CN108120375A - 一种圆柱形棒材直线度检测方法及其应用系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种圆柱形棒材直线度检测方法及其应用系统，检测方法采用激光元件对棒材进行尺寸测量，在棒材旋转的同时采用工业级数码相机无接触自动检测棒材的直线度。系统包括上料装置、转运装置、检测装置，检测装置包括平行布置的棒材承托旋转装置和棒材直线度扫描装置两个分部，上料装置每次一根棒材上料，转运装置将棒材转运至棒材承托旋转装置上，通过棒材承托旋转装置使棒材稳定的旋转，棒材直线度扫描装置边沿棒材的长度方向移动边对棒材扫描。利用机器视觉柔性好、效率高的特性，通过高精度基准背景板提供参考基础，对圆柱形棒材的直线度进行自动检测，剔除不合格产品。本发明既提高了检测效率，又保证了圆柱形棒材产品的质量。

Description

一种圆柱形棒材直线度检测方法及其应用系统

技术领域

本发明属于圆柱形棒材直线度检测领域，具体是一种圆柱形棒材直线度检测方法及其应用领域。

背景技术

硬质合金生产挤压等静压工具棒毛坯数量很大。该类产品出厂检查过程中，需要逐支对产品的长度、直径、弯曲度和圆跳动等尺寸和形位公差进行全部检测，目前一般采用人工检测的方式。

人工检测方式存在诸多问题，如劳动强度大、效率低和准确度低；检测的人员不同检测结果不同，从而出现质量异议。

为满足市场日益提高的产品检查标准要求，提高成品出厂检查的准确度和效率，降低人工成本和劳动强度，保障出厂产品质量，采用自动化的检测方式势在必行。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种自动检测圆柱形棒材直线度的方法，提高检测效率，保证圆柱形棒材产品的出厂质量。

本发明提供的这种圆柱形棒材直线度检测方法，包括以下步骤：

(1)采用激光检测元件测量圆柱形棒材的尺寸；

(2)在圆柱形棒材的长度方向一侧设置高精度基准背景板；

(3)使圆柱形棒材做旋转运动

将圆柱形棒材的两端分别置于一对托轮之间，每对托轮之间的间隙小于圆柱形棒材的直径，圆柱形棒材的一端与减速电机的输出轴通过联轴器连接；

(4)采用工业级数码相机对旋转的圆柱形棒材进行多点扫描

使工业级数码相机在圆柱形棒材长度方向的另一侧对圆柱形棒材沿长度方向进行扫描；

(5)将工业级数码相机扫描得到的变形量数据进行智能分析得出圆柱形棒材的直线度指标。

所述减速电机布置于其中一对托轮的外侧，减速电机的支撑台和该对托轮轮轴的支撑台均可移动的连接于直线导轨的一端，另一对托轮轮轴的支撑台固定于直线导轨的另一端。

远减速电机端托轮的支撑台上连接有与减速电机输出轴共轴向中心线的顶柱，使圆柱形棒材的旋转运动更稳定。

所述工业级数码相机连接有滑块座，滑块座连接于与所述直线导轨平行布置的直线轨道上，直线轨道的长度方向中心面上连接有丝杆，滑块座的长度方向中心面上连接有螺母座，螺母座连接于丝杆上，丝杆的一端与伺服电机的输出轴连接，伺服电机带动丝杆转动，丝杆的转动通过螺母座转化为滑块座沿丝杆的移动，工业级数码相机随滑块座移动。

本发明还提供了上述方法检测圆柱形棒材直线度的系统，该系统包括上料装置、转运装置和检测装置；上料装置、检测装置和分选装置共纵向中心面布置。

上料装置包括侧板、滑道、固定阶梯板、升降阶梯板和顶升装置，滑道有两根，平行倾斜布置，固定阶梯板有两块对称布置于两滑道的下端，升降阶梯板有两块，其形状与固定阶梯板相同，分别位于固定阶梯板的内侧，升降阶梯板的上端伸入滑道上最下面一根棒材的下侧，两升降阶梯板的下侧之间通过矩形底板连为一体，顶升装置顶升矩形底板，使升降阶梯板依次将最下面的这根棒材转移至固定阶梯板上。

转运装置包括龙门式支撑架、纵向直线导轨、纵向丝杆、纵向滑块座、U型吊架、液压缸、竖向滑块、转运料叉、伺服电机；纵向直线导轨设置于龙门式支撑架的顶端，纵向丝杆平行布置于纵向直线导轨的下方，纵向滑块座连接于纵向丝杆上，纵向滑块座的上侧连接于纵向直线导轨上，伺服电机连接于纵向丝杆的一端，开口朝下的U型吊架连接于纵向滑块座的下侧，U型吊架的两侧臂上分别固定活塞杆端朝下的液压缸，液压缸缸体的外壁分别连接竖向滑块，竖向滑块的下端连接于液压缸活塞杆的头部，竖向滑块的外壁连接转运料叉，通过转运料叉将固定阶梯板上的棒材转运至检测装置处。

检测装置包括两个分部，第一分部为棒材承托旋转装置，第二分部为棒材直线度扫描装置。棒材承托旋转装置包括减速电机、两对托轮和横向直线导轨，两对托轮分别通过支撑座对称连接于横向直线导轨的两端，每对托轮之间的间距可调，小于棒材的直径，减速电机通过支撑台连接于横向直线导轨上一对托轮的外侧，减速电机的输出轴位于每对托轮之间的中心面上，另一对托轮的支撑座上连接有与减速电机输出轴位置对应的顶柱；转运料叉将棒材转运至托轮上，棒材的一端与减速电机的输出轴之间通过联轴器连接，减速电机驱动棒材做在托轮上旋转运动；棒材直线度扫描装置包括横向直线导轨、螺母座、横向丝杆、伺服电机和工业级数码相机，横向丝杆平行布置于横向直线导轨的上方，伺服电机连接于横向丝杆的一端，工业级数码相机安装于螺母座的上侧，螺母座连接于横向丝杆上，伺服电机驱动横向丝杆旋转，横向丝杆的旋转运动使螺母座带着工业级数码相机沿横向丝杆的移动。

本发明在棒材自动旋转的同时通过工业级数码相机沿棒材的长度方向进行扫描，利用机器视觉柔性好、效率高的特性，通过高精度基准背景板提供参考基础，对圆柱形棒材的直线度进行自动检测，剔除不合格产品。

本自动检测方法既提高了检测效率，又保证了圆柱形棒材产品的质量。

附图说明

图1为本发明的装配示意图。

图2为图1中棒材承托旋转装置的俯视放大示意图。

图3为图1中棒材直线度扫描装置的俯视放大示意图。

具体实施方式

本实施例用于检测圆柱形硬质合金棒材的检测，尤其是直径范围在2.0～20.0mm、长度范围在200～400mm的棒材。为了便于描述，以下将“圆柱形硬质合金棒材”简称为“棒材”。

如图1所示，整个系统包括框架式结构的机身6和安装于机身上的上料装置1、转运装置2、检测装置、分选装置4。检测装置包括两个分部，第一分部为棒材承托旋转装置31，第二分部为棒材直线度扫描装置32。上料装置、检测装置和分选装置共纵向中心面布置。

如图1所示，上料装置1包括滑道11、固定阶梯板12、升降阶梯板13和顶升装置14、侧板15。滑道11有两根，平行倾斜布置。固定阶梯板12有两块对称布置于两滑道11的下端。升降阶梯板13有两块，其形状与固定阶梯板相同，分别位于固定阶梯板12的内侧，升降阶梯板12的上端伸入滑道11上最下面一根棒材BC的下侧，两升降阶梯板的下侧之间通过矩形底板连为一体。本实施例的顶升装置14采用汽缸，其活塞杆头部与两升降阶梯板13之间矩形底板的中心位置连接，在矩形底板的四个角部设置导向杆16，使升降阶梯板稳定升降。侧板15位于上料装置的纵向两侧，滑道11固定于侧板15上。在顶升升降阶梯板13，依次将最下面的这根棒材转移至固定阶梯板12上。

转运装置2包括龙门式支撑架21、纵向直线导轨22、纵向丝杆23、纵向滑块座24、U型吊架25、汽缸26、竖向滑块27、转运料叉28、伺服电机SFDJ。纵向直线导轨22设置于龙门式支撑架21的顶端，纵向丝杆23平行布置于纵向直线导轨22的下方，纵向滑块座24连接于纵向丝杆23上，纵向滑块座24的上侧连接于纵向直线导轨22上，伺服电机SFDJ连接于纵向丝杆23的一端，开口朝下的U型吊架25连接于纵向滑块座24的下侧，通过伺服电机实现U型吊架的左右移动。U型吊架25的两侧臂上分别固定活塞杆端朝下的气缸26，气缸缸体的外壁分别连接竖向滑块27，竖向滑块27的下端连接于气缸活塞杆的头部，竖向滑块27的外壁连接转运料叉28，所以通过气缸的活塞杆升降实现转运料叉的升降。通过转运料叉28将固定阶梯板12上的棒材转运至检测装置处。

如图2所示，棒材承托旋转装置31包括减速电机311、两对托轮312、横向直线导轨HXDG，两对托轮312分别通过支撑座314对称连接于横向直线导轨HXDG的两端，每对托轮312之间的间距可调，使本装置能适用于不同直径的棒材检测。使用时使两托轮之间的间距小于棒材BC的直径，减速电机311通过支撑台315连接于横向直线导轨HXDG上一对托轮312的外侧。托轮的支撑座和减速电机的支撑台均可沿横向直线导轨移动，以使本装置可适用于不同长度的棒材检测。减速电机311的输出轴位于每对托轮312之间的中心面上，另一对托轮312的支撑座上连接有与减速电机311输出轴位置对应的顶柱316，顶柱316的设置使棒材更稳定的转动。转运料叉28将棒材BC转运至托轮312上，棒材的一端与减速电机311的输出轴之间通过联轴器连接，减速电机311驱动棒材在托轮312上做旋转运动。本实施例的减速电机采用伺服电机和减速器装配而成。托轮支撑座和减速电机支撑台均可沿横向直线导轨移动。

在棒材承托旋转装置31的左侧设置外购件高精度基准背景板7作为棒材直线度和圆跳动的参考基准。

棒材直线度扫描装置32包括横向直线导轨HXDG、螺母座321、横向丝杆322、伺服电机SFDJ和工业级数码相机323，横向丝杆322平行布置于横向直线导轨HXDG的上方，伺服电机SFDJ通过联轴器连接于横向丝杆322的一端，工业级数码相机323安装于螺母座321的上侧，螺母座连接于横向丝杆322上，伺服电机SFDJ驱动横向丝杆322旋转，横向丝杆322的旋转运动通过螺母座321转化工业级数码相机323沿横向丝杆322的移动。

本系统工作时，通过送料机构将棒材排布于滑道上，最下面的棒材被固定阶梯板挡住，通过激光检测元件测量棒材的尺寸；控制顶升装置往上顶升升降阶梯板，使升降阶梯板将滑道上最下面的这根棒材送至固定阶梯板上；控制转运装置顶端的伺服电机工作，使U型吊架沿纵向直线导轨向右移动，使转运料叉随竖向滑块向下移动将固定阶梯上的棒材叉起，控制转运料叉上升避开高精度基准背景板7的高度，控制转运装置2顶端的伺服电机反向工作，使U型吊架带着转运料叉向左移动，再控制转运料叉下降将棒材放置于棒材承托旋转装置31的托轮上，将棒材的一端与减速电机输出轴上的联轴器连接，使顶柱将棒材的另一端轴向限位，再控制棒材连接端的伺服电机工作，使棒材旋转；开启棒材直线度扫描装置32的伺服电机使横向丝杆转动，从而使工业级数码相机沿横向丝杆移动，对旋转的棒材进行扫描，高精度基准背景板7为棒材的直线度和圆跳动的参考基准。

工业数码相机对棒材多点扫描时，以三点为起点，每点旋转一周，计算机通过判断棒材的变形类别(如月牙形、S形等)自动增加检测点，以最少点数和最快时间确定出最高点并检测出变形量数据，能够测量棒材的长度、直线度和圆跳动三项指标。

本设备还设置有分选装置4，通过分选装置将检测后棒材放置相应的仓格中，完成产品的分选和分级。

在整个检测过程中，所有的实时检测和控制信息都可以在设置的液晶显示器中显示；检测装置另装配有一个液晶触摸屏和PLC连接和通讯，便于检测装置操作和调整。检测装置可以保存所有检测数据和NG品的图片，以便于检索和查询。

本系统由检测数据处理软件和数控系统(PLC控制程序)组成，分别实现棒材的检测数据处理和给出测量结果，同时实现最高变形点的标定和棒材的自动进出料，以及产品的质量等级自动分类摆放。设备的操作是采用工控触摸电脑进行，人性化的操作介面，检测数据可以保存为Excel,计算各种cp、cpk直方图，并输出各种报表。

Claims (5)

1.一种圆柱形棒材直线度检测方法，包括以下步骤：

(1)采用激光检测元件测量圆柱形棒材的尺寸；

(2)在圆柱形棒材的长度方向一侧设置高精度基准背景板；

(3)使圆柱形棒材做旋转运动

将圆柱形棒材的两端分别置于一对托轮之间，每对托轮之间的间隙小于圆柱形棒材的直径，圆柱形棒材的一端与减速电机的输出轴通过联轴器连接；

(4)采用工业级数码相机对旋转的圆柱形棒材进行多点扫描

使工业级数码相机在圆柱形棒材长度方向的另一侧对圆柱形棒材沿长度方向进行扫描；

(5)将工业级数码相机扫描得到的变形量数据进行智能分析得出圆柱形棒材的直线度指标。

2.如权利要求1所述的圆柱形棒材直线度检测方法，其特征在于：所述减速电机布置于其中一对托轮的外侧，减速电机的支撑台和该对托轮轮轴的支撑台均可移动的连接于直线导轨的一端，另一对托轮轮轴的支撑台固定于直线导轨的另一端。

3.如权利要求1所述的圆柱形棒材直线度检测方法，其特征在于：远减速电机端托轮的支撑台上连接有与减速电机输出轴共轴向中心线的顶柱，使圆柱形棒材的旋转运动更稳定。

4.如权利要求1所述的圆柱形棒材直线度检测方法，其特征在于：所述工业级数码相机连接有滑块座，滑块座连接于与所述直线导轨平行布置的直线轨道上，直线轨道的长度方向中心面上连接有丝杆，滑块座的长度方向中心面上连接有螺母座，螺母座连接于丝杆上，丝杆的一端与伺服电机的输出轴连接，伺服电机带动丝杆转动，丝杆的转动通过螺母座转化为滑块座沿丝杆的移动，工业级数码相机随滑块座移动。

5.一种利用权利要求1所述的方法检测圆柱形棒材直线度的系统，其特征在于：该系统包括上料装置、转运装置和检测装置；上料装置、检测装置和分选装置共纵向中心面布置；

上料装置包括侧板、滑道、固定阶梯板、升降阶梯板和顶升装置，滑道有两根，平行倾斜布置，固定阶梯板有两块对称布置于两滑道的下端，升降阶梯板有两块，其形状与固定阶梯板相同，分别位于固定阶梯板的内侧，升降阶梯板的上端伸入滑道上最下面一根棒材的下侧，两升降阶梯板的下侧之间通过矩形底板连为一体，顶升装置顶升矩形底板，使升降阶梯板依次将最下面的这根棒材转移至固定阶梯板上；

转运装置包括龙门式支撑架、纵向直线导轨、纵向丝杆、纵向滑块座、U型吊架、液压缸、竖向滑块、转运料叉、伺服电机；纵向直线导轨设置于龙门式支撑架的顶端，纵向丝杆平行布置于纵向直线导轨的下方，纵向滑块座连接于纵向丝杆上，纵向滑块座的上侧连接于纵向直线导轨上，伺服电机连接于纵向丝杆的一端，开口朝下的U型吊架连接于纵向滑块座的下侧，U型吊架的两侧臂上分别固定活塞杆端朝下的液压缸，液压缸缸体的外壁分别连接竖向滑块，竖向滑块的下端连接于液压缸活塞杆的头部，竖向滑块的外壁连接转运料叉，通过转运料叉将固定阶梯板上的棒材转运至检测装置处；

检测装置包括两个分部，第一分部为棒材承托旋转装置，第二分部为棒材直线度扫描装置，棒材承托旋转装置包括减速电机、两对托轮和横向直线导轨。两对托轮分别通过支撑座对称连接于横向直线导轨的两端，每对托轮之间的间距可调，调整间距小于棒材的直径。减速电机通过支撑台连接于横向直线导轨上一对托轮的外侧，减速电机的输出轴位于每对托轮之间的中心面上，另一对托轮的支撑座上连接有与减速电机输出轴位置对应的顶柱；转运料叉将棒材转运至托轮上，棒材的一端与减速电机的输出轴之间通过联轴器连接，减速电机驱动棒材做在托轮上旋转运动；

棒材直线度扫描装置包括横向直线导轨、螺母座、横向丝杆、伺服电机和工业级数码相机，横向丝杆平行布置于横向直线导轨的上方，伺服电机连接于横向丝杆的一端，工业级数码相机安装于螺母座的上侧，螺母座连接于横向丝杆上，伺服电机驱动横向丝杆旋转，横向丝杆的旋转运动使螺母座带着工业级数码相机沿横向丝杆的移动。