CN110081835A

CN110081835A - 挖掘机液压锥柱塞轮廓加工误差测量装置及方法

Info

Publication number: CN110081835A
Application number: CN201910495222.8A
Authority: CN
Inventors: 胡佳成; 祝敏豪; 蔡晋辉
Original assignee: China Jiliang University
Current assignee: China Jiliang University
Priority date: 2019-06-10
Filing date: 2019-06-10
Publication date: 2019-08-02

Abstract

本发明公开了一种挖掘机液压锥柱塞轮廓加工误差测量装置及方法。本发明通过将锥柱塞零件固定在装置Y型锥柱塞安装固定模块上，通过线激光扫描传感器LS9030扫描得到锥柱塞零件的轮廓信息，对收集到的图像经过处理，计算出锥柱塞零件的轮廓参数，由此计算出锥柱塞轮廓加工误差。

Description

挖掘机液压锥柱塞轮廓加工误差测量装置及方法

技术领域

本发明涉及一种轮廓加工误差测量装置，尤其是涉及挖掘机液压锥柱塞轮廓加工误差测量装置。

背景技术

近年来，轮廓加工误差测量方面的研究工作在很多的科研院所进行，且挖掘机液压锥柱塞轮廓加工误差测量涉及了建筑、煤炭、水利、等行业。

目前，挖掘机液压锥柱塞轮廓加工误差测量的方法主要有机械法、光测法、影像法等。其中，机械法使用简单，携带方便，但是其灵敏度低，不适合高精度加工误差测量；光测法精度高，灵敏度高且为非接触检测，但是光测法结构复杂，测量方法繁琐，影像法适合用于加工误差测量，但是目前没有使用影像线扫法测量零件加工误差的方法。

发明内容

针对背景技术的不足，本发明的目的在于提供一种挖掘机液压锥柱塞轮廓加工误差测量装置及方法。

为了解决上述存在的技术问题，本发明采用下述技术方案：

本发明采用了一种机械结构，适用于挖掘机液压锥柱塞轮廓加工误差的测量。

本发明基于高精度气浮导轨传动模块以及线激光扫描传感器LS9030模块，其中高精度气浮导轨传动模块安装在测量桌的中间，其上方固定了一块平板，用以安装两个Y型锥柱塞安装机械固定模块，用于固定锥柱塞零件；Y型锥柱塞安装固定模块整体采用轻质铝合金，以减轻装置的质量，两个Y型锥柱塞安装固定模块顶部圆弧直径大小不同，是为了适应锥柱塞的头部与尾部大小，使锥柱塞与Y型锥柱塞安装固定模块紧密贴合，此外两个Y型锥柱塞安装固定模块的高度不同，可使锥柱塞安装时令锥柱塞的轴线与气浮导轨上表面保持水平；线激光扫描传感器LS9030模块的发射端和接收端分别位于气浮导轨的两侧，且底部均有两个铝合金块，通过铝合金块的增高使传感器位于合适的测量高度，以保证锥柱塞在空间上位于传感器的有效测量范围内。

所述的高精度气浮导轨传动模块，其端跳1μm，直线度0.2μm，选用改气浮导轨以较小测量时由气浮导轨运行产生的端跳而引起的误差。

所述的Y型锥柱塞安装机械固定模块采用铝合金壳，以减轻装置的重量。

本发明的有益效果：

1.本发明是一套比较完善的挖掘机液压锥柱塞轮廓加工误差测量装置，其线扫宽度30mm，能够测量挖掘机液压锥柱塞轮廓加工误差。

2.本发明通过线扫的方式测量零件的轮廓参数，非接触式的测量方式，避免测量接触零件带来的受力影响，且采用的LS-9030高精度线扫激光传感器具有高速采样，倾斜补正功能，保证了零件的高精度测量，传感器测量距离为0.08至30mm，锥柱塞横截面最大处为29mm，小于30mm，满足测量需求，此外，该传感器测量精度为2μm，满足8μm的需求。

3.本发明采用的气浮导轨直线度为0.2μm，端跳动<1μm，可以减少导轨运行产生的端跳带来的误差。

4.本发明通过两个Y型锥柱塞安装固定模块安装锥柱塞零件，两个Y型锥柱塞安装固定模块顶部圆弧直径大小不同，是为了适应锥柱塞的头部与尾部大小，使锥柱塞与Y型锥柱塞安装固定模块紧密贴合，此外两个Y型锥柱塞安装固定模块的高度不同，可使锥柱塞安装时令锥柱塞的轴线与气浮导轨上表面保持水平。

5.本发明线激光扫描传感器LS9030模块的发射端和接收端底部均有两个铝合金传感器固定模块，通过铝合金传感器固定模块的增高使传感器位于合适的测量高度，以保证锥柱塞在空间上位于传感器的有效测量范围内。

6.本发明通过气浮导轨的光栅尺与线激光扫描传感器LS9030模块的数据同步采集，实现线扫图像拼接得到的完整图像与气浮导轨的运动速度无关，避免气浮导轨运行速度的变化导致图像的拉伸/收缩而影响尺寸测量精度。

7.本发明用于安装测量器件的安装桌子具有较高的平面度，减少桌面平面不平整带来的误差，以提高仪器整体测量精度。

图1是本发明装置的三维示意图；

图中：1、传感器固定模块；2、测量桌；3、气浮导轨；4、计算机；5、线激光扫描传感器LS9030接收端；6、锥柱塞；7、线激光扫描传感器LS9030发射端。

图2是本发明锥柱塞零件安装示意图；

图中：8、Y型锥柱塞安装固定模块；9、固定平板；x轴、气浮导轨运行方向；z轴、线激光扫描传感器LS9030扫描方向；

图3是本发明装置运行流程图示意图；

图4是本发明锥柱塞图像处理算法流程示意图；

图5是本发明图像拼接结果示意图；

图6是本发明锥柱塞头部球形部分图像处理示意图；

图7是本发明锥柱塞尾部圆弧部分图像处理示意图；

图8是本发明锥柱塞尾部圆弧部分图像细节展示示意图

图中：f₁、锥柱塞头部球形结构圆函数；f₂、锥柱塞椎体母线函数；f₃、辅助线；f₄、锥柱塞尾部圆弧结构圆函数。

具体实施方式

如图1，图2所示，固定平板9安装在气浮导轨3上，固定平板上安装Y型锥柱塞安装固定模块8，锥柱塞6摆放在Y型锥柱塞安装固定模块8上，气浮导轨3两侧是两个传感器固定模块1，线激光扫描传感器LS9030发射端7与线激光扫描传感器LS9030接收端5分别安装在传感器固定模块1上方。

本发明中使用的线激光扫描传感器LS9030发射端7与线激光扫描传感器LS9030接收端5具有高速采样，倾斜补正功能，传感器测量距离为0.08至30mm，测量精度为2μm，保证了零件的高精度测量。气浮导轨3直线度为0.2μm，端跳动<1μm，运行时沿着X轴方向，可以减少导轨运行产生的端跳带来的误差。Y型锥柱塞安装固定模块8顶部圆弧直径大小不同，是为了适应锥柱塞的头部与尾部大小，使锥柱塞与Y型锥柱塞安装固定模块紧密贴合，此外，可以从图2看出两个Y型锥柱塞安装固定模块大小不同，其中X轴正半轴的Y型锥柱塞安装固定模块高度相较于X轴负半轴的Y型锥柱塞安装固定模块高度比较低，可使锥柱塞安装时令锥柱塞的轴线与气浮导轨上表面即X轴保持平行。传感器固定模块1材质为铝合金，通过其增加使传感器的高度，使其位于合适的测量高度，以保证锥柱塞在空间上位于传感器的有效测量范围内。测量桌2与固定平板9具有好精度的平面度，减少桌面平面与固定平板平面不平整带来的误差，以提高仪器整体测量精度。

本发明的工作过程如下：

固定平板9通过螺丝固定在气浮导轨3上，再将Y型锥柱塞安装固定模块8通过螺丝固定在固定平板上，锥柱塞6零件直接摆放在Y型锥柱塞安装固定模块8上，由两个Y型锥柱塞安装固定模块8将其固定，其中，锥柱塞的头部球形结构安装在更高高度的Y型锥柱塞安装固定模块8上；气浮导轨3初始化，运行到指定位置，即锥柱塞6位于传感器测量范围外，且测量时由锥柱塞头部球形结构开始测量；运行气浮导轨3，使零件缓慢通过线激光扫描传感器LS9030测量范围，由气浮导轨的光栅尺采集X轴坐标信息，同时由线激光扫描传感器LS9030同步采集图像信号，再将光栅尺和线扫传感器的信息发送至计算机4并进行图像与坐标信息的匹配，最后通过图像处理软件处理采集到的图像并显示测量到的轮廓加工误差信息。

本发明的图像处理过程如下：

1.球径测量过程：

1)图像处理时，先对软件参数初始化，令i＝1；

2)先判断当前编号i是否小于等于图像的总数量I，若小于等于I，表示仍有未处理的图像，取第i幅图像，判断该图像上是否扫描到零件，若没有零件，则无需对图像进行调整，只需取整体图像的中点置于X轴上，对图像进行拼接，若图像上有零件图像，则需要对零件的图像位置进行判断，若零件图像与整体图像的底边相连，表示该图像包括锥柱塞零件信息以及Y型锥柱塞安装固定模块信息，故无需对图像进行调整，只需取整体图像的中点置于X轴上，对图像进行拼接，若零件图像与整体图像的底边没有相连，则说明扫描到的图像中只有锥柱塞零件信息，需取零件图像的中点置于X轴上，对图像进行拼接，取下一幅图，重复上述步骤，完成所有图像拼接，并保存该图像，记图像1；

3)取图像左侧第一个点A(a,0)和图像与整体图像的底边相连的第一个点B(a+7.2,-15)，取X轴[a,a+7.2]范围(虚线矩形)部分的图像轮廓信息，对其中的圆弧部分数据通过插值法进行数据补齐，再对所得数据进行最小二乘法拟合，即得到虚线圆形部分的圆函数，该圆的圆心坐标为O₁(o₁,0)，圆的半径为r＝o₁-a。

2.轮廓加工误差测量过程：

1)取图像1，裁剪该图像，去除z轴负半轴的图像，在该图像上已知图像左侧第一个点A(a,0)，再取图像上的C(a+45,c)，D(a+103,d)两点，其中C点为锥柱塞椎体部分的母线起点，D点为锥柱塞尾部圆弧部分的终点,X轴[a+45,a+103]范围(虚线矩形)部分的图像轮廓信息；

2)取该图像中锥柱塞椎体部分母线终点E(a+96,e)，圆弧部分起点F(a+100.3,f)，对[a+45,a+96]范围内的数据进行最小二乘法直线拟合,记f₁，对[a+100.3,a+103]范围内的数据进行最小二乘法曲线拟合，记f₂；

3)计算一条辅助直线，使该直线与拟合直线f₁平行，且与相切拟合曲线f₂相切于G(g,g’)，记该辅助直线为f₃；

4)计算拟合直线f₁和辅助直线为f₃的间距Δh，即为轮廓加工误差信息。

Claims

1.挖掘机液压锥柱塞轮廓加工误差测量装置，其特征在于：机械固定模块，气浮导轨传动模块，线激光扫描传感器LS9030模块，图像处理模块。

2.根据权利要求1所述的机械固定模块，整体采用轻质铝合金，以减轻装置的质量，本发明装置将两个Y型锥柱塞安装固定模块通过螺丝固定在气浮导轨的滑块上表面，两个Y型锥柱塞安装固定模块顶部圆弧直径大小不同，是为了适应锥柱塞的头部与尾部大小，使锥柱塞与Y型锥柱塞安装固定模块紧密贴合，此外两个Y型锥柱塞安装固定模块的高度不同，可使锥柱塞安装时令锥柱塞的轴线与气浮导轨上表面保持水平；本发明装置线激光扫描传感器LS9030模块的发射端和接收端底部均有两个铝合金块，通过铝合金块的增高使传感器位于合适的测量高度，以保证锥柱塞在空间上位于传感器的有效测量范围内。

3.根据权利要求1所述的气浮导轨传动模块，本发明装置测量时，需要将零件固定在气浮导轨上，通过气浮导轨的一维直线运动使传感器扫描整个零件，气浮导轨运动时，气浮导轨的直线度以及气浮导轨运动时端面的跳动对测量具有很大的影响，需要严格控制气浮导轨的这些参数，所选气浮导轨直线度为0.2μm，端跳动<1μm。

4.根据权利要求1所述的线激光扫描传感器LS9030模块，本发明装置传感器的测量距离为0.08至30mm，锥柱塞横截面最大处为29mm，小于30mm，满足测量需求，此外，该传感器测量精度为2μm，满足8μm的需求，气浮导轨自带的光栅尺可以实现实时位置采集，线激光扫描传感器LS9030模块可同步采集图像数据，线扫图像拼接得到的完整图像与气浮导轨的运动速度无关，避免气浮导轨运行速度的变化导致图像的拉伸/收缩。

5.挖掘机液压锥柱塞轮廓加工误差测量装置检测方法，采用权利要求1所述的装置，其特征在于：将锥柱塞安装在Y型锥柱塞安装固定模块上，由气浮导轨带动零件水平(X轴)通过传感器有效采集区域，气浮导轨上的光栅尺采集X轴位移信息，线激光扫描传感器LS9030同步扫描零件获得线扫图像信息并作为Z轴坐标信息，完整的测量图像由一帧一帧的带X轴坐标的Z轴线扫图像信息拼接而成；拼接图像时，每帧线扫图像互相平行，其X轴相对坐标位置由光栅尺采集到的X轴方向位移信息确定(其中第一帧图像的所有像素处于坐标系Z轴上)，其Z轴坐标是将该帧有效图像区域像素的中点置于Z轴的零点(以减小气浮导轨在运行时产生的端跳带来的误差)后由其相对位置关系确定；此时可以得到锥柱塞轮廓在坐标系中的所有坐标，通过最小二乘法拟合，可以得到拟合后所需的锥柱塞轮廓曲线函数，根据曲线函数计算锥柱塞的轮廓加工误差，其中可由锥柱塞球部的圆函数得到球部球径，此外，可由计算得到锥柱塞锥面直线函数和该直线与圆弧相切的平行线之间的距离。