CN115453546B - 用于在线测量大型锻件的接触式测量装置及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于在线测量大型锻件的接触式测量装置及其测量方法，其包括测量组件、运动组件和支撑组件，激光测距仪和刻度尺分别与中框内部的第一安装端和第二安装端连接。滑动工作台通过滑轨和中框内部的第三安装端连接，伸缩杆和电机的安装端分别与滑动工作台的第一端和第二端连接，横向电机的输出轴和轮子的输入轴连接，纵向电机的输出轴和齿轮的输入轴连接，齿条的安装端和中框内部的第四安装端连接。测量方法包括：粗定位、调整两者形心位置、测量数据和获取大型锻件的直径。本发明提出伸缩杆与激光测距仪相结合的方法，避免传统激光测距过程中无法接收到反射回来的激光脉冲信号，导致测量数据不够准确，为大型锻件的生产提供尺寸数据。

Description

用于在线测量大型锻件的接触式测量装置及其测量方法

技术领域

本发明涉及大型高温锻件测量设备领域，特别涉及一种用于在线测量大型锻件的接触式测量装置及其测量方法。

背景技术

大型锻件是制造重大技术装备关键零部件不可缺少的毛坯，其生产周期长，技术难度大，价格昂贵。我国生产的大型锻件直径尺寸已超过5m，长度尺寸已达17m。传统激光测距过程中激光测距传感器容易受被测物体本身的发散红光影响，因此在千余度的高温下准确测量锻件尺寸已成为长期未能解决的难题。到目前为止，我国大锻件生产厂均采用简单工具在热态下由人工直接接触测量。中、小型轴类锻件通常由操作工在距锻件不足1m处用大型卡钳直接测量，不仅工作条件恶劣，而且测量误差很大。大直径尺寸用简单的“量杆”测量，在其上标出锻件图规定的尺寸，再用肉眼在高温下与锻件比较。这种方法无法保证“量杆”通过圆心，也无法反映锻件的圆度，很难为锻件的形状校正提供依据；由于温度太高，条件恶劣，测量误差很大，不得不加大加工余量，生产成本随之增加；而且在测量时锻件必须离线，测量时间长，锻件温降较大，对生产效率和锻件质量均有一定影响。因此，我国大型锻件尺寸测量已成为生产中迫切需要解决的重大技术问题，有效的解决大型锻件的准确在线测量对促进整个大中型锻件行业的技术进步具有重大意义。

国外锻造厂家在大尺寸热态测量方面虽较我国先进，但也存在很多问题。国外主要采用以下几种测量方法。一是用悬丝法测直径，即用两条绳索分别靠近锻件，同时记录悬绳位置坐标，以确定直径；或用两条激光束代替绳索，方法与悬丝法类似。该方法虽然简单，但无法反映形状偏差，且需在水压机外安装很大的装置。二是用可动的摄像头检测锻件端面的棱边，从而计算出直径；但均需将锻件完全离线，测量时间长。三是利用照相测量技术，可同时得到端面尺寸和形状信息，但需使工件完全脱离各种辅具，测量时间更长。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种用于在线测量大型锻件的接触式测量装置及其测量方法，通过在中框内部的安装端分别设有对称的横向测量组件和纵向测量组件以及对称的横向运动组件和纵向运动组件，横向滑动工作台在横向运动时由横向电机提供动力依靠轮子与中框之间的摩擦力进行运动；纵向滑动工作台在纵向运动时依靠由齿轮和齿条组成的齿轮齿条组件的啮合来进行运动，齿轮与纵向电机相连接并由纵向电机提供动力，齿条固定在中框的内侧边缘上，与齿轮相配合以保证纵向滑动工作台的运动，从而保证激光测距仪提供数据的准确性，并通过标尺数据的读取来确定大型锻件的具体尺寸，实现了双精度测量，确保了测量结果的准确性。

本发明提供了一种用于在线测量大型锻件的接触式测量装置，其包括测量组件、运动组件和支撑组件，所述测量组件和所述运动组件分别与所述支撑组件的第一安装端和第二安装端连接。所述测量组件，其包括激光扫描器、激光测距仪保护壳、激光测距仪和刻度尺，所述激光测距仪保护壳位于所述激光测距仪的外部，所述激光测距仪的安装端和所述刻度尺分别与中框内部的第一安装端和第二安装端连接，所述激光扫描器和活动横梁的安装端连接。所述运动组件，其包括滑动工作台、伸缩杆、电机保护壳、电机、齿轮、齿条和轮子，所述滑动工作台的安装端通过滑轨和所述中框内部的第三安装端连接，所述伸缩杆和所述电机的安装端分别与所述滑动工作台的第一端和第二端连接，所述电机保护壳位于所述电机的外部，横向电机的输出轴和所述轮子的输入轴连接，轮子在横向滑动工作台重力的作用下，不会出现打滑，方便控制，纵向电机的输出轴和所述齿轮的输入轴连接，所述齿条的安装端和所述中框内部的第四安装端连接，所述齿轮和所述齿条啮合，由所述齿轮和所述齿条组成的齿轮齿条组件提高纵向滑动工作台运动精度。所述支撑组件，其包括中框、液压支腿和轮脚，所述中框外部的第一安装端和第二安装端分别与所述液压支腿和所述轮脚连接。

可优选的是，纵向激光测距仪、横向激光测距仪、横向刻度尺、纵向刻度尺、横向伸缩杆和纵向伸缩杆的数量相等，均为两个；所述激光测距仪的轴线与对应伸缩杆的中轴线对齐。

可优选的是，所述激光测距仪保护壳的轴线和所述激光测距仪的中心在同一条直线上，所述电机保护壳的轴线和所述电机的轴线在同一条直线上。

可优选的是，所述液压支腿对称分布在所述中框外部第一安装端的两侧；所述轮脚对称分布在所述中框外部第二安装端的四个顶角。

可优选的是，所述轮子、横向滑动工作台、横向伸缩杆和横向电机组成横向运动组件，横向刻度尺和横向激光测距仪组成横向测量组件；所述齿轮、所述齿条、纵向滑动工作台、纵向伸缩杆和纵向电机组成纵向运动组件，纵向刻度尺和纵向激光测距仪组成纵向测量组件。

本发明的另外一方面，提供一种用于在线测量大型锻件的接触式测量方法，其包括以下步骤：

S1、粗定位：利用操作机将大型锻件的尾部进行夹持，并利用固定在压机活动横梁四周的激光扫描器对大型锻件进行粗定位，得到大型锻件的基本位置和尺寸；

S2、调整两者形心位置：在S1的基础上，通过轮脚调整测量装置的横向位置，通过液压支腿调整测量装置的纵向位置，保证大型锻件的形心和中框的形心重合；

S3、测量数据：分别启动横向电机和纵向电机，通过轮子和由齿轮和齿条组成的齿轮齿条组件分别带动滑动工作台沿着滑轨进行横向运动和纵向运动，直至伸缩杆的测量端与大型锻件的外边缘接触而停止；

S4、获取大型锻件的直径：在运动组件停止以后，取横向滑动工作台上横向刻度尺测量的数据L1和L2以及横向激光测距仪测量自身与横向伸缩杆中线的距离L3和L4，从而得到大型锻件的横向直径为D＝L-L1-L2＝L-L3-L4；取纵向滑动工作台上纵向刻度尺测量的数据L5和L6以及纵向激光测距仪测量自身与纵向伸缩杆中线的距离L7和L8，从而得到大型锻件的纵向直径为D＝L-L5-L6＝L-L7-L8，其中L为中框的内边长。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1.本发明在非接触式激光测量以及接触式测量的基础上，提出接触式伸缩杆与非接触式激光测量相结合的方法，有效避免了传统激光测距过程中激光测距传感器容易受被测物体本身的发散红光影响，无法接收到反射回来的激光脉冲信号，导致测量数据不够准确以及高温物体对传统人工接触式量杆测量过程中高温对人体的损害问题，并且使测量结果更加精确，为大型锻件的生产提供尺寸数据。

2.本发明在尺寸测量方面设置有两套测量系统，分别可以通过标尺数据的读取和激光测距仪提供的数据来确定大型锻件的具体尺寸，两种测量方式相互验证，实现了双精度测量，确保了测量结果的准确性。

3.本发明设置有轮脚和液压支腿，可以通过轮脚来调整装置的横向位置，液压支腿来调整装置的纵向位置，可以从最大程度上来适应不同尺寸锻件的测量需求。

附图说明

图1为本发明用于在线测量大型锻件的接触式测量装置的工作示意图；

图2为本发明用于在线测量大型锻件的接触式测量装置的部分结构示意图；

图3为本发明用于在线测量大型锻件的接触式测量装置中纵向滑动组件高温保护罩剖面示意图；

图4为本发明用于在线测量大型锻件的接触式测量装置中横向滑动组件高温保护罩剖面示意图；

图5为本发明用于在线测量大型锻件的接触式测量方法中锻件纵向尺寸测量示意图；

图6为本发明用于在线测量大型锻件的接触式测量方法中锻件横向尺寸测量示意图；

图7为本发明用于在线测量大型锻件的接触式测量方法的流程图。

主要附图标记：

中框1，横向滑动工作台2，激光扫描器3，大型锻件4，液压支腿5，横向伸缩杆6，电机保护壳7，激光测距仪保护壳8，轮脚9，齿轮10，横向刻度尺11，轮子12，齿条13，纵向刻度尺14，纵向滑动工作台15，纵向伸缩杆16，横向电机701，纵向电机702，纵向激光测距仪801，横向激光测距仪802。

具体实施方式

为详尽本发明之技术内容、结构特征、所达成目的及功效，以下将结合说明书附图进行详细说明。

用于在线测量大型锻件的接触式测量装置，如图1和图2所示，包括测量组件、运动组件和支撑组件，测量组件和运动组件分别与支撑组件的第一安装端和第二安装端连接。

测量组件，包括激光扫描器3、激光测距仪保护壳8、纵向激光测距仪801、横向激光测距仪802、横向刻度尺11和纵向刻度尺14，激光测距仪保护壳8位于激光测距仪的外部，防止大型锻件4的高温对激光测距仪的精度产生影响，激光测距的安装端和刻度尺分别与中框1内部的第一安装端和第二安装端连接，激光扫描器3和活动横梁的安装端连接。具体而言，横向刻度尺11和横向激光测距仪802组成横向测量组件；纵向刻度尺14和纵向激光测距仪801组成纵向测量组件；激光测距仪保护壳8的轴线和激光测距仪的中心在同一条直线上。

运动组件，其包括横向滑动工作台2、横向伸缩杆6、电机保护壳7、横向电机701、纵向电机702、齿轮10、齿条13、轮子12、纵向刻度尺14、纵向滑动工作台15和纵向伸缩杆16，如图4所示，横向滑动工作台2的安装端通过滑轨和中框1内部的第三安装端连接，横向伸缩杆6和横向电机701的安装端分别与横向滑动工作台2的第一端和第二端连接，电机保护壳7位于横向电机701的外部，横向电机701的输出轴和轮子12的输入轴连接，由于本装置是在高温环境下进行工作的，依靠轮子12与中框1之间的摩擦力进行横向运动，轮子12在横向滑动工作台2重力的作用下，不会出现打滑，采用轮子12这种运动形式结构较为简单，成本低，也便于后期维护，轮子12在纵向滑动工作台15进行纵向运动时会出现打滑现象，进而影响测量精度。

如图3所示，纵向滑动工作台15的安装端通过滑轨和中框1内部的第三安装端连接，纵向伸缩杆16和纵向电机702的安装端分别与纵向滑动工作台15的第一端和第二端连接，电机保护壳7位于纵向电机702的外部，纵向电机702的输出轴和齿轮10的输入轴连接，齿条13的安装端和中框1内部的第四安装端连接，齿轮10和齿条13啮合，由齿轮10和齿条13组成的齿轮齿条组件提高纵向滑动工作台15的运动精度。

具体而言，轮子12、横向滑动工作台2、横向伸缩杆6和横向电机701组成横向运动组件；齿轮10、齿条13、纵向滑动工作台15、纵向伸缩杆16和纵向电机702组成纵向运动组件；电机保护壳7的轴线和电机的轴线在同一条直线上；横向伸缩杆6和纵向伸缩杆16的最内层的杆采用耐高温的陶瓷材质，通过与大型锻件4的接触来确定大型锻件4的具体位置，纵向激光测距仪801、横向激光测距仪802分别通过测量纵向伸缩杆16和横向伸缩杆6到中框1内边缘的距离来确定大型锻件4的具体尺寸。

纵向激光测距仪801、横向激光测距仪802、横向刻度尺11、纵向刻度尺14、横向伸缩杆6和纵向伸缩杆16的数量相等，均为两个，激光测距仪的轴线与对应伸缩杆的中轴线对齐。

支撑组件，如图2所示，包括中框1、液压支腿5和轮脚9，液压支腿5在测量过程中为整个工作平台提供稳定性并调整工作平台的高度；中框1外部的第一安装端和第二安装端分别与液压支腿5和轮脚9连接。优选地，液压支腿5对称分布在中框1外部第一安装端的两侧；轮脚9对称分布在中框1外部第二安装端的四个顶角。

以下结合实施例对本发明一种用于在线测量大型锻件的接触式测量装置及其测量方法做进一步描述：

用于在线测量大型锻件的接触式测量方法，如图5、图6和图7所示，包括以下步骤：

S1、粗定位：大型锻件4完成锻造之后，利用操作机将大型锻件4的尾部进行夹持，稳定在压机的活动横梁与下横梁之间，并利用强磁吸附在液压机活动横梁四周的四个激光扫描器3对大型锻件4进行粗定位，得到大型锻件4的基本位置和尺寸，为之后进行精确测量提供操作依据。

S2、调整两者形心位置：在获得大型锻件4的基本位置与大体尺寸之后，通过轮脚9调整测量装置的横向位置，通过液压支腿5下降并与地面接触，调整测量装置的纵向位置，保证大型锻件4的形心和中框1的形心重合。

S3、测量数据：分别启动横向电机701和纵向电机702，通过轮子12与中框1之间的摩擦力进行运动，从而带动横向滑动工作台2沿着滑轨进行横向运动；通过由齿轮10和齿条13组成的齿轮齿条组件的啮合来进行运动，并由纵向电机702提供动力，从而带动纵向工作台15沿着滑轨进行纵向运动，具体运动距离由激光扫描仪3得到的测量数据驱动，直至横向伸缩杆6和纵向伸缩杆16的测量端与大型锻件4的外边缘接触而停止，激光测距仪3测量与伸缩杆中线之间的距离，同时由传感器读取刻度尺上的数据，计算机给出大型锻件4的尺寸数据。

S4、获取大型锻件的直径：在运动组件停止以后，取横向滑动工作台上横向刻度尺测量的数据L1和L2以及横向激光测距仪测量自身与横向伸缩杆中线的距离L3和L4，从而得到大型锻件的横向直径为D＝L-L1-L2＝L-L3-L4；取纵向滑动工作台上纵向刻度尺测量的数据L5和L6以及纵向激光测距仪测量自身与纵向伸缩杆中线的距离L7和L8，从而得到大型锻件的纵向直径为D＝L-L5-L6＝L-L7-L8，其中L为中框的内边长。

具体而言，本装置共设置有两套测量装置，一种是由传感器读取刻度尺上的数据，并由计算机给出最后的测量结果，另一种是通过设置在中框1上的激光测距仪测量与伸缩杆中线的距离，并由计算机给出最后测量结果，两次测量结果互相验证，实现双精度测量，保证大型锻件4尺寸数据的正确性。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种用于在线测量大型锻件的接触式测量装置，其包括测量组件、运动组件和支撑组件，所述测量组件和所述运动组件分别与所述支撑组件的第一安装端和第二安装端连接，其特征在于，

所述测量组件，其包括激光扫描器、激光测距仪保护壳、激光测距仪和刻度尺，所述激光测距仪保护壳位于所述激光测距仪的外部，所述激光测距仪的安装端和所述刻度尺分别与中框内部的第一安装端和第二安装端连接，所述激光扫描器和活动横梁的安装端连接；

所述运动组件，其包括滑动工作台、伸缩杆、电机保护壳、电机、齿轮、齿条和轮子，所述滑动工作台的安装端通过滑轨和所述中框内部的第三安装端连接，所述伸缩杆和所述电机的安装端分别与所述滑动工作台的第一端和第二端连接，所述电机保护壳位于所述电机的外部，横向电机的输出轴和所述轮子的输入轴连接，轮子在横向滑动工作台重力的作用下，不会出现打滑，方便控制，纵向电机的输出轴和所述齿轮的输入轴连接，所述齿条的安装端和所述中框内部的第四安装端连接，所述齿轮和所述齿条啮合，由所述齿轮和所述齿条组成的齿轮齿条组件提高纵向滑动工作台运动精度；

所述支撑组件，其包括中框、液压支腿和轮脚，所述中框外部的第一安装端和第二安装端分别与所述液压支腿和所述轮脚连接；

基于所述用于在线测量大型锻件的接触式测量装置的测量方法，包括以下步骤：

S1、粗定位：利用操作机将大型锻件的尾部进行夹持，并利用固定在压机活动横梁四周的激光扫描器对大型锻件进行粗定位，得到大型锻件的基本位置和尺寸；

S2、调整两者形心位置：在S1的基础上，通过轮脚调整测量装置的横向位置，通过液压支腿调整测量装置的纵向位置，保证大型锻件的形心和中框的形心重合；

S3、测量数据：分别启动横向电机和纵向电机，通过轮子和由齿轮和齿条组成的齿轮齿条组件分别带动滑动工作台沿着滑轨进行横向运动和纵向运动，直至伸缩杆的测量端与大型锻件的外边缘接触而停止，激光测距仪测量与伸缩杆中线之间的距离；

S4、获取大型锻件的直径：在运动组件停止以后，取横向滑动工作台上横向刻度尺测量的数据L1和L2以及横向激光测距仪测量自身与横向伸缩杆中线的距离L3和L4，从而得到大型锻件的横向直径为D=L-L1-L2=L-L3-L4；取纵向滑动工作台上纵向刻度尺测量的数据L5和L6以及纵向激光测距仪测量自身与纵向伸缩杆中线的距离L7和L8，从而得到大型锻件的纵向直径为D=L-L5-L6= L-L7-L8，其中L为中框的内边长。

2.根据权利要求1所述的用于在线测量大型锻件的接触式测量装置，其特征在于，纵向激光测距仪、横向激光测距仪、横向刻度尺、纵向刻度尺、横向伸缩杆和纵向伸缩杆的数量相等，均为两个；所述激光测距仪的轴线与对应伸缩杆的中轴线对齐。

3.根据权利要求1所述的用于在线测量大型锻件的接触式测量装置，其特征在于，所述激光测距仪保护壳的轴线和所述激光测距仪的中心在同一条直线上，所述电机保护壳的轴线和所述电机的轴线在同一条直线上。

4.根据权利要求1所述的用于在线测量大型锻件的接触式测量装置，其特征在于，所述液压支腿对称分布在所述中框外部第一安装端的两侧；所述轮脚对称分布在所述中框外部第二安装端的四个顶角。

5.根据权利要求1所述的用于在线测量大型锻件的接触式测量装置，其特征在于，所述轮子、横向滑动工作台、横向伸缩杆和横向电机组成横向运动组件，横向刻度尺和横向激光测距仪组成横向测量组件；所述齿轮、所述齿条、纵向滑动工作台、纵向伸缩杆和纵向电机组成纵向运动组件，纵向刻度尺和纵向激光测距仪组成纵向测量组件。