CN110044916B - 一种用于检测车轴表面微小划痕的检测仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于检测车轴表面微小划痕的检测仪，包括：设置于壳体内部的基座、滑块移动装置，偏心轮传动机构、光栅尺读数头移动装置和齿轮旋转机构。其中：使用内窥镜镜头粗定位划痕位置后将传感器探头对准划痕一侧，完成对划痕的粗定位。在完成粗定位后，采用偏心轮机构带动滑块移动装置跨过划痕位置，得到此过程的高度差，完成对划痕的深度信息的提取。宽度信息的获取依靠在此过程中起始和结束时的两个位移大幅下降点，得到该两点的距离为宽度信息。采用偏心轮传动机构、光栅尺读数头移动装置，可保证精确控制传感器探头的测量位置，提高重复定位精度。

Description

一种用于检测车轴表面微小划痕的检测仪

技术领域

本发明涉及机器视觉技术领域，涉及一种用于检测车轴表面微小划痕的检测仪。

背景技术

机器视觉是一项集合了数字图像处理、机械、控制、光学、计算机等技术的综合技术。机器视觉系统可以实现对目标进行非接触检测，可以快速获取大量信息，而且易于自动处理。因此，机器视觉技术作为一种重要的检测技术已经引起人们的重视，并在检测领域得到了越来越广泛的应用。

目前，轴类零件的表面划痕测量仍依靠人工传统的检测完成，从现场反馈得知，传统的检测方法为检测人员仅仅依靠手指触摸划痕位置进行深度和宽度检测。检测人员易受现场环境的影响，导致划痕测量结果误差大、测量精度低，而且也存在检测人员劳动强度大、工作效率低。在车轴的表面划痕检测中，划痕深度和宽度信息显得特别重要，车轴上主要是需要装配列车零部件，比如轮盘，变速箱，刹车盘等部件，划痕深度过大时，注入的润滑油就会在列车运行过程中发生泄漏，容易造成高速列车使用寿命的下降。

随着光学技术及电子计算机技术的发展，非接触式的轴类零件划痕检测装置和方法也在不断改进。在工业上应用于划痕测量的基于CCD成像原理的镜头检测方法，其测量精度受限于相机精度，而且无法检测出划痕的深度特征，也存在划痕测量精度不足的缺点。

发明内容

鉴于现有技术中对车轴的表面存在难以检测出划痕深度和宽度信息的问题，本发明提出了一种用于检测车轴表面微小划痕的检测仪，包括：

设置于壳体内部的基座、滑块移动装置，偏心轮传动机构、光栅尺读数头移动装置和齿轮旋转机构；

所述齿轮旋转机构上安装所述基座；所述基座上安装所述滑块移动装置；

所述齿轮旋转机构、基座与滑块移动装置之间具有贯穿的通孔，所述通孔形成检测窗口；

在所述齿轮旋转机构的通孔内，设有内窥镜镜头；

所述滑块移动装置围绕通孔安装有探头夹持塑料块，所述探头夹持塑料块夹持传感器探头；所述传感器探头通过所述检测窗口，用于检测待测轴；

所述滑块移动装置一侧安装有偏心轮传动机构，用于驱动所述滑块移动装置移动；

所述光栅尺读数头移动装置安装在所述滑块移动装置的另一侧，且与所述偏心轮传动机构相邻，用于读取所述滑块移动装置的位移距离。

在一个实施例中，所述滑块移动装置包括：金属滑块，圆柱轴和直线滚珠轴承；

所述圆柱轴套设所述直线滚珠轴承，并穿过所述金属滑块安装在所述基座上；

所述金属滑块上具有检测通孔；所述金属滑块上方围绕所述通孔安装所述探头夹持塑料块；

所述偏心轮传动机构驱动所述金属滑块，在所述圆柱轴上轴向移动。

在一个实施例中，所述偏心轮传动机构包括：伺服电机、电机支撑座、偏心轮、滚动轴承和可移动基座；

所述电机支撑座安装在所述基座上，所述伺服电机安装在所述电机支撑座上；

所述滚动轴承套设在偏心轮上，并安装在所述可移动基座上；

所述可移动基座与所述探头夹持塑料块连接；

所述偏心轮与伺服电机轴平键连接。

在一个实施例中，所述基座与所述金属滑块之间安装有弹簧；

所述弹簧一端与所述基座连接，另一端与所述金属滑块相连。

在一个实施例中，所述光栅尺读数头移动装置，包括光栅尺读数头和光栅尺；

所述金属滑块的一侧安装所述光栅尺读数头；

与所述光栅尺读数头对应的所述基座位置上设有光栅尺槽，光栅尺槽内置光栅尺。

在一个实施例中，还包括：控制器；所述控制器与伺服电机、光栅尺连接，用于向所述伺服电机发送控制指令、获取光栅尺的位移参数以及计算划痕位置的深度和宽度。

在一个实施例中，所述壳体正表面设置有电子屏；

所述电子屏连接一个摄像头，所述摄像头斜插于所述齿轮旋转机构装置通孔内一侧；

所述电子屏与所述控制器连接。

在一个实施例中，所述传感器探头为光谱共焦传感器或激光传感器。

在一个实施例中，所述壳体外侧通过螺栓连接设置有手扶把手。

本发明实施例提供的上述技术方案的有益效果至少包括：

本发明实施例提供的一种用于检测车轴表面微小划痕的检测仪，使用内窥镜镜头粗定位划痕位置后将传感器探头对准划痕一侧，完成对划痕的粗定位。在完成粗定位后，采用偏心轮机构带动滑块移动装置跨过划痕位置，得到此过程的高度差，完成对划痕的深度信息的提取。宽度信息的获取依靠在此过程中起始和结束时的两个位移大幅下降点，得到该两点的距离为宽度信息。采用偏心轮传动机构、光栅尺读数头移动装置，可保证精确控制传感器探头的测量位置，提高重复定位精度。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明实施例提供检测仪壳体内部布局图；

图2本发明实施例提供的表面微小划痕检测仪的整体结构及检测示意图；

图3为本发明实施例提供的齿轮旋转机构的结构图；

图4为为本发明实施例提供的检测仪基座等装置轴测图；

附图中：1-基座，2-滑块移动装置，3-偏心轮传动机构，4-光栅尺读数头移动装置，5-齿轮旋转机构，21-金属滑块，22-圆柱轴，23-探头夹持塑料块，24-传感器探头，25-弹簧，26-扶持手把，27-手提把手，28-控制器，29-电子屏，31-伺服电机，32-电机支撑座，33-偏心轮，34-滚动轴承，35-可移动基座，41-光栅尺读数头，42-光栅尺，51-轴接触稳定器，52-齿轮锁紧机构，521-齿轮掰手；53-内窥镜镜头。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

参照图1-2所示，本发明实施例提供一种用于检测车轴表面微小划痕的检测仪，包括：

壳体内部的基座1，滑块移动装置2，偏心轮传动机构3，光栅尺读数头移动装置4和齿轮旋转机构5。

基座1上安装有滑块移动装置2，滑块移动装置2后侧安装光栅尺读数头移动装置4，滑块移动装置2上方的塑料块右侧安装有偏心轮传动机构3。当粗定位横向型划痕时，掰动齿轮旋转机构5可以使探头检测横向的划痕。

下面分别对上述部件进行详细描述。

如图3所示，齿轮旋转机构，包括：包括轴接触稳定器51，齿轮锁紧机构52。齿轮锁紧机构52上设有齿轮掰手521；当需要检测横向方向的划痕时，掰动齿轮掰手521，对轴接触稳定器51进行解锁，使其变为活动机构，掰至与划痕位置一致的方向，再次掰动齿轮掰手521，对轴接触稳定器51进行锁紧。轴接触稳定器51直接与待测轴表面接触。在支架中间可加工一通孔作为检测窗口，其中，齿轮锁紧机构52呈环状，中间为通孔；可供检测仪检测到横向位置的划痕深度，及对轴接触稳定器51进行锁紧。保证在检测过程中，该检测仪不会移动，实现精准测量。

其中内窥镜镜头53设置在齿轮锁紧机构52的通孔内。

如图4所示，上述滑块移动装置2包括：金属滑块21，圆柱轴22，直线滚珠轴承(未示出)组成，圆柱轴22套设直线滚珠轴承并穿过金属滑块21安装在基座1上，使金属滑块21支撑在平行圆柱轴22上。根据金属滑块21的大小及圆柱轴22的直径尺寸，可优选设置两条平行圆柱轴22。在金属滑块21上方可螺栓连接探头夹持塑料块23，来放置传感器探头24。两条平行圆柱轴22安装直线轴承，具有摩擦阻力小，能够保证高精度以及平稳的直线运动。

如图1和4所示，偏心轮传动机构3包括：伺服电机31，电机支撑座32，偏心轮33，滚动轴承34和可移动基座35。

伺服电机支撑座32与基座螺栓连接，可移动基座35与金属滑块21上方的探头夹持塑料块23螺栓连接，滚动轴承34套在偏心轮33上；伺服电机31轴与偏心轮33平键连接。

进一步地，如图4所示，光栅尺读数头移动装置4，包括光栅尺读数头41和光栅尺42；金属滑块21的一侧安装光栅尺读数头41；与光栅尺读数头41对应的基座1位置上设有光栅尺槽，光栅尺槽内置光栅尺42。

光栅尺读数头移动装置4与滑块上方的探头夹持塑料块23螺栓连接，与其对应的光栅尺42螺栓连接在基座1上，构成闭环控制系统，负责精确控制传感器探头24的测量位置，提高系统的重复定位精度；

该检测仪可以在齿轮旋转机构5的作用下做横向运动，检测纵向方向的划痕。当划痕方向为横向方向时，可掰动齿轮旋转机构5可以让检测仪做纵向运动，检测横向方向的划痕。

为了便于消除轴承在运动过程中产生的间隙，使运动质量得以保证，如图1所示，可优选的在基座1与金属滑块21之间安装有弹簧25；弹簧25一端与基座1连接，另一端与金属滑块21相连。

另外为了便于操作，如图1所示，在检测仪壳体外部设有扶持手把26和手提把手27，便于操作工人持稳设备。

进一步地，该检测仪还包括控制器28；控制器28与伺服电机31、光栅尺连接，用于向伺服电机31发送控制指令、获取光栅尺42的位移参数以及计算划痕位置的深度和宽度。

由控制器构成的控制系统，所述的控制系统具体采用PMAC运动控制卡控制伺服电机运动，并且与光栅尺位移反馈装置构成闭环控制系统，用于精确控制滑块的的运动。多功能控制器发出指令给PMAC控制卡，再由其发出信号给伺服驱动器，伺服驱动器控制伺服电机使滑块装置移动，移动距离由光栅尺测得并反馈给PMAC运动控制卡，再由控制卡计算出补偿量对移动平台的精确位置控制。保证系统的高重复定位精度。

进一步地，如图1所示，上述壳体正表面设置有电子屏29；电子屏29连接一个摄像头，摄像头斜插于齿轮旋转机构装置5通孔内一侧；电子屏29与控制器28连接。

另外，探头夹持塑料块23后侧连接光栅尺读数头移动装置4，其微贴于光栅尺42上，光栅尺42贴于基座后方的刚性金属壁上。

当滑块运动时，带动读数头在光栅尺上运动，读数头记录此时中的位移，并与伺服电机产生的位移相比较，计算出补偿量，再发送指令给控制器。保证精确控制光谱共焦传感器的测量位置，提高系统的重复定位精度。

具体的检测过程如下：

①内窥镜粗定位划痕位置，完成粗定位；

②将划痕检测仪移至划痕一侧，进行检测；

③滑块移动装置沿划痕划过，并回到初始位置，完成检测；

④数据处理系统处理数据，将此过程中的起始数据下降点和末端下降点定义为宽度信息，将此过程中存在位移最大值定义为深度信息，将结果输出打印。

具体实施例一

本实施例是表面微小划痕检测仪的实施例。基座下方加工出一椭圆形槽，作为检测窗口。齿轮旋转机构与基座下方通过螺栓连接，并在其一侧设置有内窥镜镜头，可以对划痕位置粗定位，便于检测仪定位到划痕位置。基座内部安装有滑块移动装置，并在滑块上表面加工有一椭圆形通孔，其上螺纹连接一通孔状塑料块。探头垂直放置于塑料块内，探头发出的激光可由通孔正对待测轴。滑块侧面内加工有一对平行通孔，其内设置有直线轴承，圆柱轴穿过直线轴承固定在基座两侧。滑块右侧安装有偏心轮传动机构，动力源为伺服电机。电机的电机主轴与偏心轮通过键连接。偏心轮与滚动轴承固定在滑块左侧的滑动平台上。伺服电机旋转时，偏心轮带动滚动轴承，对可移动滑动平台施加一推力。滑块后侧螺栓连接光栅读数头，基座后侧加工有光栅尺槽，用于放置光栅尺。壳体后方固定有多功能控制器，其上设置有编码器输出端口，可以与旋转电机和光栅尺连接，构成闭环控制系统，使其产生稳定的往复直线运动模式。

具体实施例二

当内窥镜镜头定位到横向位置的划痕时，掰动齿轮旋转扳手后，检测仪可以检测到横向位置的划痕深度。

上述传感器探头可以为光谱共焦传感器或激光传感器。

考虑到检测装置的性价比和精度要求，可选择光谱共焦镜头传感器对划痕深度和宽度进行测量。以非接触的方式在线快速完成检测，提高了划痕深度测量速度，也确保了检测数据的有效性，解决了当前人工检测所带来的效率和精度问题。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种用于检测车轴表面微小划痕的检测仪，其特征在于，包括：设置于壳体内部的基座、滑块移动装置，偏心轮传动机构、光栅尺读数头移动装置、齿轮旋转机构和控制器；

所述齿轮旋转机构上安装所述基座；所述基座上安装所述滑块移动装置；

所述齿轮旋转机构、基座与滑块移动装置之间具有贯穿的通孔，所述通孔形成检测窗口；

在所述齿轮旋转机构的通孔内，设有内窥镜镜头；

所述滑块移动装置围绕通孔安装有探头夹持塑料块，所述探头夹持塑料块夹持传感器探头；所述传感器探头通过所述检测窗口，用于检测待测轴；

所述滑块移动装置一侧安装有偏心轮传动机构，用于驱动所述滑块移动装置移动；

所述光栅尺读数头移动装置安装在所述滑块移动装置的另一侧，且与所述偏心轮传动机构相邻，用于读取所述滑块移动装置的位移距离；

所述偏心轮传动机构包括：伺服电机、电机支撑座、偏心轮、滚动轴承和可移动基座；

所述电机支撑座安装在所述基座上，所述伺服电机安装在所述电机支撑座上；

所述滚动轴承套设在偏心轮上，并安装在所述可移动基座上；

所述可移动基座与所述探头夹持塑料块连接；

所述偏心轮与伺服电机轴平键连接；

所述光栅尺读数头移动装置，包括光栅尺读数头和光栅尺；

所述控制器与伺服电机、光栅尺连接，用于向所述伺服电机发送控制指令、获取光栅尺的位移参数以及计算划痕位置的深度和宽度。

2.如权利要求1所述的一种用于检测车轴表面微小划痕的检测仪，其特征在于，所述滑块移动装置包括：金属滑块，圆柱轴和直线滚珠轴承；

所述圆柱轴套设所述直线滚珠轴承，并穿过所述金属滑块安装在所述基座上；

所述金属滑块上具有检测通孔；所述金属滑块上方围绕所述通孔安装所述探头夹持塑料块；

所述偏心轮传动机构驱动所述金属滑块，在所述圆柱轴上轴向移动。

3.如权利要求2所述的一种用于检测车轴表面微小划痕的检测仪，其特征在于，所述基座与所述金属滑块之间安装有弹簧；

所述弹簧一端与所述基座连接，另一端与所述金属滑块相连。

4.如权利要求2所述的一种用于检测车轴表面微小划痕的检测仪，其特征在于，所述金属滑块的一侧安装所述光栅尺读数头；

与所述光栅尺读数头对应的所述基座位置上设有光栅尺槽，光栅尺槽内置光栅尺。

5.如权利要求1所述的一种用于检测车轴表面微小划痕的检测仪，其特征在于，所述壳体正表面设置有电子屏；

所述电子屏连接一个摄像头，所述摄像头斜插于所述齿轮旋转机构装置通孔内一侧；

所述电子屏与所述控制器连接。

6.如权利要求1-5任一项所述的一种用于检测车轴表面微小划痕的检测仪，其特征在于，所述传感器探头为光谱共焦传感器或激光传感器。

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