CN108801150B - 一种激光多尺寸单伺服检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于尺寸测量技术领域，尤其涉及一种激光多尺寸单伺服检测装置，包括检测平台、激光位移传感器、旋转运动构件、Y向线性运动构件、夹紧构件和测量块构件，所述Y向线性运动构件与检测平台固定连接，所述旋转运动构件与Y向线性运动构件滑动连接，所述Y向线性运动构件用于控制旋转运动构件在Y方向的升降，所述旋转运动构件用于控制激光位移传感器旋转使得激光位移传感器的激光射出入面能够在X方向和Y方向切换，所述激光位移传感器用于发射激光至检测位置，所述测量块构件用于指示激光位移传感器发出的激光检测位置，所述夹紧构件用于夹紧待测工件。

Description

一种激光多尺寸单伺服检测装置

技术领域

本发明属于尺寸测量技术领域，尤其涉及一种激光多尺寸单伺服检测装置。

背景技术

在加工制造业中，对于零件的加工，无论是加工的过程，还是加工完成后的质量和性能，都需要经历大量的检测工作。目前对于加工零件工序尺寸的检测，如直径、径向阶梯的位置等尺寸数据，主要采用通规、止规、游标卡尺等工具，还是以手工检测为主，检测效率非常低。特别是在数控等自动化加工生产线上，实现加工零件在生产线上检测过程的自动化，不但省时省力，而且还在提高零件加工品质和加工效率的同时,对推进加工测量一体化技术的发展具有深远意义。

专利号为201710803065.3的专利文件中通过X方向和Y方向的两方向直线伺服方法检测工件的各径向尺寸和轴向尺寸，需要两个方向伺服，伺服效率低，误差来源较多，尺寸检测的精度不高，且检测装置的X方向和Y方向占用空间较大。

发明内容

为解决现有技术存在的激光多尺寸伺服检测装置检测工件的各径向尺寸和轴向尺寸需要两个方向伺服，伺服效率低，且占用空间较大的问题，本发明提供一种激光多尺寸单伺服检测装置。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下，一种激光多尺寸单伺服检测装置，包括检测平台、激光位移传感器、旋转运动构件、Y向线性运动构件、夹紧构件和测量块构件，所述Y向线性运动构件与检测平台固定连接，所述旋转运动构件与Y向线性运动构件滑动连接，所述Y向线性运动构件用于控制旋转运动构件在Y方向的升降，所述旋转运动构件用于控制激光位移传感器旋转使得激光位移传感器的激光射出入面能够在X方向和Y方向切换，所述激光位移传感器用于发射激光至检测位置，所述夹紧构件用于夹紧待测工件；

所述测量块构件包括高度测量块、顶板、与待测工件的内孔配合的内径气爪和固定设置在内径气爪侧面的内径测量块，所述高度测量块位于待测工件的阶梯上方，且其相对于内径测量块在Y方向滑动设置，所述顶板沿Y方向直线往复运动，当顶板接触到待测工件阶梯的下表面时，其同时推动高度测量块上移，所述内径测量块和高度测量块均用于指示激光位移传感器发出的激光检测位置。

作为优选，所述夹紧构件包括夹紧气缸和位于夹紧气缸活塞运动方向上的两块V型定位块，所述夹紧气缸与检测平台固定连接，靠近所述夹紧气缸的V型定位块与夹紧气缸的活塞杆固定连接，另一块所述V型定位块与检测平台固定连接。将待测工件放置于两个V型定位块之间，夹紧气缸推动活动的V型定位块靠近固定的V型定位块将待测工件夹紧定位，V型定位块的凹槽能与不同直径尺寸的待测工件配合，扩大夹紧构件的适用范围，夹紧方式简便，快速有效，制造装配成本较低。

作为优选，所述检测平台上开设有与V型定位块配合的导向槽，两个所述V型定位块均设置在导向槽内。提高夹紧构件的夹紧定位精度，提高该单伺服检测装置的测量精度。

作为优选，所述测量块构件还包括气缸支架、上下气缸、顶板气缸和顶杆，所述上下气缸通过气缸支架与V型定位块固定连接，当夹紧构件夹紧时上下气缸位于待测工件的Y方向上方，且其活塞杆朝向待测工件，所述上下气缸的活塞杆上固定设置有测量支架，所述内径气爪与测量支架固定连接，所述测量支架的底端向外延伸有定位板，所述顶杆滑动穿过定位板，所述高度测量块与顶杆的顶端固定连接，所述顶板气缸与检测平台固定连接用于驱动顶板沿Y方向直线往复运动，当顶板上移接触到待测工件阶梯的下表面时，同时顶板的上表面接触到顶杆的底端使顶杆上移。测量待测工件的轴向尺寸时，激光位移传感器发射的激光射向待测工件的轴向并射向高度测量块的上表面，再根据内径测量块的下表面到高度测量块的上表面的距离，经换算得出待测工件轴向的总高度；再由顶板向上运动与阶梯的下表面接触的同时，其将顶杆向上推动后，带动高度测量块向上移动，此时高度测量块的高度值，通过换算得出阶梯的下表面的高度；内径气爪收缩、上下气缸的活塞杆带动内径气爪向上移动，夹紧气缸的活塞杆收缩带动V型定位块、上下气缸、内径气爪及高度测量块离开，此时在阶梯上表面上方的激光位移传感器直接测量出阶梯的上表面高度。利用顶杆和高度测量块的结构，经换算方便测量待测工件的轴向各尺寸，不需激光位移传感器在X向的移动和伺服设置，节省空间，降低了成本，同时降低X向伺服装置对该单相伺服检测装置的精度影响，提高该单相伺服检测装置的精度。

作为优选，所述顶杆的底端延伸有限位凸缘，所述顶杆上套设有压簧，所述压簧位于定位板和限位凸缘之间，当所述压簧处于压缩状态时高度测量块的下表面与定位板的上表面接触。当顶板未推动顶杆，使顶杆带动高度测量块上移前，压簧的设置保证高度测量块的下表面与定位板的上表面接触，提高测量块构件的定位精度，提高该单伺服检测装置的测量精度。

进一步地，所述Y向线性运动构件包括导向支架、丝杆和螺母滑块，所述检测平台上开设有供旋转运动构件穿过的通孔，所述导向支架穿过通孔与检测平台固定连接，所述丝杆的两端转动设置在导向支架上，所述螺母滑块与丝杆配合在Y方向上滑动，所述旋转运动构件与螺母滑块固定连接，所述丝杆远离检测平台的一端设有电机。Y向线性运动构件利用丝杆和螺母滑块的结构实现旋转运动构件在Y向的直线升降运动，结构简单，装配简便，且成本较低。

进一步地，所述旋转运动构件包括旋转气缸和安装板，所述旋转气缸与螺母滑块固定连接，所述安装板的一端与旋转气缸的输出轴连接，所述激光位移传感器固定在安装板的另一端，所述旋转气缸上固定设置有第一限位挡块和第二限位挡块，所述第一限位挡块用于限位安装板使激光位移传感器上的激光射出入面朝向待测工件的径向，所述第二限位挡块用于限位安装板使激光位移传感器上的激光射出入面朝向待测工件的轴向。旋转气缸带动激光位移传感器旋转，使得激光位移传感器的激光射出入面在朝向待测工件的径向方向和轴向方向切换，第一限位挡块和第二限位挡块对用于支撑位激光移传感器的安装板进行相应的两个方向的限位，提高激光位移传感器射出激光的方向精度，提高该单伺服检测装置的测量精度。

进一步地，该单伺服检测装置还包括定位传感器，所述定位传感器设置在Y向线性运动构件的下端零点处。

有益效果：本发明利用激光位移传感器作为测量工具，为了实现径向和轴向多尺寸精密检测，采用Y向线性运动构件、旋转运动构件、测量块构件和定位传感器等，进行轴向、径向两方向及多个阶梯面的多尺寸检测，实现自动测量，与两方向直线伺服方法相比因没有X方向的伺服驱动和传感器定位，单方向伺服方法伺服效率高、减少了误差来源，提高尺寸检测精度；并且因为没有X方向的伺服驱动，减少本发明的激光多尺寸单伺服检测装置的安装空间。

附图说明

图1是本发明激光多尺寸单伺服检测装置检测工件径向尺寸时的立体结构左视示意图；

图2是图1中A的局部放大示意图；

图3是图2中C的局部放大示意图；

图4是本发明激光多尺寸单伺服检测装置检测工件径向尺寸时的立体结构右视示意图；

图5是本发明激光多尺寸单伺服检测装置检测工件轴向尺寸时的立体结构示意图；

图6是图5中B的局部放大示意图；

图7是图6中D的局部放大示意图；

图中1、检测平台，1-1、导向槽，1-2、通孔，2、激光位移传感器，2-1、激光射出入面，3-1、旋转气缸，3-2、安装板，3-3、第一限位挡块，3-4、第二限位挡块，4-1、导向支架，4-2、丝杆，4-3、螺母滑块，4-4、电机，5-1、夹紧气缸，5-2、V型定位块，6-1、气缸支架，6-2、上下气缸，6-3、顶板气缸，6-4、顶杆，6-4-1、限位凸缘，6-5、压簧，6-6、测量支架，6-6-1、定位板，6-7、内径气爪，6-8、内径测量块，6-9、高度测量块，6-10顶板，7、定位传感器，8、工件。

具体实施方式

实施例

如图1～7所示，一种激光多尺寸单伺服检测装置，包括检测平台1、激光位移传感器2、旋转运动构件、Y向线性运动构件、夹紧构件和测量块构件，所述Y向线性运动构件与检测平台1固定连接，所述旋转运动构件与Y向线性运动构件滑动连接，所述Y向线性运动构件用于控制旋转运动构件在Y方向的升降，所述旋转运动构件用于控制激光位移传感器2旋转使得激光位移传感器2的激光射出入面2-1能够在X方向和Y方向切换，所述激光位移传感器2用于发射激光至检测位置，所述测量块构件用于指示激光位移传感器2发出的激光检测位置，所述夹紧构件用于夹紧待测工件8。该单伺服检测装置还包括定位传感器7，所述定位传感器7设置在Y向线性运动构件的下端零点处。待测工件8为单阶梯的轴类工件8，且待测工件8上开设有内孔。

如图4所示，所述夹紧构件包括夹紧气缸5-1和位于夹紧气缸5-1活塞运动方向上的两块V型定位块5-2，所述夹紧气缸5-1与检测平台1固定连接，靠近所述夹紧气缸5-1的V型定位块5-2与夹紧气缸5-1的活塞杆固定连接，另一块所述V型定位块5-2与检测平台1固定连接。为了提高对待测工件8的夹紧定位精度，所述检测平台1上开设有与V型定位块5-2配合的导向槽1-1，两个所述V型定位块5-2均设置在导向槽1-1内。如图1～5所示，所述测量块构件包括气缸支架6-1、上下气缸6-2、顶板气缸6-3和顶杆6-4，所述上下气缸6-2通过气缸支架6-1与V型定位块5-2固定连接，当夹紧构件夹紧时上下气缸6-2位于待测工件8的Y方向上方，且其活塞杆朝向待测工件8，所述上下气缸6-2的活塞杆上固定设置有测量支架6-6，所述测量支架6-6上固定设置有内径气爪6-7，所述内径气爪6-7的侧面固定有内径测量块6-8，所述测量支架6-6的底端向外延伸有定位板6-6-1，所述顶杆6-4滑动穿过定位板6-6-1，其顶端固定有高度测量块6-9，当高度测量块6-9的下表面与定位板6-6-1的上表面接触时顶杆6-4的底端低于阶梯的下表面，所述顶板气缸6-3与检测平台1固定连接，其活塞杆上固定设置有顶板6-10，所述顶板气缸6-3驱动顶板6-10靠近阶梯的下表面时使顶板6-10的上表面与阶梯的下表面接触，且顶板6-10的上表面同时接触顶杆6-4的底端。为了初始时高度测量块6-9的下表面和定位板6-6-1的上表面贴合以提高测量精度，所述顶杆6-4的底端延伸有限位凸缘6-4-1，所述顶杆6-4上套设有压簧6-5，所述压簧6-5位于定位板6-6-1和限位凸缘6-4-1之间，当所述压簧6-5处于压缩状态时高度测量块6-9的下表面与定位板6-6-1的上表面接触。

如图1～7所示，所述Y向线性运动构件包括导向支架4-1、丝杆4-2和螺母滑块4-3，所述检测平台1上开设有供旋转运动构件穿过的通孔1-2，所述导向支架4-1穿过通孔1-2与检测平台1固定连接，所述丝杆4-2的两端转动设置在导向支架4-1上，所述螺母滑块4-3与丝杆4-2配合在Y方向上滑动，所述旋转运动构件与螺母滑块4-3固定连接，所述丝杆4-2远离检测平台1的一端设有电机4-4。所述旋转运动构件包括旋转气缸3-1和安装板3-2，所述旋转气缸3-1与螺母滑块4-3固定连接，所述安装板3-2的一端与旋转气缸3-1的输出轴连接，所述激光位移传感器2固定在安装板3-2的另一端，所述旋转气缸3-1上固定设置有第一限位挡块3-3和第二限位挡块3-4，所述第一限位挡块3-3用于限位安装板3-2使激光位移传感器2上的激光射出入面2-1朝向待测工件8的径向，所述第二限位挡块3-4用于限位安装板3-2使激光位移传感器2上的激光射出入面2-1朝向待测工件8的轴向。

激光位移传感器2与上位机相连，定位传感器7、旋转气缸3-1，电机4-4、夹紧气缸5-1、上下气缸6-2、顶板气缸6-3分别与处理器相连。

工作原理如下：

1、首先，将待测工件8放置于两V型定位块5-2中间，电机4-4驱动丝杆4-2带动激光位移传感器2回到定位传感器7设定的机械零点，夹紧气缸5-1带动上下气缸6-2和内径气爪6-7移动到待测工件8的内孔上方，上下气缸6-2的活塞杆带动内径气爪6-7向下移动，直到内径测量块6-8的下表面与待测工件8的上表面接触为止，内径气爪6-7停止向下移动后，内径气爪6-7撑开，直到带有内径测量块6-8的气爪碰到内孔的内圆周面为止，此时的激光位移传感器2的激光射出入面2-1指向径向检测位置，激光测点投射到阶梯下方的外径上，为径向尺寸检测做好准备；

2、由上位机通过与激光位移传感器2之间的通讯线发送检测信号，激光位移传感器2将阶梯下方的外径检测数值通过通讯线传送给上位机进行处理和显示，同样方法在激光位移传感器2向上移动的过程中依次检测阶梯外径、阶梯上方的外径、内径测量块6-8(经上位机换算得出内径大小)；

3、激光位移传感器2继续上移至高于内径测量块6-8上方后，通过旋转气缸3-1将激光位移传感器2旋转90°，使得激光射出入面2-1向下，测点投射到高度测量块6-9的上表面，再由上位机通过与激光传感器之间的通讯线发送检测信号，激光位移传感器2将高度测量块6-9的高度检测数值通过通讯线传送给上位机进行处理和显示得到待测工件8的总高(高度测量块6-9的高度加高度测量块6-9的上表面至内径测量块6-8的下表面的高度)；

4、再由顶板气缸6-3驱动顶板6-10向上运动使顶板6-10的上表面与阶梯的下表面接触的同时，顶板6-10将顶杆6-4向上推动后，顶杆6-4带动高度测量块6-9向上移动，此时高度测量块6-9的高度值，通过通讯线传送给上位机进行处理和显示出阶梯下表面的高度(高度测量块6-9上表面的高度加上顶杆6-4的长度)；

5、内径气爪6-7收缩、上下气缸6-2的活塞杆带动内径气爪6-7向上移动，夹紧气缸5-1收缩带动上下气缸6-2、内径气爪6-7和高度测量块6-9离开，此时在阶梯上表面上方的激光位移传感器2直接测量出阶梯的上表面高度；

6、测量完成后，让Y向线性运动构件回机械零点，取走检测好的工件8，上位机处理和存储检测信息。所有尺寸检测，开始都需要对激光位移传感器2和定位传感器7进行标定。

Claims (8)

1.一种激光多尺寸单伺服检测装置，其特征在于：包括检测平台(1)、激光位移传感器(2)、旋转运动构件、Y向线性运动构件、夹紧构件和测量块构件，所述Y向线性运动构件与检测平台(1)固定连接，所述旋转运动构件与Y向线性运动构件滑动连接，所述Y向线性运动构件用于控制旋转运动构件在Y方向的升降，所述旋转运动构件用于控制激光位移传感器(2)旋转使得激光位移传感器(2)的激光射出入面(2-1)能够在X方向和Y方向切换，所述激光位移传感器(2)用于发射激光至检测位置，所述夹紧构件用于夹紧待测工件(8)；

所述测量块构件包括高度测量块(6-9)、顶板(6-10)、与待测工件(8)的内孔配合的内径气爪(6-7)和固定设置在内径气爪(6-7)侧面的内径测量块(6-8)，所述高度测量块(6-9)位于待测工件(8)的阶梯上方，且其相对于内径测量块(6-8)在Y方向滑动设置，所述顶板(6-10)沿Y方向直线往复运动，当顶板(6-10)接触到待测工件(8)阶梯的下表面时，其同时推动高度测量块(6-9)上移，所述内径测量块(6-8)和高度测量块(6-9)均用于指示激光位移传感器(2)发出的激光检测位置。

2.根据权利要求1所述的激光多尺寸单伺服检测装置，其特征在于：所述夹紧构件包括夹紧气缸(5-1)和位于夹紧气缸(5-1)活塞运动方向上的两块V型定位块(5-2)，所述夹紧气缸(5-1)与检测平台(1)固定连接，靠近所述夹紧气缸(5-1)的V型定位块(5-2)与夹紧气缸(5-1)的活塞杆固定连接，另一块所述V型定位块(5-2)与检测平台(1)固定连接。

3.根据权利要求2所述的激光多尺寸单伺服检测装置，其特征在于：所述检测平台(1)上开设有与V型定位块(5-2)配合的导向槽(1-1)，两个所述V型定位块(5-2)均设置在导向槽(1-1)内。

4.根据权利要求2所述的激光多尺寸单伺服检测装置，其特征在于：所述测量块构件还包括气缸支架(6-1)、上下气缸(6-2)、顶板气缸(6-3)和顶杆(6-4)，所述上下气缸(6-2)通过气缸支架(6-1)与V型定位块(5-2)固定连接，当夹紧构件夹紧时上下气缸(6-2)位于待测工件(8)的Y方向上方，且其活塞杆朝向待测工件(8)，所述上下气缸(6-2)的活塞杆上固定设置有测量支架(6-6)，所述内径气爪(6-7)与测量支架(6-6)固定连接，所述测量支架(6-6)的底端向外延伸有定位板(6-6-1)，所述顶杆(6-4)滑动穿过定位板(6-6-1)，所述高度测量块(6-9)与顶杆(6-4)的顶端固定连接，所述顶板气缸(6-3)与检测平台(1)固定连接用于驱动顶板(6-10)沿Y方向直线往复运动，当顶板(6-10)上移接触到待测工件(8)阶梯的下表面时，同时顶板(6-10)的上表面接触到顶杆(6-4)的底端使顶杆(6-4)上移。

5.根据权利要求4所述的激光多尺寸单伺服检测装置，其特征在于：所述顶杆(6-4)的底端延伸有限位凸缘(6-4-1)，所述顶杆(6-4)上套设有压簧(6-5)，所述压簧(6-5)位于定位板(6-6-1)和限位凸缘(6-4-1)之间，当所述压簧(6-5)处于压缩状态时高度测量块(6-9)的下表面与定位板(6-6-1)的上表面接触。

6.根据权利要求1所述的激光多尺寸单伺服检测装置，其特征在于：所述Y向线性运动构件包括导向支架(4-1)、丝杆(4-2)和螺母滑块(4-3)，所述检测平台(1)上开设有供旋转运动构件穿过的通孔(1-2)，所述导向支架(4-1)穿过通孔(1-2)与检测平台(1)固定连接，所述丝杆(4-2)的两端转动设置在导向支架(4-1)上，所述螺母滑块(4-3)与丝杆(4-2)配合在Y方向上滑动，所述旋转运动构件与螺母滑块(4-3)固定连接，所述丝杆(4-2)远离检测平台(1)的一端设有电机(4-4)。

7.根据权利要求6所述的激光多尺寸单伺服检测装置，其特征在于：所述旋转运动构件包括旋转气缸(3-1)和安装板(3-2)，所述旋转气缸(3-1)与螺母滑块(4-3)固定连接，所述安装板(3-2)的一端与旋转气缸(3-1)的输出轴连接，所述激光位移传感器(2)固定在安装板(3-2)的另一端，所述旋转气缸(3-1)上固定设置有第一限位挡块(3-3)和第二限位挡块(3-4)，所述第一限位挡块(3-3)用于限位安装板(3-2)使激光位移传感器(2)上的激光射出入面(2-1)朝向待测工件(8)的径向，所述第二限位挡块(3-4)用于限位安装板(3-2)使激光位移传感器(2)上的激光射出入面(2-1)朝向待测工件(8)的轴向。

8.根据权利要求1所述的激光多尺寸单伺服检测装置，其特征在于：该单伺服检测装置还包括定位传感器(7)，所述定位传感器(7)设置在Y向线性运动构件的下端零点处。

Images