对所述母线测量单元的检测结果进行误差分离，以确定所述细长杆工件的直线度误差值。

进一步地，所述搭载机构包括滑座和支架，所述支架固定设置在所述滑座上，所述滑座能够相对所述支撑平台沿所述细长杆工件的长度方向直线运动，所述母线测量单元安装在所述支架上。

进一步地，所述母线测量单元包括多个位移传感器，分别安装在所述支架的不同位置，多个所述位移传感器的测量端分别抵靠在所述细长杆工件的外轮廓表面的不同位置，能够随着所述细长杆工件的外轮廓表面相对于所述支架的位置变化获得各位置对应的位移值。

进一步地，所述支架包括相互连接或一体成型的竖直架体和水平架体，所述细长杆工件位于所述竖直架体和所述水平架体所围区域，所述至少一个所述位移传感器设置在所述竖直架体上，用于测量所述细长杆工件的水平侧母线相对于所述竖直架体的位移值，至少一个所述位移传感器设置在所述水平架体上，用于测量所述细长杆工件的上侧母线相对于所述水平架体的位移值。

进一步地，在所述支撑平台上还设有导轨和工件固定机构，所述工件固定机构用于将所述细长杆工件固定在所述支撑平台上，所述导轨与固定后的细长杆工件平行，所述滑座支撑在所述导轨上，且能够在所述导轨上滑动。

进一步地，所述运动误差测量机构包括激光发射装置和二维位置敏感检测器，所述激光发射装置设置在所述支撑平台上，用于向所述二维位置敏感检测器发出提供标准直线的激光束，并在所述二维位置敏感检测器的感应面上形成光斑，所述二维位置敏感检测器固定在所述搭载机构上，能够随所述搭载机构同步运动，用于将感应到所述光斑的变动量作为所述搭载机构直线运动时的运动误差值传递给所述控制器。

进一步地，还包括驱动机构，用于驱动所述搭载机构相对所述支撑平台沿所述细长杆工件的长度方向直线运动。

进一步地，所述支撑平台能够实现自身的调平和隔振。

进一步地，所述控制器与所述母线测量单元和所述运动误差测量机构之间均采用抗干扰电缆连接。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于前述细长杆工件直线度检测系统的细长杆工件直线度检测方法，包括：

将待检测的细长杆工件支撑在支撑平台上母线测量单元的测量区域；

使搭载机构沿所述细长杆工件的长度方向直线运动，并在运动过程中由所述母线测量单元测量所述细长杆工件沿长度方向的多个母线位置的参数值，同时由运动误差测量机构测量所述搭载机构运动时的运动误差值；

通过控制器接收所述母线测量单元和所述运动误差测量机构分别传递的检测结果，并根据所述运动误差值对所述母线测量单元的检测结果进行误差分离，以确定所述细长杆工件的直线度误差值。

基于上述技术方案，本发明采用母线测量单元对细长杆工件沿长度方向进行母线位置参数的测量，同时对搭载母线测量单元运动的搭载机构进行运动误差的测量，由于此时母线测量单元的测量结果中既包括了工件直线度误差，也包括了搭载机构直线运动时的误差，因此控制器再根据运动误差值对母线测量单元的检测结果进行误差分离，从而获得确定工件的直线度误差值。从本发明直线度检测系统的构成来看，其结构简单易于实现，成本低廉，并且设置和调整都非常简便，非常适用于实际生产现场，能够有效适应实际生产中对检测节拍的需求；另一方面，由于控制器能够将运动误差从直线度误差中分离出来，因此能够获得良好的细长杆直线度检测精度。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明细长杆工件直线度检测系统的一实施例的结构示意图。

图2为图1实施例中A-A方向的结构示意图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

如图1所示，为本发明细长杆工件直线度检测系统的一实施例的结构示意图。图2为图1实施例中A-A方向的结构示意图。参考图1、2，本实施例的细长杆工件直线度检测系统包括：支撑平台2、搭载机构、母线测量单元、运动误差测量机构和控制器5。

在本实施例中，支撑平台2用于支撑待检测的细长杆工件1。细长杆工件1是指沿自身长度方向的各截面形状和尺寸相同的细长型工件。支撑平台2优选采用能够实现自身的调平和隔振的平台形式，以便尽量减少，甚至消除因缺乏调平和隔振所带来的其他误差，以提高直线度的检测精度。

搭载机构设置在支撑平台2上，用于相对于所述支撑平台2沿所述细长杆工件1的长度方向直线运动。母线测量单元搭载在搭载机构上，用于随所述搭载机构的运动测量所述细长杆工件1沿长度方向的多个母线位置的参数值。

搭载机构的运动优选采用驱动机构，即在一优选实施例中，还可以在细长杆工件直线度检测系统中加入驱动机构，该机构能够驱动所述搭载机构相对于所述支撑平台2沿所述细长杆工件1的长度方向直线运动，以便使搭载机构的运动更加平稳、可控性更好，同时也能简化检测人员的操作。在另一实施例中，也可以省去驱动机构或者不使用驱动机构，而由操作人员直接驱动搭载机构运动，以节省能源或实现较为复杂的运动控制。

运动误差测量机构设置在所述搭载机构和所述支撑平台2之间，该机构用于测量所述搭载机构直线运动时的运动误差值。控制器5分别与母线测量单元和运动误差测量机构连接，其可以从母线测量单元和运动误差测量机构分别获得检测过程中的母线测量结果以及同时的运动误差情况，由于此时母线测量单元的测量结果中既包括了工件直线度误差，也包括了搭载机构直线运动时的误差，因此控制器5能够根据该运动误差值对所述母线测量单元的检测结果进行误差分离，以确定所述细长杆工件1的直线度误差值。

从本实施例的直线度检测系统的构成来看，其结构简单易于实现，成本低廉，并且设置和调整都非常简便，非常适用于实际生产现场，能够有效适应实际生产中对检测节拍的需求；另一方面，由于控制器能够将运动误差从直线度误差中分离出来，因此能够获得良好的细长杆直线度检测精度。

以下结合图1、2分别对细长杆工件直线度检测系统中各主要组成部分的可用结构形式进行说明。在图2中，搭载机构包括滑座33和支架，支架固定设置在滑座33上，滑座33能够相对于支撑平台2沿细长杆工件1的长度方向直线运动，母线测量单元安装在支架上。滑座33可以直接在支撑平台2表面上滑动，也可以通过其他结构间接在支撑平台2上运动，例如通过导轨34与滑座33的导向配合。支架的作用是安装母线测量单元，并维持母线测量单元相对于细长杆工件1的相对位置。

母线测量单元优选包括多个位移传感器41,42，分别安装在支架的不同位置，多个位移传感器41,42的测量端分别抵靠在细长杆工件1的外轮廓表面的不同位置，能够随着细长杆工件1的外轮廓表面相对于支架的位置变化获得各位置对应的位移值。控制器5可以根据采集的多条母线测量数据进行相应的处理，以提高测量精度。

在图2中，支架包括一体成型的竖直架体32和水平架体31(竖直架体32和水平架体31也可以独立并相互连接)。细长杆工件1位于竖直架体32和水平架体31所围区域(图2中矩形开放区域)，至少一个位移传感器41设置在竖直架体32上，用于测量细长杆工件1的水平侧母线(图2中为最左侧母线)相对于竖直架体32的位移值，至少一个位移传感器42设置在水平架体31上，用于测量细长杆工件1的上侧母线相对于水平架体31的位移值。

为了给滑座33在支撑平台2上进行导向，可在支撑平台2上进一步设置导轨34，并且采用工件固定机构将细长杆工件1固定在支撑平台2上，导轨34与固定后的细长杆工件1平行，滑座33支撑在导轨34上，且能够在导轨34上滑动。这样当滑座33沿导轨34直线滑动时，与其固定的支架及位移传感器能够同步运动，以便采集工件长度方向上多个位置的位移值。

图1、2中示出了一种运动误差测量机构的可行实现方式，即运动误差测量机构包括激光发射装置71和二维位置敏感检测器72，激光发射装置71设置在支撑平台2上，用于向二维位置敏感检测器72发出提供标准直线的激光束7，并在二维位置敏感检测器72的感应面上形成光斑。二维位置敏感检测器72固定在搭载机构上，能够随搭载机构同步运动，用于将感应到光斑的变动量作为搭载机构直线运动时的运动误差值传递给控制器5。在图2中可以看到，二维位置敏感检测器72固定在竖直架体32上，根据具体需要，也可以设置在水平架体31或者滑座33上。

激光发射装置71可以直接向二维位置敏感检测器72发射激光束7，该激光束7可以提供空间的标准直线，其投射在二维位置敏感检测器72的感应面的光斑可以有效地反映出搭载机构在运动直线的垂直平面上的偏移情况，这种偏移可能是由于滑座33、导轨34或支撑平台2等之间的配合误差造成的，例如部件装配时存在平行度误差、部件加工表面存在平面度误差等。

由于母线测量单元和运动误差测量机构均采用电气元件，为了屏蔽外部电磁波干扰，优选在控制器5与母线测量单元和运动误差测量机构之间均采用抗干扰电缆8连接。

基于以上的细长杆工件直线度检测系统实施例，本发明还提供了细长杆工件直线度检测方法，包括：

将待检测的细长杆工件1支撑在支撑平台2上母线测量单元的测量区域；

使搭载机构沿细长杆工件1的长度方向直线运动，并在运动过程中由母线测量单元测量细长杆工件1沿长度方向的多个母线位置的参数值，同时由运动误差测量机构测量搭载机构运动时的运动误差值；

通过控制器5接收母线测量单元和运动误差测量机构分别传递的检测结果，并根据运动误差值对母线测量单元的检测结果进行误差分离，以确定细长杆工件1的直线度误差值。

参考图1、2，对于采用位移传感器41、42的母线测量单元来说，随着搭载机构的滑座33沿支撑平台2上的导轨34直线滑动时，位于竖直架体32的位移传感器42和位于水平架体31的位移传感器41可以同时对细长杆工件1的最左侧母线和上侧母线的位移变化进行测量，随着搭载机构相对于细长杆工件1的运动位置不同，位移传感器41、42可以采集到多组对应于不同时间或移动距离的位移值。

与此同时，运动误差测量机构中的激光发射装置71发出的激光束7在二维位置敏感检测器72的感应面形成的光斑的变动量和倾斜角度会被二维位置敏感检测器72采集并发送给控制器5。这里的变动量和倾斜角度具体指的是光斑相对于二维位置敏感检测器72的感应面的中心点的距离和倾角。这样，针对于每个采集点(对应于搭载机构的不同运动位置)控制器都会接收到该采集点的两条母线的位移值、光斑在水平和竖直方向的变动量以及倾斜角度，再基于已知的初始点的母线位移值、光斑的变动量和倾斜角度以及该采集点的测量间距，可以以分离误差的方式计算出每个采集点的最左侧母线和上侧母线的实际变动量。对多个采集点的最左侧母线和上侧母线的实际变动量进行直线拟合，再根据离散点与该拟合直线的最大距离来确定细长杆工件的直线度。除了计算直线度之外，通过计算竖直方向上的最大纵坐标和最小纵坐标之差可得到细长杆工件的挠度。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (10)

1.一种细长杆工件直线度检测系统，其特征在于，包括：

支撑平台(2)，用于支撑待检测的细长杆工件(1)；

搭载机构，设置在所述支撑平台(2)上，用于相对所述支撑平台(2)沿所述细长杆工件(1)的长度方向直线运动；

母线测量单元，搭载在所述搭载机构上，用于随所述搭载机构的运动测量所述细长杆工件(1)沿长度方向的多个母线位置的参数值；

运动误差测量机构，设置在所述搭载机构和所述支撑平台(2)之间，用于测量所述搭载机构直线运动时的运动误差值；

控制器(5)，分别与所述母线测量单元和所述运动误差测量机构连接，用于根据所述运动误差值对所述母线测量单元的检测结果进行误差分离，以确定所述细长杆工件(1)的直线度误差值。

2.根据权利要求1所述的细长杆工件直线度检测系统，其特征在于，所述搭载机构包括滑座(33)和支架，所述支架固定设置在所述滑座(33)上，所述滑座(33)能够相对于所述支撑平台(2)沿所述细长杆工件(1)的长度方向直线运动，所述母线测量单元安装在所述支架上。

3.根据权利要求2所述的细长杆工件直线度检测系统，其特征在于，所述母线测量单元包括多个位移传感器，分别安装在所述支架的不同位置，多个所述位移传感器的测量端分别抵靠在所述细长杆工件(1)的外轮廓表面的不同位置，能够随着所述细长杆工件(1)的外轮廓表面相对于所述支架的位置变化获得各位置对应的位移值。

4.根据权利要求3所述的细长杆工件直线度检测系统，其特征在于，所述支架包括相互连接或一体成型的竖直架体(32)和水平架体(31)，所述细长杆工件(1)位于所述竖直架体(32)和所述水平架体(31)所围区域，所述至少一个所述位移传感器设置在所述竖直架体(32)上，用于测量所述细长杆工件(1)的水平侧母线相对于所述竖直架体(32)的位移值，至少一个所述位移传感器设置在所述水平架体(31)上，用于测量所述细长杆工件(1)的上侧母线相对于所述水平架体(31)的位移值。

5.根据权利要求2所述的细长杆工件直线度检测系统，其特征在于，在所述支撑平台(2)上还设有导轨(34)和工件固定机构，所述工件固定机构用于将所述细长杆工件(1)固定在所述支撑平台(2)上，所述导轨(34)与固定后的细长杆工件(1)平行，所述滑座(33)支撑在所述导轨(34)上，且能够在所述导轨(34)上滑动。

6.根据权利要求1所述的细长杆工件直线度检测系统，其特征在于，所述运动误差测量机构包括激光发射装置(71)和二维位置敏感检测器(72)，所述激光发射装置(71)设置在所述支撑平台(2)上，用于向所述二维位置敏感检测器(72)发出提供标准直线的激光束，并在所述二维位置敏感检测器(72)的感应面上形成光斑，所述二维位置敏感检测器(72)固定在所述搭载机构上，能够随所述搭载机构同步运动，用于将感应到所述光斑的变动量作为所述搭载机构直线运动时的运动误差值传递给所述控制器(5)。

7.根据权利要求1所述的细长杆工件直线度检测系统，其特征在于，还包括驱动机构，用于驱动所述搭载机构相对于所述支撑平台(2)沿所述细长杆工件(1)的长度方向直线运动。

8.根据权利要求1所述的细长杆工件直线度检测系统，其特征在于，所述支撑平台(2)能够实现自身的调平和隔振。

9.根据权利要求1所述的细长杆工件直线度检测系统，其特征在于，所述控制器(5)与所述母线测量单元和所述运动误差测量机构之间均采用抗干扰电缆(8)连接。

10.一种基于权利要求1～9任一所述的细长杆工件直线度检测系统的细长杆工件直线度检测方法，其特征在于，包括：

将待检测的细长杆工件(1)支撑在支撑平台(2)上母线测量单元的测量区域；

使搭载机构沿所述细长杆工件(1)的长度方向直线运动，并在运动过程中由所述母线测量单元测量所述细长杆工件(1)沿长度方向的多个母线位置的参数值，同时由运动误差测量机构测量所述搭载机构运动时的运动误差值；

通过控制器(5)接收所述母线测量单元和所述运动误差测量机构分别传递的检测结果，并根据所述运动误差值对所述母线测量单元的检测结果进行误差分离，以确定所述细长杆工件(1)的直线度误差值。