CN108278972A - 一种回转件测量装置以及其后台控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种回转件测量装置以及其后台控制方法。其中，该回转件测量装置包括机台，光学系统组件、回转件固定组件和驱动系统组件，机台包括有底座和垂直于底座的立柱，其中，光学系统组件进一步包括线阵相机、远心镜头、远心光源、平面反射镜一、平面反射镜二以及用于固定它们的固定座，从远心光源出来的光路依次通过反射镜一、反射镜二后进入远心镜头。本发明的测量装置能够缩小现有的光学非接触式测量的测量结构空间，合理规划其布局结构，并且具有准确率高、效率高的有益效果。

Description

一种回转件测量装置以及其后台控制方法

技术领域

本发明涉及一种轴类零件测量装置以及其后台控制方法，特别是涉及一种回转件测量装置以及其后台控制方法。

背景技术

在现有技术中，对于一个轴零件，其需要检测的相关参数可能设计好几项甚至几十项不等，参数类型包括直径、轴向距离、圆度、跳动、倒角、锥度等等，在传统机械领域的常规检测中，涉及到的量具包括游标卡尺、螺旋千分尺、偏摆仪等等，耗费的检测时间几分钟甚至几十分钟，其整体的工作效率严重偏低，并且，对于传动的检测手段，不同人员的操作手法会对检测结果数据有较大的影响，同一零件测量统一参数人为因素产生的检测误差可能较大，并且，传统测量手段测量比如轴零件中常见的倒角、圆角、球面、卡簧槽、锥度、螺纹等内容时，需要定制专用量具（量仪）才能实现检测，并且测量手段复杂，准确性差。

申请人研究发现，目前对于这些较难测量的参数，行业内越来约趋向于采用非接触式光学测量方式来实现，如中国专利申请（公告号：CN204128509U）就公开了一种轴径测量装置，其采用了远心光源、远心镜头和线阵相机实现了一种非接触式光学测量方式，但是其目前的结构设计仍然存在诸多弊端，比如，由于远心光源和远心镜头的长度较长，这种直接面对面的设计方式占用了大量的设备排布空间，将远心光源和远心镜头等结构均设置于平台的一侧，其对平台的平衡有着很大影响，在轴类零件这种测量参数均以微米单位计的前提下，其可能造成一定的准确性的偏差，并且采用卡盘等存机械结构，是不能有效规避机械结构运动时的不匀速性造成的图形畸变。因此，目前的测量技术仍然需要进一步改进。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种回转件测量装置以及其后台控制方法，其可实现对回转类零件各个不易测量参数的精准自动检测。

作为本发明的第一技术方案，主要涉及一种回转件测量装置，包括机台，安装于机台上的光学系统组件、回转件固定组件和驱动系统组件，所述机台包括有底座和垂直于所述底座的立柱，所述光学系统组件包括线阵相机、远心镜头、远心光源、平面反射镜一，平面反射镜二以及用于固定它们的固定座，其中，所述远心镜头和所述远心光源分布于立柱两侧，并且呈相对设置，所述固定座与所述立柱相连接，所述线阵相机设置于所述远心镜头后方，所述远心光源的前方设置有平面反射镜一，所述远心镜头的前方设置有平面反射镜二，从所述远心光源出来的光路依次通过反射镜一、反射镜二后进入远心镜头；所述回转件固定组件包括有连接于所述立柱上轴心固定组件，安装于底座上的下轴心固定组件，其中，所述上轴心固定组件可沿立柱方向上下调节，所述下轴心固定组件可沿其轴心旋转；所述驱动系统组件包括电机一和电机二，所述电机二用于控制所述下轴心固定组件旋转工作，所述电机一用于控制所述固定座沿着所述立柱上下运动。

基于该第一技术方案的一个方面，所述立柱的两侧均设置有导轨，分别为导轨一和导轨二，所述固定座通过导轨二与所述立柱相连接，所述上轴心固定组件通过导轨一可沿立柱方向上下调节。

基于该第一技术方案的一个方面，所述立柱上设置有直线光栅尺，所述直线光栅尺用于检测所述光学系统组件上下运动时产生的位移信号，并且基于产生的位移信号触发所述线阵相机逐行拍摄。

基于该第一技术方案的一个方面，所述电机二上连接有旋转编码器，所述旋转编码器与被检测的所述回转件做同步旋转，并且基于所述旋转编码产生的角度位移信号触发所述线阵相机逐行拍摄。

基于该第一技术方案的一个方面，所述电机一是通过滚珠丝杠驱动所述固定座上下运动的。

基于该第一技术方案的一个方面，所述上轴心固定组件包括有从动顶尖以及连接于所述立柱上滑座，所述下轴心固定组件为主动顶尖。

基于该第一技术方案的另一个方面，所述固定座呈U形，其两侧设有分别用于安装远心光源、远心镜头以及平面反射镜的平台。

基于该第一技术方案的另一个方面，将所述平面反射镜的位置设置成对来自远心光源的光路呈45度反射。

作为基于本发明的第一技术方案基础上的第二技术方案，主要涉及一种后台控制方法，包括以下几个步骤：

步骤一、开始，连接相机、PLC，关联本地数据库；

步骤二、顺序执行工具列表中工具；

步骤三、判断当前工具是否需要采集图像，若是，发出图像采集指令，采集图像采集后进入工具算法处理单元，若否，根据已有图像数据进入当前工具算法处理单元；

步骤四、基于当前工具算法处理单元，判断是否显示、统计工具结果，若是，进行工具处理结果显示、数据库报表统计以及数据曲线绘制，若否，进入步骤五；

步骤五、判断是否有后续工具待处理，若是，执行步骤二，若否，进入步骤六。步骤六、结束。

上述技术方案相比于现有技术具有以下技术效果：

（1）巧妙的采用了平面反射镜，避免了由于远心光源和远心镜头长度较长，存在设备排布空间较大的问题，并且将远心光源和远心镜头呈平行设置，合理并有效地规划了回转件测量装置的整体结构；

（2）对机台上的结构进行了重新设置，设置两侧导轨结构，光学系统组件、回转件固定组件两侧设置，使得机台两侧的重量相对均衡，避免了可能出现的不必要的误差，提高了测量准确度；

（3）设置了旋转编码器等，有效规避机械结构运动时的不匀速性造成的图形畸变问题，并且通过相机或被拍摄物的移动逐行拍摄，拼接成完成图像，能够提高测量结果的分辨率；

（4）采用非接触式光学测量，能够实现测量传统检测手段中无法测量或者难以测量的问题，并且能够减少人为操作的误差问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1显示了远心光源的光路原理；

图2示出了远心镜头的光路原理；

图3示出了线阵相机成像原理；

图4示出了平面反射镜的结构；

图5示出了本发明一个实施例中测量装置的整体结构示意图；

图6示出了本发明一个实施例的工作原理图；

图7示出了垂直采集模式；

图8示出了旋转采集模式；

图9示出了未经过处理的图像边界；

图10示出了整个测量系统的逻辑控制装置；

图11示出本发明实施例的后台控制流程。

其中：1-线阵相机，2-远心镜头，3-远心光源，4-平面反射镜，5-被检测零件，6-主动顶尖，7-伺服电机一，8-旋转编码器，9-从动顶尖，10-滑座，11-直线光栅尺，12-线性导轨二，13-伺服电机二，14-滚珠丝杠，15线性导轨一。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用于限制本发明的范围。

此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

图1-4分别示出了在本测量装置中光学系统组件中的各组件的测量原理。其中，图1显示了远心光源的光路原理，远心光源发出的光为平行光，在通过被检测物时被阻挡；图2示出了远心镜头的光路原理，远心镜头的特点是在一定的物距范围内，得到的图像放大倍率不会变化，其能够很好的接收到来自远心光源的光路，进而至CCD相机；图3示出了线阵相机成像原理，线阵相机每拍摄一次，只采集一行像素，通过相机或被拍摄物的移动逐行拍摄，拼接成完整图像，特点是分辨率高；图4示出了平面反射镜的结构，其包括玻璃基体和镀层，其可以用于反射来自远心光源的平行光路。

图5示出了本发明一个实施例中测量装置的整体结构示意图，包括机台（未标示），所述机台包括有底座和垂直于所述底座的立柱，具有线阵相机1、远心镜头2、远心光源3、两个平面反射镜4以及用于固定它们的固定座，其中，所述远心镜头2和所述远心光源3分布于立柱两侧，并且呈相对设置，所述固定座与所述立柱通过线性导轨一15相连接，该固定座呈U形设置，其两侧设有分别用于安装远心光源、远心镜头以及平面反射镜的平台，该固定座可通过滚珠丝杠14与伺服电机一7相连接，可沿着立柱带动光学系统组件上下运动，该立柱上还设置有直线光栅尺11，所述直线光栅尺11用于检测所述光学系统组件上下运动时产生的位移信号，并且基于产生的位移信号触发所述线阵相机1逐行拍摄；所述线阵相机1设置于所述远心镜头2后方，所述远心光源3的前方设置有平面反射镜一，所述远心镜头2的前方设置有平面反射镜二，从所述远心光源3出来的光路依次通过反射镜一、反射镜二后进入远心镜头2；还具有连接于所述立柱上轴心固定组件，安装于底座上的下轴心固定组件，其中，所述上轴心固定组件由滑座10和从动顶尖9组成，该滑座10可沿着立柱一侧的线性导轨二12上下调节，以适应不同尺寸的被检测零件5，所述下轴心固定组件为主动顶尖6，可沿其轴心旋转，该主动顶尖下方依次连接有旋转编码器8和伺服电机二13，即伺服电机二13可用于控制主动顶尖完成360度匀速旋转。

图6示出了本发明一个实施例的工作原理图，从图中可以看出，从远心光源3中出现的光路经过平面反射镜一进行反射，经过被检测物，平面反射镜二接收到除去被被检测物阻挡住的光路，并将其反射至远心镜头中，进而至线阵相机。

在一个优选的实施例中，两个平面反射镜均与远心镜头2和远心光源3呈45度放置，以使得将来自远心光源的光路呈45度反射出去；

在一个优选的实施例中，承载远心光源和远心镜头的平台是可角度调节的，以适应不同角度的测量方向；

下面给出在该实施例下两种图像采集的具体模式：

图7A和7B示出了垂直采集模式：

伺服电机二13静止，即被检测零件5静止，伺服电机一7带动滚珠丝杠14旋转，驱动光学布局结构做同步上下扫描式运动，直线光栅尺11产生的位移信号触发线阵相机逐行拍摄，针对被检测零件5如下图7A，采集到如下图7B所示图片。

根据图7B中两边界线可计算出被检测零件相应位置的直径，计算公式如下：

直径∅A=像素大小×像素坐标差

优选的，垂直采集的图像可测量轴类零件的轴向距离、倒角、圆角等尺寸，图7B中台阶距离L是常规测量方法难以准确测量或需要制作定制性的量具才能准确测量的项目。

本实施例中，垂直采集模式利用直线光栅尺11产生的位移信号触发相机逐行拍摄，有效规避机械结构运动时的不匀速性造成的图形畸变，保证了所采集的图像在垂直方向上的均匀性，为被测零件的台阶距离、锥度、倒角、螺距等一切跟零件的轴向尺寸特征相关的测量项目提供了基础。

图8A和8B示出了旋转采集模式：

伺服电机一7带动滚珠丝杆14旋转，驱动光学布局结构运动至目标拍摄位置后保持静止，然后伺服电机二13旋转，带动旋转编码器8和被检测零件5做同步旋转，旋转编码器8产生的角度位移信号触发线阵相机逐行拍摄，针对被检测零件5的某一轴向位置（假设零件的此位置跳动较大）如下图8A，则采集到如下图8B所示扭曲的图片。

如图8B所示，根据图中两条直线可计算出被检测零件所检测位置的圆度，计算公式：如下：

圆度=像素大小×[D（max）-D（min）]/2

优选的，旋转采集的图像可测量轴类零件的跳动、同轴度、同心度等尺寸。

本实施例中，旋转采集模式利用旋转编码器8产生的角度位移信号触发相机逐行拍摄，有效规避机械结构运动时的不匀速性造成的图形畸变，使所采集的图像在垂直方向上的均匀的体现零件在各角度位置上外形尺寸的变化，为被测零件的圆度、跳动、同心度、同轴度等一切跟零件的角度位置相关相关的测量项目提供了基础。

在一个优选的实施例中，由于光的衍射现象使得一切阴影的边缘无法锐利。具体如图9所示，图像黑白边界呈现模糊状态，例如线阵相机的像元（即图示中单个像素）大小为5μ，则无法满足高精密度下检测要求，因此可对原始图像中被检测零件的轮廓边界进行亚像素处理，从而得到关于被检测零件图像的轮廓。

图10示出了整个测量系统的逻辑控制装置。当处于垂直采集模式下，PC程序执行静态采集指令，PLC控制继电器接通光栅尺侧，并且驱动伺服电机一7旋转，光学布局结构做上下扫描式动作的同时，直线光栅尺连续产生的连续位移信号触发相机逐行拍摄，相机采集的图片传输给PC程序做图像分析，得出相关测量数据；当处于垂直采集模式下，PC程序执行旋转采集指令，PLC首先驱动伺服电机一使光学布局结构运动至指定高度并保持静止，然后驱动伺服电机二13旋转，此时被检测零件做旋转运动，同时PLC控制继电器接通旋转编码器侧，旋转编码器产生的连续角度位移信号触发相机逐行拍摄，相机采集的图片传输给PC做图像分析，得出相关测量数据。

图11示出本发明实施例的后台控制流程，包括以下几个步骤：

步骤一、开始，连接相机、PLC，关联本地数据库；

步骤二、顺序执行工具列表中工具；

步骤三、判断当前工具是否需要采集图像，若是，发出图像采集指令，采集图像采集后进入工具算法处理单元，若否，根据已有图像数据进入当前工具算法处理单元；

步骤四、基于当前工具算法处理单元，判断是否显示、统计工具结果，若是，进行工具处理结果显示、数据库报表统计以及数据曲线绘制，若否，进入步骤五；

步骤五、判断是否有后续工具待处理，若是，执行步骤二，若否，进入步骤六；步骤六、结束。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。

Claims (9)

1.一种回转件测量装置，包括机台，安装于机台上的光学系统组件、回转件固定组件和驱动系统组件，所述机台包括有底座和垂直于所述底座的立柱，其特征在于：所述光学系统组件包括线阵相机、远心镜头、远心光源、平面反射镜一、平面反射镜二以及用于固定它们的固定座，其中，所述远心镜头和所述远心光源分布于立柱两侧，并且呈相对设置，所述固定座与所述立柱相连接，所述线阵相机设置于所述远心镜头后方，所述远心光源的前方设置有平面反射镜一，所述远心镜头的前方设置有平面反射镜二，从所述远心光源出来的光路依次通过反射镜一、反射镜二后进入远心镜头；

所述回转件固定组件包括有连接于所述立柱上轴心固定组件，安装于底座上的下轴心固定组件，其中，所述上轴心固定组件可沿立柱方向上下调节，所述下轴心固定组件可沿其轴心旋转；

所述驱动系统组件包括电机一和电机二，所述电机二用于控制所述下轴心固定组件旋转工作，所述电机一用于控制所述固定座沿着所述立柱上下运动。

2.根据权利要求1所述的回转件测量装置，其特征在于，所述立柱的两侧均设置有导轨，分别为导轨一和导轨二，所述固定座通过导轨一与所述立柱相连接，所述上轴心固定组件通过导轨二可沿立柱方向上下调节。

3.根据权利要求1或2所述的回转件测量装置，其特征在于，所述立柱上设置有直线光栅尺，所述直线光栅尺用于检测所述光学系统组件上下运动时产生的位移信号，并且基于产生的位移信号触发所述线阵相机逐行拍摄。

4.根据权利要求1或2所述回转件测量装置，其特征在于，所述电机二上连接有旋转编码器，所述旋转编码器与被检测的所述回转件做同步旋转，并且基于所述旋转编码产生的角度位移信号触发所述线阵相机逐行拍摄。

5.根据权利要求1或2所述的回转件测量装置，其特征在于，所述电机一是通过滚珠丝杠驱动所述固定座上下运动的。

6.根据权利要求1或2所述的回转件测量装置，其特征在于，所述上轴心固定组件包括有从动顶尖以及连接于所述立柱上滑座，所述下轴心固定组件为主动顶尖。

7.根据权利要求1或2所述的回转件的测量装置，其特征在于，所述固定座呈U形，其两侧设有分别用于安装远心光源、远心镜头以及平面反射镜的平台。

8.根据权利要求1或2所述的回转件的测量装置，其特征在于，将所述平面反射镜的位置设置成对来自远心光源的光路均呈45度反射。

9.根据权利要求1-8中任一项所述测量装置后台控制方法，其特征在于，包括以下操作步骤：

步骤一、开始，连接相机、PLC，关联本地数据库；

步骤二、顺序执行工具列表中工具；

步骤三、判断当前工具是否需要采集图像，若是，发出图像采集指令，采集图像采集后进入工具算法处理单元，若否，根据已有图像数据进入当前工具算法处理单元；

步骤四、基于当前工具算法处理单元，判断是否显示、统计工具结果，若是，进行工具处理结果显示、数据库报表统计以及数据曲线绘制，若否，进入步骤五；

步骤五、判断是否有后续工具待处理，若是，执行步骤二，若否，进入步骤六；

步骤六、结束。