CN109648398A - 一种零件尺寸在线检测装置及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种零件尺寸检测技术，具体涉及一种多方向激光扫描的方式对零件尺寸进行计算，从而实现精准测量的零件尺寸在线检测装置及其检测方法，包括机床、Z方向工作台、伺服电机、X方向工作台、刀架、外圆车刀，三爪卡盘、工作台、丝杠、滑块、步进电机、旋转气缸和激光位移传感器，所述Z方向工作台与机床的一侧滑动配合，伺服电机的机身安装在Z方向工作台上，伺服电机的转轴与X方向工作台螺接，X方向工作台安装在Z方向工作台上且与Z方向工作台滑动配合，刀架安装在X方向工作台上方，所述外圆车刀与刀架转动配合，三爪卡盘安装在机床的另一侧，所述工作台也安装在机床上且位于三爪卡盘的一侧，所述步进电机的机身安装在工作台上。

Description

一种零件尺寸在线检测装置及其检测方法

技术领域

本发明涉及一种零件尺寸检测技术，具体涉及一种零件尺寸在线检测装置及其检测方法。

背景技术

在普通机床上加工零件后并对零件尺寸进行检测是一项需要人工进行肉眼识别的工作。操作工人一般通过游标卡尺或者千分尺和百分表进行直接测量，很大一部分因数取决于人的技能和外部环境，所以零件的精度取决于人的视觉感官和测量工具的精度。

目前，高精度设备上使用的是激光对刀仪，这个对刀仪能对刀具相对于零件的初始位置进行准确定位，确定加工零点。功能比较单一，却不能对零件进行测量。而且现用在零件上的尺寸上检测装置比较单一，不能与机床系统相融，很难组成一个测量系统。

一般检测尺寸方法有接触式和非接触式两种。第一种接触式测量就是人工测量，在机床停止状态下人为的进行手动测量，测量精度受限于人的技能，量具的精度直接影响到测量精度还有工作环境。所以零件测量显得尤其重要。另一种是非接触式测量，在数控机床停止加工后由3D扫描仪进行扫描，通过自带软件生成加工零件的外形和尺寸，这种设备计较昂贵，只有高端精密设备上才出现，能自动扫描零件并且能测量数据。

在一般企业里难以承受这种设备，维护难，加工效益低。还有一些是安装一些传感器，通过传感器来测量零件的尺寸，一般有激光位移传感器，由于激光位移传感器要安装在机床上，在实际操作过程中受加工环境影响，会有一些测量失误和测量失真现象。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供一种多方向激光扫描的方式对零件尺寸进行计算，从而实现精准测量的零件尺寸在线检测装置及其检测方法。

为实现以上技术目的,本发明的技术方案是:一种零件尺寸在线检测装置，包括机床、Z方向工作台、伺服电机、X方向工作台、刀架、外圆车刀，三爪卡盘、工作台、丝杠、滑块、步进电机、旋转气缸和激光位移传感器，所述Z方向工作台与机床的一侧滑动配合，伺服电机的机身安装在Z方向工作台上，伺服电机的转轴与X方向工作台螺接，所述X方向工作台安装在Z方向工作台上且与Z方向工作台滑动配合，所述刀架安装在X方向工作台上方，所述外圆车刀与刀架转动配合，所述三爪卡盘安装在机床的另一侧，所述工作台也安装在机床上且位于三爪卡盘的一侧，所述步进电机的机身安装在工作台上，所述步进电机的转轴与丝杠联动，所述滑块与丝杠转动配合，所述旋转气缸的缸身安装在滑块上，所述旋转气缸的转动端与激光位移传感器连接。

为实现以上技术目的,本发明的技术方案是:一种零件尺寸在线检测方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一、将工件固定在三爪卡盘上，由三爪卡盘带动工件转动；

步骤二：将Z方向工作台延机床方向移动并向三爪卡盘方向移动；

步骤三：由伺服电机的转轴转动进而带动X方向工作台在Z方向工作台上进行平移；

步骤四：将外圆车刀相对于刀架上转动，从而使得外圆车刀对工件进行切削；

步骤五：由控制器向步进电机发出脉冲指令，根据发送的脉冲数，步进电机带动丝杠上的激光位移传感器开始向工件端部移动；

步骤六：激光位移传感器一直发射出激光信号，当激光位移传感器发射出的激光信号与工件表面接触时，开始把测得反馈信号传输给控制器；

步骤七：步进电机根据控制器发出的10个脉冲数作为长度方向的单位长度进行计算，最后根据基本步距角和丝杠的螺距P进行换算实现自动测量零件长度尺寸测量。

以上描述可以看出，本发明具备以下优点：本发明的零件尺寸在线检测装置及其检测方法通过激光位移传感器实时扫描的方法，传感器采集直径数值并且长度数值由步进电机发送脉冲数，经过步距角和螺距计算相应数值。同时将测量数值反馈给控制器，生成扫描数据。能实时得出数据，测量出零件偏差、圆跳动等。其中零件中有圆弧和锥度是很难精确测量的，而且都需要人工检测，常用方法就是游标卡尺，万能角度尺和R规，检测误差较大，现在用激光位移传感器来测量，激光位移传感器的测量最高精度达到5us mm，通过机械结构辅助测量能很好地消除人工测量带来的误差。

附图说明

图1为本发明的零件尺寸在线检测装置的结构示意图。

图2为本发明的零件尺寸在线检测装置的工作台的结构示意图。

图3为本发明的零件尺寸在线检测装置的Z方向工作台。

图4为本发明的零件尺寸在线检测装置的三爪卡盘的结构示意图。

图5为本发明的零件尺寸在线检测装置的工件的结构示意图。

附图说明：1、机床，2、Z方向工作台，3、伺服电机，4、X方向工作台，5、刀架，6、外圆车刀，7、三爪卡盘，8、工作台，9、丝杠，10、滑块，11、步进电机，12、旋转气缸，13、激光位移传感器，14、工件。

具体实施方式

下面结合本发明给定的附图和具体示例，进一步阐述本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例。都属于本发明的保护范围。

一种零件尺寸在线检测装置，包括机床1、Z方向工作台2、伺服电机3、X方向工作台4、刀架5、外圆车刀6，三爪卡盘7、工作台8、丝杠9、滑块10、步进电机11、旋转气缸12和激光位移传感器13，所述Z方向工作台2与机床1的一侧滑动配合，伺服电机3的机身安装在Z方向工作台2上，伺服电机3的转轴与X方向工作台4螺接，所述X方向工作台4安装在Z方向工作台2上且与Z方向工作台2滑动配合，所述刀架5安装在X方向工作台4上方，所述外圆车刀6与刀架5转动配合，所述三爪卡盘7安装在机床1的另一侧，所述工作台8也安装在机床1上且位于三爪卡盘7的一侧，所述步进电机11的机身安装在工作台8上，所述步进电机11的转轴与丝杠9联动，所述滑块10与丝杠9转动配合，所述旋转气缸12的缸身安装在滑块10上，所述旋转气缸12的转动端与激光位移传感器13连接。

一种零件尺寸在线检测方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一、将工件14固定在三爪卡盘7上，由三爪卡盘7带动工件14转动；

步骤二：将Z方向工作台2延机床1方向移动并向三爪卡盘7方向移动；

步骤三：由伺服电机3的转轴转动进而带动X方向工作台4在Z方向工作台2上进行平移；

步骤四：将外圆车刀6相对于刀架5上转动，从而使得外圆车刀6对工件14进行切削；

步骤五：由控制器向步进电机发出脉冲指令，根据发送的脉冲数，步进电机带动丝杠上的激光位移传感器开始向工件14端部移动；

步骤六：激光位移传感器13一直发射出激光信号，当激光位移传感器发射出的激光信号与工件表面接触时，开始把测得反馈信号传输给控制器；

步骤七：步进电机根据控制器发出的10个脉冲数作为长度方向的单位长度进行计算，最后根据基本步距角和丝杠的螺距P进行换算实现自动测量零件长度尺寸测量。

零件检测过程由PLC和上位机(图上未标出)联合控制来完成，在零件加工完毕后，可以由PLC控制激光位移传感器启动并且检测当前数值，长度方向采用动态缓慢测位移，测量方法是上位机与PLC通讯，PLC根据程序中的指令向步进电机发出脉冲指令，根据发送的脉冲数(步进电机没有设置细分时)，步进电机带动滚珠丝杠上的激光传感器开始向左移动，并且激光传感器一直发射出激光信号，当传感器发射出的激光信号与零件端面接触时，开始把测得反馈信号传输给上位机的加工系统，步进电机根据PLC发出的10个脉冲数作为长度方向的单位长度进行计算，最后根据基本步距角(以1.8度为例)和滚珠丝杠的螺距P(导程S)进行换算实现自动测量零件长度尺寸测量完毕。根据零件的总长度，计算出要发送脉冲数的次数，计算公式如下：10个脉冲数移动的距离Y＝(1.8/360))*(10)*P。激光位移传感器也可以测量零件直径，在测量零件直径前，先通过激光位移传感器测得激光位移传感器到机床卡爪中心的距离X3，将测得的原始数据输入工控机内并显示，而直径测量是通过间接测量的，利用激光位移传感器测得的数值X4，通过计算间接得到零件该点的数值，该点数值等于X3-X4。最后根据上位机提取到的激光位移传感器当前数值，及其后期计算，可以得到零件的真实尺寸。本检测装置可以检测回转体零件圆跳动。检测原理如下：当零件转动一圈，激光位移传感器检测到的一系列的相关数据数值进行提取分析。通过最大值减去最小值的计算方法可以测出零件的圆跳动。也可以配合matlab中fplot(绘制函数曲线)函数，根据传感器测得数据可以拟合生成零件的轮廓尺寸。

检测前，首先手动操作，在卡盘上安装零件，尺寸不易过长，尺寸大小要根据测量传感器的量程来选择，外圆车刀和工件轴线和激光传感器测量时的激光头等高。

在检测过程中，激光位移传感器通过激光发射到零件上(轴线位置)反馈的数值，经过计算得出测量尺寸。PLC向步进电机发送脉冲指令，电机带动丝杠向左移动，当激光位移传感器接触到零件端面，确定加工零点，经过上位机收集脉冲次数和激光位移传感器得到的间接距离，经过matlab中的fplot函数生成零件的二维图形。

最后由人工进行零件的测量，与图纸尺寸进行核对，校验传感器的稳定性；以便得到更大的改进。

在本发明中，上位机通过激光位移传感器反馈的信号得到的数值间接算出零件当前位置的直径。

通过主轴转动一圈，激光位移传感器测得的一连串的数值反馈给上位机，通过最大值减去最小值，算出零件的圆跳动值。

根据上位机程序提取滚珠丝杠和激光位移传感器当前数值，算出零件的长度尺寸。以滚珠丝杠移动为横坐标，以激光位移传感器测得间接值为纵坐标，利用MATLAB中fplot函数编程，生成零件轮廓尺寸。可以判断零件的合格程度。也可以检测出圆锥、圆弧等异性回转体的尺寸和切削余量。

在零件加工过程中，机床会产生抖动，根据机床加工零件的进给速度、背吃刀量、进给量不同，机床位移传感器都能测得数值，根据数值的大小能够分析出机床加工的精度。

以上对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种零件尺寸在线检测装置，其特征在于：包括机床(1)、Z方向工作台(2)、伺服电机(3)、X方向工作台(4)、刀架(5)、外圆车刀(6)，三爪卡盘(7)、工作台(8)、丝杠(9)、滑块(10)、步进电机(11)、旋转气缸(12)和激光位移传感器(13)，所述Z方向工作台(2)与机床(1)的一侧滑动配合，伺服电机(3)的机身安装在Z方向工作台(2)上，伺服电机(3)的转轴与X方向工作台(4)螺接，所述X方向工作台(4)安装在Z方向工作台(2)上且与Z方向工作台(2)滑动配合，所述刀架(5)安装在X方向工作台(4)上方，所述外圆车刀(6)与刀架(5)转动配合，所述三爪卡盘(7)安装在机床(1)的另一侧，所述工作台(8)也安装在机床(1)上且位于三爪卡盘(7)的一侧，所述步进电机(11)的机身安装在工作台(8)上，所述步进电机(11)的转轴与丝杠(9)联动，所述滑块(10)与丝杠(9)转动配合，所述旋转气缸(12)的缸身安装在滑块(10)上，所述旋转气缸(12)的转动端与激光位移传感器(13)连接。

2.一种零件尺寸在线检测方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一、将工件(14)固定在三爪卡盘(7)上，由三爪卡盘(7)带动工件(14)转动；

步骤二：将Z方向工作台(2)延机床(1)方向移动并向三爪卡盘(7)方向移动；

步骤三：由伺服电机(3)的转轴转动进而带动X方向工作台(4)在Z方向工作台(2)上进行平移；

步骤四：将外圆车刀(6)相对于刀架(5)上转动，从而使得外圆车刀(6)对工件(14)进行切削；

步骤五：由控制器向步进电机发出脉冲指令，根据发送的脉冲数，步进电机带动丝杠上的激光位移传感器开始向工件(14)端部移动；

步骤六：激光位移传感器(13)一直发射出激光信号，当激光位移传感器发射出的激光信号与工件表面接触时，开始把测得反馈信号传输给控制器；

步骤七：步进电机根据控制器发出的10个脉冲数作为长度方向的单位长度进行计算，最后根据基本步距角和丝杠的螺距P进行换算实现自动测量零件长度尺寸测量。