CN201221938Y - 大型圆柱工件非接触智能离线检测仪器 - Google Patents

大型圆柱工件非接触智能离线检测仪器 Download PDF

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本实用新型大型圆柱工件非接触智能离线检测仪器,用于检测大型高精度圆柱工件直径和形位误差。其特征在于,包括激光位移传感器、激光位移传感器的控制器、纵向精密导轨、横向精密导轨、计算机、步进电机、步进电机控制器,纵向、横向精密导轨上分别装有高精度丝杠和光栅尺,纵向、横向精密导轨构成高精度十字定位系统,激光位移传感器安装在十字定位系统上,用高精度步进电机驱动十字定位系统。激光位移传感器与控制器相连,控制器通过USB接口与计算机通信;用计算机并口连接控制两台步进电机,两个串口分别读取纵向、横向光栅尺数据,一台计算机实现多路控制,一套软件实现同步控制多台设备、数据采集和数据处理等,计算机实时进行数据处理并显示测量结果。

Description

大型圆柱工件非接触智能离线检测仪器
[0001] 一、技术领域
[0002] 本实用新型涉及一种大型高精度圆柱工件智能检测仪器,用于检测大型高精度圆柱工件的直径和形位误差,属检测仪器结构技术领域。
[0003] 二、背景技术
[0004] 在圆柱形工件加工制造行业中,直径超过500mm的工件被称为大型工件,检测对象直径在500-3000mm之间,甚至更大的,称为超大型工件。
[0005] 随着我国钢铁、造船、航天、发电等重大装备制造业的发展,对大型工件的精度要求也越来越高,对检测技术的创新需求越来越强烈。通过调查研究发现,我国大型轧辊磨床配套的在线检测仪器都采用进口设备,检测方式都是接触式,目前国内还没有发现大型圆柱工件非接触智能离线自动检测仪器。同时由于进口配套的在线检测设备价格昂贵,导致有的重工企业仍然使用弓字尺加千分表测外径、直杆加千分表测内径等传统检测手段。用户在使用过程中需要定期检测工件状况,如:磨损到什么程度需要维修加工,磨损到什么程度需要报废,检测采购新工件是否合格等,都需要离线检测。因此,大型圆柱工件生产厂家和用户迫切需要大型圆柱工件非接触离线检测仪器。
[0006] 三、实用新型内容
[0007] 本实用新型的目的在于提供一种用于检测大型高精度圆柱工件外部尺度和形位误差的离线检测仪器,本仪器检测精度高、使用方便、能够智能化、自动测量大型圆柱工件外部尺度和形位误差。
[0008] 本实用新型采用的技术解决方案如下:
[0009] 本实用是一种用于检测大型和超大型圆柱工件的非接触智能离线检测仪器,特殊之处在于,包括激光位移传感器1、激光位移传感器的控制器2、纵向精密导轨3、横向精密导轨8、计算机6、步进电机4、步进电机控制器5,纵向精密导轨3、横向精密导轨8上分别装有高精度丝杠和光栅尺7,纵向精密导轨3和横向精密导轨8构成高精度十字定位系统,将激光位移传感器1安装在十字定位系统上,用高精度步进电机4驱动十字定位系统。十字定位系统选用高精度滚珠丝杠和导轨,重复定位误差小于0.003mm,激光位移传感器1通过抗干扰防护电缆与激光位移传感器的控制器2相连,激光位移传感器的控制器2通过USB接口与计算机6通信,用计算机6的并口连接控制两台步进电机4,两个串口分别读取纵向光栅尺和横向光栅尺的数据,USB接口通过激光位移传感器的控制器2连接控制激光位移传感器1,用一台计算机集成多路控制,用一套软件实现同步控制多台设备、数据采集和数据处理等多项功能,计算机实时进行数据处理并显示测量结果。
[0010] 本实用新型一大型圆柱工件非接触智能离线检测仪器,具有以下优点:
[0011] 第一,采用了精密定位装置,更好的避免了测量过程中激光位移传感器在移动时因震动产生的误差。激光位移传感器的测量值可直接作为被扫描截面上各测量点的y′方向坐标值,避免了三角函数计算误差和系统标定误差,明显提高了测量精度。
[0012] 第二,本实用新型的智能和自动化程度较高,用一台计算机能同步实现多路控制、数据采集和数据处理等多项工作;用高精度激光位移传感器采集数据;用多级误差分离等智能算法进行误差分离,具有创新性智能化的计算模型有效的提高了仪器检测精度。
[0013] 第三,用自己开发的智能算法修正了由于测量扫描截面与工件母线不垂直引起的误差;增加了使用方便性和实用性,测量时只需将仪器靠近工件表面,使其在激光位移传感器有效测量范围内,不需要精细校正,即可实现智能化的自动测量。
[0014] 四、附图说明
[0015] 图1:大型圆柱工件非接触离线检测仪器示意图。
[0016] 图2:测量原理图。
[0017] 图3:实际测量示意图。
[0018] 1、激光位移传感器,2、激光位移传感器的控制器,3、纵向精密导轨,4、步进电机,5、步进电机控制器,6、计算机,7、精密丝杠和光栅尺,8、横向精密导轨,9、大型圆柱工件扫描截面,10、大型圆柱工件。
[0019] 五、具体实施方式
[0020] 以下参照附图,给出本实用新型的具体实施方式,用来对本实用新型的构成进行进一步说明。
[0021] 在对非接触检测技术研究的基础上,围绕离线检测技术进行研究,根据企业实际测量精度要求的不同设计方案。
[0022] 本实施例参考图1、2,大型圆柱工件非接触智能离线检测仪器,由激光位移传感器1、激光位移传感器的控制器2、纵向精密导轨3、横向精密导轨8、计算机6、步进电机4、步进电机控制器5组成,纵向精密导轨3、横向精密导轨8上分别设有精密丝杠与光栅尺7,纵向精密导轨3、横向精密导轨8构成十字定位系统,用高精度步进电机4驱动精密导轨丝杠系统,将激光位移传感器1安装在十字定位系统上。激光位移传感器1通过抗干扰防护电缆与激光位移传感器的控制器2相连,激光位移传感器的控制器2通过USB接口与计算机6通信;用计算机6的并口连接控制两台步进电机4,两个串口分别读取纵向光栅尺和横向光栅尺的数据,USB接口通过激光位移传感器的控制器2连接控制激光位移传感器1,用一台计算机集成多路控制,用一套软件实现同步控制多台设备、数据采集和数据处理等多项功能,计算机实时进行数据处理并显示测量结果。
[0023] 测量方法:
[0024] 本实施例参考图3,移动测量装置接近被测工件表面,直到进入激光位移传感器1有效测量范围时停止,检测人员根据实际情况在计算机6上设定初始参数,如:工件型号,测量区间,数据采样密度等。开始测量后,计算机6通过并口向步进电机控制器5发出脉冲信号,控制步进电机4的旋转速度和启停位置,通过串口读取光栅尺7数据获得激光位移传感器1的精确位置信息,通过USB接口同步向控制器2发送控制信息和实时读取激光位移传感其测量数据。激光位移传感器1在高精度步进电机4的驱动下扫描工件表面,激光位移传感器1在扫描的同时能实时地读取工件表面到激光位移传感器的距离。软件系统可以控制步进电机4和激光位移传感器1,实时记录测量数据和传感器扫描的截面9的高度位置,同时进行数据处理,保存原始数据,并显示测量结果。
[0025] 测量原理:
[0026] 如图2所示,激光点的扫描范围为ab。以测量仪器立轴导轨中心O′为坐标原点建立测量坐标系O′X′Y′,步进电机4驱动激光位移传感器1沿精密轨道LL′扫描圆柱工件表面ab,采集数据,被测圆柱工件表面上各个测量点形成一条空间曲线。ab上各点坐标为(xi,yi),xi由光栅尺读数,yi为激光读数。
[0027] 本实用新型:第一,采用了精密定位装置,很好的避免了测量过程中激光位移传感器的震动。第二,激光位移传感器的测量值可直接作为被扫描截面9上各测量点的y′方向坐标值,避免了三角函数计算误差和系统标定误差,明显地提高了测量精度。
[0028] 仪器在测量过程中扫描截面与工件母线不垂直会产生测量误差,在数据处理时需要用算法进行数据修正,才能正确地计算圆半径。为此设计了一个智能算法,能够自动计算出仪器纵向导轨与工件母线的平行度。用智能算法进行修正使纵向导轨与圆柱工件母线平行,然后使用分段最小二乘法计算出圆柱工件的直径。
[0029] 大型圆柱工件非接触智能检测仪器自动化程度较高,用一台计算机能同步实现多路控制、数据采集和数据处理等多项工作;用高精度激光位移传感器采集数据;用多级误差分离算法进行误差分离,提高了检测精度;用算法修正了由于测量扫描截面与工件不垂直引起的误差,增加了使用方便性。测量时只需将仪器靠近工件表面,使工件表面到达激光位移传感器有效检测范围内,就可以进行检测,测量时不需要精细校正,即可实现智能化自动测量。

Claims (2)

1、大型圆柱工件非接触智能离线检测仪器,其特征在于,包括激光位移传感器(1)、激光位移传感器的控制器(2)、纵向精密导轨(3)、横向精密导轨(8)、计算机(6)、步进电机(4)、步进到机控制器(5),纵向精密导轨(3)、横向精密导轨(8)上分别装有精密丝杠与光栅尺(7),纵向精密导轨(3)、横向精密导轨(8)构成十字定位系统,用高精度步进电机(4)驱动精密十字定位系统,将激光位移传感器(1)安装在十字定位系统上,激光位移传感器(1)通过抗干扰防护电缆与激光位移传感器的控制器(2)相连,激光位移传感器控制器(2)通过USB接口与计算机(6)通信;用计算机(6)的并口连接控制两台步进电机(4),两个串口分别读取纵向光栅尺和横向光栅尺(7)的数据,USB接口连接激光位移传感器控制器(2)。
2、按照权利要求1所述的大型圆柱工件非接触智能离线检测仪器,其特征在于,仪器的测量精度达到0.005mm。
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