CN108917619A - 一种激光多尺寸单向伺服检测装置及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种激光多尺寸单向伺服检测装置及其检测方法，属于激光检测技术领域，以激光位移传感器作为测量工具，采用单方向伺服直线模组和传感器定位元件，进行轴向、径向两方向及多个阶梯面的多尺寸检测，实现径向和轴向多尺寸同一平台检测，测量数值反馈给上位机进行编程换算，实现自动测量、误差计算、显示测量结果。本发明采用单片机计数伺服电机移动的脉冲当量、结合径向激光检测数值的阶跃变化间接测量总高、阶梯上表面高和阶梯下表面高度尺寸；与两方向直线伺服方法相比伺服效率高、减少了误差来源；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，而且提高零件加工品质和加工效率。

Description

一种激光多尺寸单向伺服检测装置及其检测方法

技术领域

本发明属于激光检测技术领域，具体涉及一种激光多尺寸单向伺服检测装置及其检测方法。

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，主要采用通规、止规、游标卡尺等工具。但是，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。

(一)解决的技术问题

针对现有技术手工检测效率低的缺陷问题，本发明提出了一种激光多尺寸单向伺服检测装置及其检测方法，为了实现阶梯轴多尺寸精密检测，以激光位移传感器作为测量工具，采用单方向伺服直线模组和传感器定位元件，进行轴向、径向两方向及多个阶梯面的多尺寸检测，同时将测量数值反馈给上位机进行编程换算，实现自动测量、误差计算、显示测量结果，与两方向直线伺服方法相比伺服效率高、减少了误差来源。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种激光多尺寸单向伺服检测装置及其检测方法，由激光检测与单方向伺服运动装置、夹紧定位装置、上位机处理显示装置组成；

激光检测与单方向伺服运动装置包括激光位移传感器、Y向交流伺服电机、定位传感器、线性模组，线性模组包括丝杠、螺母滑块、Y向支撑板，定位传感器安装于线性模组下侧，确定Y向零点，线性模组中的螺母滑块上连接有激光位移传感器，丝杠固定在Y向支撑板上，螺母滑块穿过丝杠与Y向交流伺服电机相连；

夹紧定位装置包括V块夹紧气缸、V型定位块、上下气缸、内径气爪、检测平台、支撑件，V块夹紧气缸通过连接件与上下气缸相连，上下气缸顶杆连接内径气爪，线性模组、V型定位块、V块夹紧气缸、带测量阶梯件安装于检测平台上，检测平台固定安装在支撑件上；

上位机处理显示装置包括工业控制微机、通讯线，激光位移传感器通过通讯线与工业控制微机相连。

根据本发明的一实施例，所述工业控制微机包括单片机，激光位移传感器通过通讯芯片与单片机相连，单片机通过电机驱动器与Y向交流伺服电机相连。

根据本发明的一实施例，所述单片机采用AT89S51。

根据本发明的一实施例，所述通讯芯片采用MAX485。

一种单片机高度计数检测方法，执行步骤如下：

(1)单片机进行初始化并行口和通讯口；

(2)并行口1置位方向值并行口2发出脉冲；

(3)阶梯高度计数器保存数值并清零；

(4)阶梯高度计数器累加计数；

(5)通讯采集激光输出数值；

(6)判断数值比较是同一阶梯面？如果是同一阶梯面，跳转到步骤(4)阶梯高度计数器累加计数，如果不是同一阶梯面，执行下一步骤；

(7)判断完成所有面高度计数？如果没有完成所有面高度计数，跳转到步骤(3)阶梯高度计数器保存数值并清零，如果完成所有面高度计数，高度计数检测过程结束。

一种激光多尺寸单向伺服检测方法，包括以下步骤：

S1、对传感器的进行标定，将待测工件放置两V型定位块中间，Y向交流伺服电机带动激光位移传感器回到位置传感器设定的机械零点，V块夹紧气缸将待测阶梯轴推入检测平台V型定位块并夹紧，同时，激光位移传感器激光射出入面指向径向检测位置，激光测点投到阶梯下方的外径上，为尺寸检测为好准备；

S2、单片机通过与激光传感器之间的通讯线发送检测信号，激光位移传感器将阶梯下方的外径检测数值通过通讯线传送给单片机进行处理和存储，同样方法在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(此时上下气缸下移、内爪气缸撑开)；

S3、从机械零点向上移动的脉冲当量值通过单片机计数，移动到阶梯下表面再向上移动后，径向激光数值会阶跃变化，将阶跃变化时刻得到的累积脉冲当量，加上机械原点与零件底部接触的检测平台的固定距离，即可得到阶梯轴下表面高度，同样方法，可得到阶梯轴上表面高度值和总高度值，通过通讯线传送给单片机进行处理和存储；

S4、测量完成后，使Y向交流伺服模组带动激光位移传感器回机械零点，松开夹紧气缸、上下气缸和气爪，取走检测好的零件，单片机处理和存储检测信息。

(三)有益效果

本发明的有益效果：一种激光多尺寸单向伺服检测装置及其检测方法，以激光位移传感器作为测量工具，采用单方向伺服直线模组和传感器定位元件，进行轴向、径向两方向及多个阶梯面的多尺寸检测，实现径向和轴向多尺寸同一平台检测；测量数值反馈给上位机进行编程换算，实现自动测量、误差计算、显示测量结果；采用单片机计数伺服电机移动的脉冲当量、结合径向激光检测数值的阶跃变化间接测量总高、阶梯上表面高和阶梯下表面高度尺寸；与两方向直线伺服方法相比伺服效率高、减少了误差来源；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，而且提高零件加工品质和加工效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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为本发明检测装置结构示意图；

图2为单片机系统原理框图；

图3为单片机高度计数检测方法流程图；

图4为本发明检测方法流程图。

相关元件符号说明：

1、支撑件；2、检测平台；3、V型定位块；4、带测量阶梯件；5、丝杠；6、内径气爪；7、激光位移传感器；8、螺母滑块；9、上下气缸；10、Y向支撑板；11、V块夹紧气缸；12、Y向交流伺服电机。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种激光多尺寸单向伺服检测装置由激光检测与单方向伺服运动装置、夹紧定位装置、上位机处理显示装置组成。激光检测与单方向伺服运动装置包括激光位移传感器7、Y向交流伺服电机12、定位传感器、线性模组，线性模组包括丝杠5、螺母滑块8、Y向支撑板10，定位传感器安装于线性模组下侧，确定Y向零点，线性模组中的螺母滑块8上连接有激光位移传感器7，丝杠5固定在Y向支撑板10上，螺母滑块8穿过丝杠5与Y向交流伺服电机12相连；夹紧定位装置包括V块夹紧气缸11、V型定位块3、上下气缸9、内径气爪6、检测平台2、支撑件1，V块夹紧气缸11通过连接件与上下气缸9相连，上下气缸9顶杆连接内径气爪6，线性模组、V型定位块3、V块夹紧气缸11、带测量阶梯件4安装于检测平台2上，检测平台2固定安装在支撑件1上；上位机处理显示装置包括工业控制微机、通讯线，激光位移传感器7通过通讯线与工业控制微机相连。

以单阶梯待测工件为例，在径向需要检测的尺寸有：零件阶梯下方的外径、阶梯外径、阶梯上方的外径、内径，在轴向需要检测的尺寸有：总高度、阶梯上表面高、阶梯下表面高等尺寸。采用激光位移传感器在一定的距离范围内，通过激光射出入面三角反射检测原理，实现高精度检测。本发明检测装置，在径向通过激光位移传感器测位移的方法直接检测，而轴向高度通过Y向交流伺服电机上下移动量配合径向数值的阶跃式变化累积得出。目前激光射出入面指向径向检测位置(激光检测斑点射向左侧)，可以先移动到Y向定位安传感器确定的原点位置后，上下移动即可检测阶梯下方的外径、阶梯外径、阶梯上方的外径；同样在激光位移传感器上下移动的过程中，通过计算Y向交流伺服电机每个脉冲在Y方向的移动量(脉冲当量)，配合激光在径向测量值的突然变化，测量记录轴向各尺寸。

为了得到轴向各阶梯高度值，结合图2，工业控制微机包括单片机，激光位移传感器通过通讯芯片与单片机相连，单片机通过电机驱动器与Y向交流伺服电机相连。

采用单片机并行口和串行口配合计数的方法，使用单片机并行口控制伺服电机方向和移动量、单片机串行口读取该位置激光传感器检测数值。单片机通过判断接受的检测数值的跃变，结合发出的脉冲数和每个脉冲在高度方向上所走的距离(脉冲当量)，得出零件阶梯高度数值。单片机系统由单片机、电机驱动器、伺服电机、通讯格式转换芯片、激光位移传感器等组成，其中，电机驱动器将单片机并行口信号放大后驱动伺服电机，通讯芯片将单片机串行口信号转换为激光位移传感器所需的通讯格式信号(如RS485总线格式信号)，单片机可采用AT89S51、通讯芯片可采用MAX485等。

结合图3，单片机高度计数检测方法流程图，执行步骤如下：

(1)单片机进行初始化并行口和通讯口；

(2)并行口1置位方向值并行口2发出脉冲；

(3)阶梯高度计数器保存数值并清零；

(4)阶梯高度计数器累加计数；

(5)通讯采集激光输出数值；

(6)判断数值比较是同一阶梯面？如果是同一阶梯面，跳转到步骤(4)阶梯高度计数器累加计数，如果不是同一阶梯面，执行下一步骤；

(7)判断完成所有面高度计数？如果没有完成所有面高度计数，跳转到步骤(3)阶梯高度计数器保存数值并清零，如果完成所有面高度计数，高度计数检测过程结束。

结合流程图4，一种激光多尺寸单向伺服检测方法，包括以下步骤：

S1、对传感器的进行标定，将待测工件放置两V型定位块中间，Y向交流伺服电机带动激光位移传感器回到位置传感器设定的机械零点，V块夹紧气缸将待测阶梯轴推入检测平台V型定位块并夹紧，同时，激光位移传感器激光射出入面指向径向检测位置，激光测点投到阶梯下方的外径上，为尺寸检测为好准备；

S2、单片机通过与激光传感器之间的通讯线发送检测信号，激光位移传感器将阶梯下方的外径检测数值通过通讯线传送给单片机进行处理和存储，同样方法在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(此时上下气缸下移、内爪气缸撑开)；

S3、从机械零点向上移动的脉冲当量值通过单片机计数，移动到阶梯下表面再向上移动后，径向激光数值会阶跃变化，将阶跃变化时刻得到的累积脉冲当量，加上机械原点与零件底部接触的检测平台的固定距离，即可得到阶梯轴下表面高度，同样方法，可得到阶梯轴上表面高度值和总高度值，通过通讯线传送给单片机进行处理和存储；

S4、测量完成后，使Y向交流伺服模组带动激光位移传感器回机械零点，松开夹紧气缸、上下气缸和气爪，取走检测好的零件，单片机处理和存储检测信息。

综上所述，本发明实施例，激光多尺寸单向伺服检测装置及其检测方法，以激光位移传感器作为测量工具，采用单方向伺服直线模组和传感器定位元件，进行轴向、径向两方向及多个阶梯面的多尺寸检测，实现径向和轴向多尺寸同一平台检测；测量数值反馈给上位机进行编程换算，实现自动测量、误差计算、显示测量结果；采用单片机计数伺服电机移动的脉冲当量、结合径向激光检测数值的阶跃变化间接测量总高、阶梯上表面高和阶梯下表面高度尺寸；与两方向直线伺服方法相比伺服效率高、减少了误差来源；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，而且提高零件加工品质和加工效率。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种激光多尺寸单向伺服检测装置，其特征在于，由激光检测与单方向伺服运动装置、夹紧定位装置、上位机处理显示装置组成；

激光检测与单方向伺服运动装置包括激光位移传感器、Y向交流伺服电机、定位传感器、线性模组，线性模组包括丝杠、螺母滑块、Y向支撑板，定位传感器安装于线性模组下侧，确定Y向零点，线性模组中的螺母滑块上连接有激光位移传感器，丝杠固定在Y向支撑板上，螺母滑块穿过丝杠与Y向交流伺服电机相连；

夹紧定位装置包括V块夹紧气缸、V型定位块、上下气缸、内径气爪、检测平台、支撑件，V块夹紧气缸通过连接件与上下气缸相连，上下气缸顶杆连接内径气爪，线性模组、V型定位块、V块夹紧气缸、带测量阶梯件安装于检测平台上，检测平台固定安装在支撑件上；

上位机处理显示装置包括工业控制微机、通讯线，激光位移传感器通过通讯线与工业控制微机相连。

2.如权利要求1所述的一种激光多尺寸单向伺服检测装置，其特征在于：所述工业控制微机包括单片机，激光位移传感器通过通讯芯片与单片机相连，单片机通过电机驱动器与Y向交流伺服电机相连。

3.如权利要求2所述的一种激光多尺寸单向伺服检测装置，其特征在于，所述单片机采用AT89S51。

4.如权利要求2所述的一种激光多尺寸单向伺服检测装置及其检测方法，其特征在于，所述通讯芯片采用MAX485。

5.如权利要求2所述的一种单片机高度计数检测方法，其特征在于：执行步骤如下：

(1)单片机进行初始化并行口和通讯口；

(2)并行口1置位方向值并行口2发出脉冲；

(3)阶梯高度计数器保存数值并清零；

(4)阶梯高度计数器累加计数；

(5)通讯采集激光输出数值；

(6)判断数值比较是同一阶梯面？如果是同一阶梯面，跳转到步骤(4)阶梯高度计数器累加计数，如果不是同一阶梯面，执行下一步骤；

(7)判断完成所有面高度计数？如果没有完成所有面高度计数，跳转到步骤(3)阶梯高度计数器保存数值并清零，如果完成所有面高度计数，高度计数检测过程结束。

6.如权利要求2所述的一种激光多尺寸单向伺服检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、对传感器的进行标定，将待测工件放置两V型定位块中间，Y向交流伺服电机带动激光位移传感器回到位置传感器设定的机械零点，V块夹紧气缸将待测阶梯轴推入检测平台V型定位块并夹紧，同时，激光位移传感器激光射出入面指向径向检测位置，激光测点投到阶梯下方的外径上，为尺寸检测为好准备；

S2、单片机通过与激光传感器之间的通讯线发送检测信号，激光位移传感器将阶梯下方的外径检测数值通过通讯线传送给单片机进行处理和存储，同样方法在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(此时上下气缸下移、内爪气缸撑开)；

S3、从机械零点向上移动的脉冲当量值通过单片机计数，移动到阶梯下表面再向上移动后，径向激光数值会阶跃变化，将阶跃变化时刻得到的累积脉冲当量，加上机械原点与零件底部接触的检测平台的固定距离，即可得到阶梯轴下表面高度，同样方法，可得到阶梯轴上表面高度值和总高度值，通过通讯线传送给单片机进行处理和存储；

S4、测量完成后，使Y向交流伺服模组带动激光位移传感器回机械零点，松开夹紧气缸、上下气缸和气爪，取走检测好的零件，单片机处理和存储检测信息。