CN113418451B - 一种四轴激光定心测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种四轴激光定心测量装置及方法，用以解决现在技术中缺乏有效的四柱液压机定心测量装置和方法以及现有激光测量方法和装置测量精度低、操作复杂的技术问题。本发明可放置在四柱液压机的工作台面上用于四柱液压机的四柱的定心，包括第一激光定位机构、第二激光定位机构和数据处理机构，第一激光定位机构与第二激光定位机构相连接并位于同一平面，第一激光定位机构与第二激光定位机构均与四柱相匹配，数据处理机构分别与第一激光定位机构和第二激光定位机构相连接。本发明整个装置结构简单、利用三角测距的方法测量精度高且操作简单，测量定心效率高，提升加工工件的精度。

Description

一种四轴激光定心测量装置及方法

技术领域

本发明涉及机械检测的技术领域，尤其涉及一种四轴激光定心测量装置及方法。

背景技术

液压机是利用帕斯卡原理通过流体传压的一种机械装备。通常采用三梁四柱主体结构，常用于金属、塑料、橡胶、木材、粉末等材料的模压成型、锻压成形、冲压、板压、压装、打包、矫正等加工工序，是一种高压、高效、低碳、绿色制造设备，广泛应用于国民经济的各个领域。

四柱液压机工作时，工件相对四柱之精准对中（定心）是近净成形技术的关键指标。可长期以来一直未见相关测量工具、方法及技术报道；并且，在GBT9166-2009四柱液压机精度国家标准中，也未见相关说明。而在四柱液压机制造、使用过程中，时常遇到部件、工件是否对中等定心问题。例如，在四柱液压机安装中，零部件对中精度主要是通过制造工艺及技术水平来保证，压机相关零部件是否对中、对中精度如何、无法准确知道；又如，在压机使用过程中，工件对中主要通过目测、直尺测量，测量偏差大，不能用于高精度定心；依据定位块、定位销，则难以准确了解工件相对四柱液压机的对中精度。如果压机零部件定心不佳，或工件定心精度不好，不仅会降低压机本身精度、工件加工精度；而且，时常偏载压制还会降低压机服役周期，存在一定的安全隐患。

激光测距是近年来发现起来的一项比较成熟的光波测距技术。其原理是由激光仪发射出激光经目标物的反射后又被激光仪接收，激光仪同时记录激光往返时间，再计算出观测点到目标物的距离。但是，由于该方法为单向测量，无法直接测出两圆柱之间距离。随着激光测量技术的进一步发展，出现了许多双向激光测量技术如中国实用新型专利“授权公告号CN2667505Y；授权公告日2004.12.29”、中国发明专利“公开号CN105510923A；公开日2016.04.20”、中国实用新型专利“授权公告号CN207037089U；授权公告日2018.02.23”、中国实用新型专利“授权公告号CN211029251U；授权公告日2020.07.17”和中国实用新型专利“授权公告号CN213147797U；授权公告日2021.05.07”，可直接用于两物之间距测量。但是，对于四柱液压机的精确定心问题，双向测距仍存在着明显的不足，往往需两次甚至多次测量，直观性差。另外，以上常用激光测距，均是基于激光飞行时间的测量技术，多用于长距离测量，精度低，不适于200-1000mm的柱间距的测量。综上，现有激光测量方法和装置均不适于四柱液压机之定心测量，因此，为了进一步提高四柱液压机的工作精度和工件质量，施工人员急需一种精度高、易操作的四柱液压机定心测量装置。

发明内容

针对现在技术中缺乏有效的四柱液压机定心测量装置和方法以及现有激光测量方法和装置测量精度低、操作复杂的技术问题，本发明提出一种四轴激光定心测量装置及方法，通过设置在同一平面上的四向激光定位机构，采用激光三角测距的原理，测量出四柱液压机的四柱到激光测量基点的距离来对四柱进行定心，可高精、直观、快速地实现四柱之精准定心，测量效率高，保证四柱液压机在使用过程中的精准度，提高施工质量。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种四轴激光定心测量装置，可放置在四柱液压机的工作台面上用于四柱液压机的四柱和工件的定心，包括第一激光定位机构、第二激光定位机构和数据处理机构，第一激光定位机构与第二激光定位机构相连接并位于同一平面，第二激光定位机构放置在工作台面上，第一激光定位机构与第二激光定位机构均与四柱相匹配，数据处理机构分别与第一激光定位机构和第二激光定位机构相连接。

进一步的，第一激光定位机构包括第一测量组件和第一旋转组件，第二激光定位机构包括第二测量组件和第二旋转组件，第一测量组件安装在第一旋转组件的两端，第二测量组件安装在第二旋转组件的两端，第一旋转组件与第二旋转组件同轴活动连接，第二旋转组件放置在工作台面上，第一测量组件与第二测量组件均与四柱相匹配。

进一步的，第一旋转组件为第一旋转盒，第二旋转组件包括第二旋转盒，第一旋转盒位于第二旋转盒内，第一旋转盒和第二旋转盒同轴连接，第二旋转盒放置在工作台面上，第一测量组件安装在第一旋转盒的两端，第二测量组件安装在第二旋转盒的两端，第一测量组件伸出第二旋转盒，第一测量组件和第二测量组件位于同一平面。

进一步的，第一测量组件包括第一激光位移传感器和第二位移传感器，第一激光位移传感器固定在第一旋转盒的一端，第二位移传感器固定在第一旋转盒的另一端，第一激光位移传感器和第二位移传感器位于同一直线上，第一激光位移传感器和第二位移传感器均伸出第二旋转盒，第一激光位移传感器和第二位移传感器分别与四柱的两个对角圆柱相匹配。

进一步的，第二测量组件包括第三激光位移传感器和第四位移传感器，第三激光位移传感器固定在第一旋转盒的一端，第四位移传感器固定在第二旋转盒的另一端，第三激光位移传感器和第四位移传感器位于同一直线上，第三激光位移传感器和第四位移传感器分别与四柱的另两个对角圆柱相匹配。

进一步的，数据处理机构包括数据处理终端，数据处理终端通过输电线分别与第一旋转盒和第二旋转盒上的激光位移传感器相连接。

一种四轴激光定心测量方法，包括以下步骤：

S1、清理四柱液压机的工作台面，保持工作台面处于水平和清洁的状态，确保工作台面与四柱液压机的四柱保持垂直；

S2、将四轴激光定心测量装置放置在工作台面上，并进行组装、连接和调试；

S3、四轴激光定心测量装置位于工作台面的中心，调整第一旋转盒和第二旋转盒，使得四个激光位移传感器分别指向四柱的四个圆柱的最近点；

S4、微调四轴激光定心测量装置的位置，使得数据处理终端显示的四个激光位移传感器的偏差最小；

S5、获取四轴激光定心测量装置的中心所处的位置即为工作台面的中心位置，完成定心。

进一步的，步骤S3中调整第一旋转盒和第二旋转盒的具体包括以下步骤：

S301、旋转第二旋转盒，使得第三激光位移传感器和第四位移传感器指向相匹配的四柱的两个对角圆柱的最近点；

S302、保持第二旋转盒静止，旋转第一旋转盒，使得第一激光位移传感器和第二位移传感器指向相匹配的四柱的另两个对角圆柱的最近点。

进一步的，第一旋转盒和第二旋转盒相对旋转的角度范围为60~120度。

本发明的有益效果：

1. 本发明通过设置同一平面上的四向激光定位机构，使用激光三角测距的原理，测量四柱液压机的四柱到激光定位机构的距离来对四柱和工件进行定心，可高精、直观、快速地实现四柱之精准定心，测量效率高，保证四柱液压机在使用过程中的精准度，提高施工质量。

2.本发明的四轴激光定心测量装置通过两个旋转盒之间的配合，使用于不同规格的四柱液压机的定心测量，同时也可以用于判断工件相对四柱之偏差。采用激光位移传感器，测量精度高，分辨率最高可达0.1μm；因四激光位移传感器同时显示、对比，测量方便、工作效率高。

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为本发明的结构示意图。

图2为本发明的第一种工作状态图。

图3为本发明的第二种工作状态图。

图4为本发明的工作流程图。

图中，1-工作台面，2-四柱，3-第一旋转盒，4-第二旋转盒，5-第一激光位移传感器，6-第二激光位移传感器，7-第三激光位移传感器，8-第四激光位移传感器，9-数据处理终端，10-信号线，11-工件。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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付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。

一种四轴激光定心测量装置，如图1和图2所示，可放置在四柱液压机的工作台面1上用于四柱液压机的四柱2和工件11的定心，包括第一激光定位机构、第二激光定位机构和数据处理机构，第一激光定位机构与第二激光定位机构相连接并位于同一平面，第二激光定位机构放置在工作台面1上，第一激光定位机构与第二激光定位机构均与四柱2相匹配，数据处理机构分别与第一激光定位机构和第二激光定位机构相连接。第二激光定位机构放置在工作台面1上且与四柱2其中对角的两个圆柱位于同一直线，第二激光定位机构可测量第二激光定位机构分别到四柱2其中对角的两个圆柱的距离；第一激光定位机构位于第二激光定位机构内并与第二激光定位机构相连接，第一激光定位机构与四柱2其中对角的另两个圆柱位于同一直线且第一激光定位机构可测量第一激光定位机构分别到四柱2其中对角的另两个圆柱的距离，这样，在第二激光定位机构放置在工作台面1上后，第一激光定位机构和第二激光定位机构在同一平面同时测量分别到四柱2的四个圆柱上的距离，传输到数据处理机构进行处理，以供进行四柱2的定心工作，整个装置结构简单，操作方便，使用激光三角测距的原理进行短距离测距，测量精度高，进而保证四柱2定心的精准度，保证四柱液压机加工的工件11的质量。

进一步的，如图1和图2所示，第一激光定位机构包括第一测量组件和第一旋转组件，第二激光定位机构包括第二测量组件和第二旋转组件，第一测量组件安装在第一旋转组件的两端，第二测量组件安装在第二旋转组件的两端，第一旋转组件与第二旋转组件同轴活动连接，第二旋转组件放置在工作台面1上，第一测量组件与第二测量组件均与四柱2相匹配。第二旋转组件放置在工作台面1上，第一旋转组件放置在第二旋转组件内，根据四柱2的四个圆柱的位置，旋转第一旋转组件和第二旋转组件，使得第一测量组件和第二测量组件分别与四柱2的四个圆柱相匹配，这样，在第一测量组件和第二测量组件位于同一平面的基础上方便通过旋转两个旋转组件使得两个测量组件分别与四柱2上的四个圆柱相匹配，保证激光三角测距的精度，进而保证四柱2的定心的精准度，保证四柱液压机加工的工件11的质量。

具体的说，如图1所示，第一旋转组件为第一旋转盒3，第二旋转组件包括第二旋转盒4，第一旋转盒3位于第二旋转盒4内，第一旋转盒3和第二旋转盒4同轴连接，第二旋转盒4放置在工作台面1上，第一测量组件安装在第一旋转盒3的两端，第二测量组件安装在第二旋转盒4的两端，第一测量组件伸出第二旋转盒4，第一测量组件和第二测量组件位于同一平面。

值得说明的是，在本实施例中，为了方便对第一测量组件和第二测量组件的方向调整，适用于不同型号的四柱液压机的定心工作，第一旋转盒3和第二旋转盒4的形状均设置为圆柱形，第二旋转盒4套在第一旋转盒3上，第一测量组件通过第二旋转盒4上的条形孔伸出第二旋转盒4，第一旋转盒3和第二旋转盒4相对转动。在本发明的其他实施例中，还可以使用其他结构作为第一旋转组件和第二旋转组件，只要达到本发明的目的即可。

进一步的，如图1所示，第一测量组件包括第一激光位移传感器5和第二位移传感器6，第一激光位移传感器5固定在第一旋转盒3的一端，第二位移传感器6固定在第一旋转盒3的另一端，第一激光位移传感器5和第二位移传感器6位于同一直线上，第一激光位移传感器5和第二位移传感器6均伸出第二旋转盒4，第一激光位移传感器5和第二位移传感器6分别与四柱2的两个对角圆柱相匹配。相对应的，第二测量组件包括第三激光位移传感器7和第四激光位移传感器8，第三激光位移传感器7和第四激光位移传感器8分别与四柱2的另两个对角圆柱相匹配。两个旋转盒相对旋转，四个激光位移传感器根据四柱2的四个圆柱的位置调整方向，四个激光位移传感器发出的光束与四柱2相垂直，四个激光位移传感器的光束的反向延长线交于一点，激光位移传感器和旋转盒共同组成四轴、二组、一点和多向的测量体系，对四柱液压机进行定心，精度高、数据获取快且操作方便，工作效率和质量较高。

值得说明的是，在本实施例中，本发明使用激光位移传感器和旋转盒组成精准定心测量体系，在本发明的其他实施例中，还可以使用其他结构代替激光位移传感器和旋转盒组成四轴、二组、一点和多向的测量体系，只要满足四轴即四个测量器同面且四个测量基点在一同心圆上；二组即四个测量器分二组，两个测量器对称固连、测量轴同轴且反向设置；一点即四个测量器的反向延长线同心和放射式向外测量；多向即四个测量器可旋转，测量角度可调。如使用可伸缩杆代替激光位移传感器，只要满足本发明的上述要求即可。

值得说明的是，在本实施例中，激光位移传感器的型号为LK-G50，四个激光位移传感器的型号和规格均相同。在本发明的其他实施例中，还可以根据四柱液压机的四柱2的间距大小和测量精度进行选择激光位移传感器的型号，只要达到本发明的目的即可。

进一步的，如图1所示，数据处理机构包括数据处理终端9，数据处理终端9通过信号线10分别与第一旋转盒3和第二旋转盒4上的激光位移传感器相连接。数据处理终端9通过信号线10获取激光位移传感器的数据并进行处理，从而使得工作人员根据数据调整旋转盒的位置，保证数据处理终端9显示的四个激光位移传感器的偏差最小，进而完成四柱2的定心工作。

值得说明的是，在本实施例中，四轴激光定心测量装置除了用于四柱液压机的四柱2定心外，还可以用于判断工件11相对四柱2之偏差，如图3所示，使得第二旋转盒4与工件11同心，保证工件11在加工时位于四柱液压机的四柱2的中心处，防止工件加工时由于放置偏差导致加工质量差，进一步提高工件的加工精度。

根据上述的四轴激光定心测量装置，本发明还提供了一种四轴激光定心测量方法，如图4所示，包括以下步骤：

S1、清理四柱液压机的工作台面1，保持工作台面1处于水平和清洁的状态，确保工作台面1与四柱液压机的四柱2保持垂直。具体的说，这样设置，保证工作台面1和工作台面1上的物体与四柱2保持垂直，为下一步测量定心做准备。

S2、将四轴激光定心测量装置放置在工作台面1上，并进行组装、连接和调试。具体的说，将第二旋转盒4放置在工作台面1上，第一旋转盒3放置在第二旋转盒4内，数据处理终端9通过信号线10与两个旋转盒上的激光位移传感器相连接。

S3、四轴激光定心测量装置位于工作台面1的中心，调整第一旋转盒3和第二旋转盒4，使得四个激光位移传感器分别指向四柱2的四个圆柱的最近点。首先进行检查，重点检查四个激光位移传感器发射的光束是否同面、同心、同径和同轴，若不正确，即进行调整；其次，第二旋转盒4位于工作台面1的中心处，调整两个旋转盒的方位及角度，使四个激光位移传感器的光束分别指向四柱2。具体的说，包括以下步骤：S301、旋转第二旋转盒4，使得第三激光位移传感器7和第四位移传感器8指向相匹配的四柱2的两个对角圆柱的最近点；S302、保持第二旋转盒4静止，旋转第一旋转盒3，使得第一激光位移传感器5和第二位移传感器6指向相匹配的四柱2的另两个对角圆柱的最近点。

S4、微调四轴激光定心测量装置的位置，使得数据处理终端11显示的四个激光位移传感器的偏差最小。具体的说，数据处理终端11获取的是四个激光位移传感器分别距离四柱2的四个柱的距离，此时，四个激光位移传感器两两保持在一条直线上，当四个距离数据之间的偏差越小时，四个光束的反向延长线的交点越靠近四柱2的中心，在理想状态下，四柱2不存在偏差，此时，四个距离数据之间的偏差为零。

S5、获取四轴激光定心测量装置的中心所处的位置即为工作台面1的中心位置，完成定心。具体的说，微调两个旋转盒后，四个距离数据之间的偏差达到最小值，此时，四个激光位移传感器的光束的反向延长线的交点即为四柱2的中心点，进行定心划线，即完成定心。

值得说明的是，通过使用第二旋转盒4上的条形孔，第一旋转盒3上的两个激光位移传感器可相对于第二旋转盒4旋转，进而使得第一旋转盒3上的两个激光位移传感器组成的直线与第二旋转盒4上的两个激光位移传感器组成的直线组成的夹角在60度和120度之间调整，保证四个激光位移传感器适用于不同规格四柱液压机的测量定心。在本发明的其他实施例中，还可以使用其他结构代替条形孔方便调整激光位移传感器之间的角度，只要达到本发明的目的即可。

值得说明的是，在本实施例中，对旋转盒的微调为人工进行微调，在本发明的其他实施例中，还可以使用机器自动化微调的方式进行，只要达到本发明的目的即可。

值得说明的是，利用本发明，可用于四柱液压机工作台面的定心划线；也可用于判断工件11相对四柱2之偏差。采用激光位移传感器测量，分辨率最高可达0.1μm，测量精度高，相较于未经过定心的四柱液压机，本发明加工后的工件11满足加工精度的合格率提升了十倍以上，而且四个传感器同时显示和对比，测量方便且工作效率高。

值得说明的是，在本发明的其他实施例中，还可以将本发明用于其他类型的四柱压机上，只要满足本发明的要求即可。

值得说明的是，本发明的附图1至附图3仅为了表示各个组件之间的连接关系和位置关系，不代表各个组件的之间的大小比例关系。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种四轴激光定心测量装置，可放置在四柱液压机的工作台面（1）上用于四柱液压机的四柱（2）和工件（11）的定心，其特征在于，包括第一激光定位机构、第二激光定位机构数据处理机构，所述第一激光定位机构与第二激光定位机构相连接并位于同一平面，第二激光定位机构放置在工作台面（1）上，第一激光定位机构与第二激光定位机构均与四柱（2）相匹配，所述数据处理机构分别与第一激光定位机构和第二激光定位机构相连接；

所述第一激光定位机构包括第一测量组件和第一旋转组件，所述第二激光定位机构包括第二测量组件和第二旋转组件，所述第一测量组件安装在第一旋转组件的两端，所述第二测量组件安装在第二旋转组件的两端，第一旋转组件与第二旋转组件同轴活动连接，第二旋转组件放置在工作台面（1）上，第一测量组件与第二测量组件均与四柱（2）相匹配；

所述第一测量组件包括第一激光位移传感器（5）和第二位移传感器（6），所述第二测量组件包括第三激光位移传感器（7）和第四位移传感器（8）；

通过设置同一平面上的四向激光定位机构，使用激光三角测距的原理，测量四柱液压机的四柱到激光定位机构的距离来对四柱和工件进行定心。

2.根据权利要求1所述的四轴激光定心测量装置，其特征在于，所述第一旋转组件为第一旋转盒（3），所述第二旋转组件包括第二旋转盒（4），所述第一旋转盒（3）位于第二旋转盒（4）内，第一旋转盒（3）和第二旋转盒（4）同轴连接，第二旋转盒（4）放置在工作台面（1）上，所述第一测量组件安装在第一旋转盒（3）的两端，所述第二测量组件安装在第二旋转盒（4）的两端，第一测量组件伸出第二旋转盒（4），第一测量组件和第二测量组件位于同一平面。

3.根据权利要求2所述的四轴激光定心测量装置，其特征在于，所述第一激光位移传感器（5）固定在第一旋转盒（3）的一端，所述第二位移传感器（6）固定在第一旋转盒（3）的另一端，第一激光位移传感器（5）和第二位移传感器（6）位于同一直线上，第一激光位移传感器（5）和第二位移传感器（6）均伸出第二旋转盒（4），第一激光位移传感器（5）和第二位移传感器（6）分别与四柱（2）的两个对角圆柱相匹配。

4.根据权利要求2所述的四轴激光定心测量装置，其特征在于，所述第三激光位移传感器（7）固定在第一旋转盒（4）的一端，所述第四位移传感器（8）固定在第二旋转盒（4）的另一端，第三激光位移传感器（7）和第四位移传感器（8）位于同一直线上，第三激光位移传感器（7）和第四位移传感器（8）均与四柱（2）的另两个对角圆柱相匹配。

5.根据权利要求3或4所述的四轴激光定心测量装置，其特征在于，所述数据处理机构包括数据处理终端（9），所述数据处理终端（9）通过信号线（10）分别与第一旋转盒（3）和第二旋转盒（4）上的激光位移传感器相连接。

6.根据权利要求1-5任一项所述的四轴激光定心测量装置的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、清理四柱液压机的工作台面（1），保持工作台面（1）处于水平和清洁的状态，确保工作台面（1）与四柱液压机的四柱（2）保持垂直；

S2、将四轴激光定心测量装置放置在工作台面（1）上，并进行组装、连接和调试；

S3、四轴激光定心测量装置位于工作台面（1）的中心，调整第一旋转盒（3）和第二旋转盒（4），使得四个激光位移传感器分别指向四柱（2）的四个圆柱的最近点；

S4、微调四轴激光定心测量装置的位置，使得数据处理终端（9）显示的四个激光位移传感器的偏差最小；

S5、获取四轴激光定心测量装置的中心所处的位置即为工作台面（1）的中心位置，完成定心。

7.根据权利要求6所述的测量方法，其特征在于，所述步骤S3中调整第一旋转盒（3）和第二旋转盒（4）的具体包括以下步骤：

S301、旋转第二旋转盒（4），使得第三激光位移传感器（7）和第四位移传感器（8）指向相匹配的四柱（2）的两个对角圆柱的最近点；

S302、保持第二旋转盒（4）静止，旋转第一旋转盒（3），使得第一激光位移传感器（5）和第二位移传感器（6）指向相匹配的四柱（2）的另两个对角圆柱的最近点。

8.根据权利要求7所述的测量方法，其特征在于，所述第一旋转盒（3）和第二旋转盒（4）相对旋转的角度范围为60~120度。

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