專利名稱：管形零件內(nèi)輪廓自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域的設(shè)備，具體地說，是涉及一種管形零件內(nèi)輪 廓自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
管形零件是機(jī)械制造業(yè)的常見零件，其加厚段的內(nèi)輪廓尺寸對(duì)管形零件內(nèi)流 體的流動(dòng)狀態(tài)影響很大。目前加厚段的加工工藝普遍采用熱擠壓成型方法，分為 內(nèi)加厚和外加厚兩個(gè)部分，因而內(nèi)輪廓的具體尺寸參數(shù)存在不確定性和隨意性。 由于管形零件加厚段的內(nèi)輪廓屬于三維內(nèi)尺寸，內(nèi)徑尺寸為不完全規(guī)則變化，測(cè) 量難度較大，精度不易保證，在線測(cè)量困難，因此缺少有效和實(shí)用的測(cè)量手段。
經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，目前國(guó)內(nèi)只有寶鋼集團(tuán)鋼管廠推出一種鉆桿 內(nèi)加厚軌跡測(cè)繪儀(中國(guó)專利號(hào)02215180. X)，該測(cè)繪儀包括探頭、探桿、連 桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、記錄裝置等部分，探頭(為接觸式)固定于探桿的一端，該探桿的 另一端與連桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)固定聯(lián)接，所述記錄裝置(常用百分表等)亦與該連桿傳 動(dòng)機(jī)構(gòu)相連。檢測(cè)時(shí)，人工手持該測(cè)繪儀，使得探頭與鉆桿內(nèi)外表面相接觸，沿 鉆桿軸向方向拉動(dòng)測(cè)繪儀，則記錄裝置可以反映鉆桿的內(nèi)外輪廓參數(shù)變化。但是， 這種方法存在嚴(yán)重的問題 一是該測(cè)繪儀實(shí)際上是檢測(cè)鉆桿的壁厚，因此外加厚 輪廓尺寸將影響內(nèi)加厚輪廓尺寸的測(cè)量結(jié)果；二是手持拖動(dòng)測(cè)繪儀，用目測(cè)方法 尋找輪廓變化的拐點(diǎn)位置，精度無(wú)法保障；三是鉆桿粗糙表面對(duì)接觸式測(cè)頭產(chǎn)生 嚴(yán)重的磨損，個(gè)別表面質(zhì)量缺欠(例如毛刺、氧化皮、鐵屑、灰塵等)的存在將 會(huì)影響測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。
除了上述機(jī)械方法之外，還有漏磁方法、渦流方法、7射線方法、電磁方法 和超聲方法等。這些方法和裝置大多數(shù)用于缺陷檢測(cè)與定位，屬于無(wú)損檢測(cè)范疇。 對(duì)管形零件內(nèi)部進(jìn)行尺寸檢測(cè)的系統(tǒng)或者裝置，可以為光電式、接觸式、氣動(dòng)式 幾種，主要用于管形零件直徑測(cè)量，均不能測(cè)量?jī)?nèi)輪廓的三維尺寸參數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提出一種管形零件內(nèi)輪廓自動(dòng) 檢測(cè)系統(tǒng)，采用結(jié)構(gòu)光技術(shù)和計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)，實(shí)現(xiàn)三維內(nèi)輪廓自動(dòng)檢測(cè)，滿足 管形零件實(shí)際生產(chǎn)需求。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括測(cè)量臂、驅(qū)動(dòng)箱、控制柜和 定位機(jī)構(gòu)。被測(cè)零件固定于定位機(jī)構(gòu)之上，驅(qū)動(dòng)箱位于零件一側(cè)并靠近端部，控 制柜位于驅(qū)動(dòng)箱附近，通過電纜與驅(qū)動(dòng)箱相連。驅(qū)動(dòng)箱內(nèi)部安裝有可以往復(fù)運(yùn)動(dòng) 的測(cè)量臂，測(cè)量臂與被測(cè)零件等高而且軸線重合。在控制柜的控制下，測(cè)量臂可 以進(jìn)入零件內(nèi)部進(jìn)行探測(cè)，但是與被測(cè)零件不接觸。被測(cè)管形零件通過生產(chǎn)傳輸 線送入定位機(jī)構(gòu)上，并被夾具固定后，生產(chǎn)線向控制柜發(fā)出準(zhǔn)備好信號(hào)，控制柜 隨后向驅(qū)動(dòng)箱發(fā)出控制指令，驅(qū)動(dòng)箱帶動(dòng)測(cè)量臂快速向前移動(dòng)并進(jìn)入被測(cè)管形零 件的內(nèi)部，連續(xù)對(duì)內(nèi)輪廓進(jìn)行采樣和測(cè)量，測(cè)量結(jié)束后，驅(qū)動(dòng)箱帶動(dòng)測(cè)量臂快速 回退至原先位置，經(jīng)過控制柜數(shù)據(jù)處理，檢測(cè)結(jié)果將在控制柜的顯示器上顯示， 同時(shí)存儲(chǔ)在內(nèi)部存儲(chǔ)器內(nèi)，上述工作結(jié)束后，控制柜向生產(chǎn)線發(fā)出完成信號(hào)，檢 測(cè)工作結(jié)束。
所述測(cè)量臂是系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，包括光源、光學(xué)鏡組、工業(yè)攝像機(jī)、測(cè)量窗 等組成，光源發(fā)出一組環(huán)形光束，投射到一個(gè)鍍膜的光學(xué)鏡組，經(jīng)過光學(xué)鏡組反 射后，透過測(cè)量窗，在被測(cè)管形零件內(nèi)表面沿圓周方向形成一組環(huán)形分布的多個(gè) 光斑，每個(gè)光斑代表管形零件內(nèi)輪廓上某個(gè)點(diǎn)。這些光斑通過專用鏡頭成像后， 通過攝像機(jī)獲取該光斑圖像，通過傳輸電纜送入后面的控制柜中，通過計(jì)算機(jī)進(jìn) 行圖像處理和數(shù)據(jù)處理，可以獲得這些光斑所在點(diǎn)的空間坐標(biāo)。當(dāng)測(cè)量臂沿著管 形零件軸線移動(dòng)時(shí)，每個(gè)光斑可以掃描出管形零件內(nèi)表面的一條母線輪廓，因此 測(cè)量系統(tǒng)可以獲得多個(gè)母線輪廓的離散點(diǎn)坐標(biāo)，通過對(duì)這些三維點(diǎn)進(jìn)行重構(gòu)，從 而獲得準(zhǔn)確的管形零件三維內(nèi)輪廓尺寸參數(shù)。
所述光源由若干個(gè)獨(dú)立的半導(dǎo)體激光器組成，這些激光器沿鏡筒的軸向均勻 分布。因此由這些激光器發(fā)出的是一組平行的環(huán)形光束，在空間形成一個(gè)圓柱形 區(qū)域。為了保證測(cè)量精度，數(shù)量至少為4束。光學(xué)鏡組是多面錐棱鏡，表面鍍膜， 棱鏡的反射面數(shù)量與激光器的數(shù)量相同，反射面與軸線呈一定角度。由激光器發(fā) 射的一組光束首先投射到光學(xué)鏡組右側(cè)反射面上，經(jīng)過反射后，激光束透過保護(hù)
鏡片(即測(cè)量窗)，在被測(cè)管形零件內(nèi)表面沿圓周方向形成一組環(huán)形分布的多個(gè) 光斑。這些光斑成像在攝像機(jī)的CCD上，滿足測(cè)量要求。
所述驅(qū)動(dòng)箱中設(shè)置有若干接近傳感器，可以通過檢測(cè)直線導(dǎo)軌和基座之間的 相互位置來(lái)檢測(cè)測(cè)量臂和管形零件之間的相互位置，避免產(chǎn)生碰撞，提高測(cè)量系 統(tǒng)的安全性和可靠性。
所述驅(qū)動(dòng)箱包括電機(jī)、滾動(dòng)絲杠、直線導(dǎo)軌、基座、調(diào)整機(jī)構(gòu)，電機(jī)與滾動(dòng) 絲杠等高并直接相連，傳遞力矩和轉(zhuǎn)動(dòng)速度，直線導(dǎo)軌安置在滾動(dòng)絲杠的兩側(cè)， 平衡布局，直線導(dǎo)軌、滾動(dòng)絲杠和電機(jī)都安裝在調(diào)整機(jī)構(gòu)上，并最終安裝在基座 上面，在控制柜的控制下，電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)經(jīng)過滾動(dòng)絲杠后轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，并帶動(dòng) 測(cè)量臂沿滾動(dòng)導(dǎo)軌快速移動(dòng)，對(duì)管形零件內(nèi)輪廓進(jìn)行測(cè)量。
所述驅(qū)動(dòng)箱同時(shí)可以通過調(diào)整機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)測(cè)量臂垂直位置的調(diào)整，以適應(yīng)不同 規(guī)格的管形零件的測(cè)量要求。
所述控制柜是由工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和可編程控制器(PLC)組成的主從式測(cè)控系 統(tǒng)，由工控機(jī)向PLC發(fā)出控制命令和系統(tǒng)參數(shù)，同時(shí)負(fù)責(zé)光斑圖像的采集和處理， 而測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量過程全部是在PLC的控制下完成，包括測(cè)量臂的驅(qū)動(dòng)與定位、 激光器的開關(guān)、測(cè)量臂的防撞監(jiān)測(cè)等，系統(tǒng)工作可靠、穩(wěn)定。
所述控制柜具有聲光報(bào)警與提示功能，當(dāng)測(cè)量結(jié)果不合格，或者測(cè)量系統(tǒng)出 現(xiàn)異常情況而停止時(shí)，控制柜將通過指示燈和喇叭進(jìn)行生保報(bào)警與提示，系統(tǒng)工 作更加安全、可靠。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的優(yōu)勢(shì)與效果第一，本發(fā)明采用結(jié)構(gòu)光和計(jì)
算機(jī)視覺技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了管形零件內(nèi)輪廓三維尺寸參數(shù)的非接觸自動(dòng)檢測(cè)，解決了
傳統(tǒng)機(jī)械方法精度低、易磨損、可靠性差的弊病，壽命長(zhǎng)，穩(wěn)定性好；第二，采 用多個(gè)獨(dú)立激光光源在被測(cè)表面形成環(huán)形分布的激光光斑，有效克服被測(cè)零件表 面粗糙的問題。第三，采用多條母線獨(dú)立檢測(cè)方式，不僅可以測(cè)量管形零件直徑， 還可以實(shí)現(xiàn)任意形狀零件三維內(nèi)輪廓測(cè)量；第四，測(cè)量過程全自動(dòng)化，具有快速、 穩(wěn)定的特點(diǎn)，符合生產(chǎn)線的節(jié)拍要求，大大提高檢測(cè)效率和智能化水平。


圖l為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明的測(cè)量臂結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是測(cè)量臂的光源結(jié)構(gòu)示意圖。 圖4是測(cè)量臂的光學(xué)鏡組原理示意圖。 圖5為本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)箱結(jié)構(gòu)示意圖。 圖6為本發(fā)明原理框圖。
上述圖中l(wèi)一測(cè)量臂，2 —驅(qū)動(dòng)箱，3 —控制柜，4一管形零件，5 —定位機(jī) 構(gòu)，6_光源，7—光學(xué)鏡組，8—測(cè)量窗，9一攝像機(jī)，IO —外殼，ll一電纜，12 一鏡筒，13—激光器，14一直線導(dǎo)軌，15—滾動(dòng)絲杠，16_電機(jī)，17—基座，18 一接近傳感器，19一調(diào)整機(jī)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案 為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù) 范圍不限于下述的實(shí)施例。
如圖1所示，本實(shí)施例由測(cè)量臂l、驅(qū)動(dòng)箱2、控制柜3、電纜ll和定位機(jī) 構(gòu)5等部分組成。被測(cè)零件4固定于定位機(jī)構(gòu)5之上，驅(qū)動(dòng)箱2位于被測(cè)零件4 一側(cè)并靠近端部，控制柜3位于驅(qū)動(dòng)箱2附近，通過電纜11與驅(qū)動(dòng)箱2相連。 驅(qū)動(dòng)箱2內(nèi)部安裝有可以往復(fù)運(yùn)動(dòng)的測(cè)量臂1，測(cè)量臂1與被測(cè)零件4等高而且 軸線重合。
被測(cè)管形零件4通過生產(chǎn)傳輸線送入定位機(jī)構(gòu)5上，并被夾具固定穩(wěn)妥后， 生產(chǎn)線向控制柜3發(fā)出準(zhǔn)備好信號(hào)Ready,控制柜3隨后向驅(qū)動(dòng)箱2發(fā)出控制指 令，驅(qū)動(dòng)箱2帶動(dòng)測(cè)量臂1快速向前移動(dòng)并進(jìn)入被測(cè)管形零件4的內(nèi)部，連續(xù)對(duì) 內(nèi)輪廓進(jìn)行采樣和測(cè)量。測(cè)量結(jié)束后，驅(qū)動(dòng)箱2帶動(dòng)測(cè)量臂1快速回退至原先位 置，經(jīng)過控制柜3數(shù)據(jù)處理，檢測(cè)結(jié)果將在控制柜3的顯示器上顯示，同時(shí)存儲(chǔ) 在內(nèi)部存儲(chǔ)器內(nèi)。上述工作結(jié)束后，控制柜3向生產(chǎn)線發(fā)出完成信號(hào)ok，檢測(cè) 工作結(jié)束。
如圖2所示，測(cè)量臂l由光源6、光學(xué)鏡組7、測(cè)量窗8、工業(yè)攝像機(jī)9、接 近傳感器18等組成。由光源6發(fā)出一組平行的環(huán)形光束投射到光學(xué)鏡組7上， 經(jīng)過光學(xué)鏡組7反射后，透過測(cè)量窗8，在被測(cè)管形零件4內(nèi)表面沿圓周方向形 成一組環(huán)形分布的多個(gè)光斑，每個(gè)光斑代表管形零件4內(nèi)輪廓上某個(gè)點(diǎn)。這些光 斑通過光學(xué)鏡組7成像折射后在管形零件4內(nèi)壁上成像，通過工業(yè)攝像機(jī)9采樣，
獲取該光斑圖像，通過傳輸電纜11送入后面的控制柜3中，通過圖像處理和數(shù) 據(jù)處理，可以獲得這些光斑所在點(diǎn)的空間坐標(biāo)。當(dāng)測(cè)量臂1沿著管形零件4軸線 移動(dòng)時(shí)，每個(gè)光斑可以掃描出管形零件內(nèi)表面的一條母線輪廓，因此測(cè)量系統(tǒng)可 以獲得多個(gè)母線輪廓的離散點(diǎn)坐標(biāo)，通過對(duì)這些三維云點(diǎn)進(jìn)行重構(gòu)，從而獲得準(zhǔn) 確的管形零件三維內(nèi)輪廓尺寸參數(shù)。
測(cè)量臂1的外殼10設(shè)有光學(xué)玻璃制成的測(cè)量窗8，既可以滿足測(cè)量要求， 又可以起到防塵和保護(hù)的雙重作用。
測(cè)量臂1前端設(shè)置有若干接近傳感器18，可以檢測(cè)出測(cè)量臂1和被測(cè)零件4 端口之間的距離和相互位置，從而可以避免產(chǎn)生碰撞，提高測(cè)量系統(tǒng)的安全性和 可靠性。
如圖3所示，光源6是由一個(gè)鏡筒12和若干個(gè)獨(dú)立的半導(dǎo)體激光器13組成。 這些激光器13沿鏡筒12的軸向呈環(huán)形分布。因此由這些激光器13發(fā)出的是一 組平行光束，在空間形成一個(gè)圓柱形區(qū)域。為了保證測(cè)量精度，數(shù)量至少為4束， 可以是4束、8束、16束、32束、64束等， 一般為4的倍數(shù)。
如圖4所示，光學(xué)鏡組7是多面錐棱鏡，表面鍍膜，棱鏡的反射面數(shù)量與激 光器13的數(shù)量相同，反射面與軸線呈一定角度，該角度大小應(yīng)該保障反射光束 能夠照射到被測(cè)零件4內(nèi)壁表面，而且形成的激光光斑能夠被攝像機(jī)9捕獲和成 像。另一方面，該角度還要保障反射光照射到測(cè)量窗8表面后形成的反射光斑不 會(huì)被攝像機(jī)9成像。由激光器13發(fā)射的一組光束首先投射到光學(xué)鏡組7右側(cè)反 射面上，經(jīng)過反射后，激光束透過測(cè)量窗8，在被測(cè)管形零件4內(nèi)表面沿圓周方 向形成一組環(huán)形分布的多個(gè)光斑。這些光斑成像到攝像機(jī)9的CCD上，滿足測(cè)量 要求。
如圖5所示，驅(qū)動(dòng)箱2由直線導(dǎo)軌14、滾動(dòng)絲杠15、電機(jī)16、基座17、調(diào) 整機(jī)構(gòu)19等部分組成。電機(jī)16與滾動(dòng)絲杠15等高并直接相連，傳遞力矩和轉(zhuǎn) 動(dòng)速度。直線導(dǎo)軌14安置在滾動(dòng)絲杠15的兩側(cè)，平衡布局。直線導(dǎo)軌14、滾 動(dòng)絲杠15和電機(jī)16都安裝在調(diào)整機(jī)構(gòu)19上，并最終安裝在基座17上面，從 而保證相互穩(wěn)定可靠的位置關(guān)系。在控制柜3的控制下，電機(jī)16的轉(zhuǎn)動(dòng)經(jīng)過滾 動(dòng)絲杠15后轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，并帶動(dòng)測(cè)量臂1沿直線導(dǎo)軌14快速移動(dòng)，對(duì)管形 零件4內(nèi)輪廓進(jìn)行測(cè)量；驅(qū)動(dòng)箱2同時(shí)可以通過調(diào)整機(jī)構(gòu)19實(shí)現(xiàn)測(cè)量臂1垂直
位置的調(diào)整，以適應(yīng)不同規(guī)格的管形零件4的測(cè)量要求。
如圖6所示，控制柜3是由計(jì)算機(jī)和可編程邏輯控制器(PLC)組成的主從 式測(cè)控系統(tǒng)，具體可以包括工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、圖像采集卡、可編程邏輯控制器 PLC、信號(hào)調(diào)理電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、激光控制器、鍵盤和鼠標(biāo)等。PLC是控制核 心，是下位機(jī)，測(cè)量系統(tǒng)的全部測(cè)量過程是在PLC的控制下完成的，包括通過電 機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)測(cè)量臂l的前進(jìn)、后退與定位；通過激光控制器控 制激光器13的開關(guān)，產(chǎn)生激光光斑，并對(duì)激光亮度進(jìn)行調(diào)節(jié)等等。工業(yè)控制計(jì) 算機(jī)是控制柜3的數(shù)據(jù)處理中樞，是上位機(jī)，用鍵盤和鼠標(biāo)操作，由工業(yè)控制計(jì) 算機(jī)向PLC傳送系統(tǒng)工作參數(shù)、處理來(lái)自圖像卡的圖像數(shù)據(jù)、對(duì)測(cè)量臂1實(shí)施防 撞監(jiān)測(cè)、對(duì)系統(tǒng)工作狀態(tài)和檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行顯示等。信號(hào)調(diào)理電路的作用，是對(duì)各 種電機(jī)速度、測(cè)量臂位置、現(xiàn)場(chǎng)溫度等信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理(包括濾波、放大等)， 然后送入工業(yè)控制計(jì)算機(jī)中，供處理分析。圖像采集卡負(fù)責(zé)光斑圖像的采集，并 送入工業(yè)控制計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。
控制柜3具有聲光報(bào)警與提示功能，當(dāng)測(cè)量結(jié)果不合格，或者測(cè)量系統(tǒng)出現(xiàn) 異常情況而停止時(shí)，控制柜3將通過指示燈和計(jì)算機(jī)內(nèi)部喇叭進(jìn)行生保報(bào)警與提 示，系統(tǒng)工作更加安全、可靠。
本實(shí)施例采用結(jié)構(gòu)光和計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了管形零件內(nèi)輪廓三維尺寸參 數(shù)的非接觸自動(dòng)檢測(cè)，采用獨(dú)立激光器形成環(huán)形分布的激光束在被測(cè)表面形成環(huán) 形分布的激光光斑，解決了傳統(tǒng)方法精度低、易磨損、可靠性差的弊病，壽命長(zhǎng)， 而且全自動(dòng)化，符合生產(chǎn)線的節(jié)拍要求，大大提高檢測(cè)效率和智能化水平。本實(shí) 施例可適用于各種管類零件的非接觸尺寸參數(shù)測(cè)量，既可以測(cè)量金屬管件，也可 以測(cè)量非金屬管件。
權(quán)利要求
1、一種管形零件內(nèi)輪廓自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，包括測(cè)量臂、驅(qū)動(dòng)箱、控制柜、定位機(jī)構(gòu)，其中被測(cè)零件固定于定位機(jī)構(gòu)之上，驅(qū)動(dòng)箱位于被測(cè)零件一側(cè)并靠近端部，控制柜位于驅(qū)動(dòng)箱附近，通過電纜與驅(qū)動(dòng)箱相連，驅(qū)動(dòng)箱內(nèi)部設(shè)有能往復(fù)運(yùn)動(dòng)的測(cè)量臂，測(cè)量臂與被測(cè)零件等高且軸線重合，被測(cè)管形零件通過生產(chǎn)傳輸線送入定位機(jī)構(gòu)上，并被夾具固定后，生產(chǎn)線向控制柜發(fā)出準(zhǔn)備好信號(hào)，控制柜隨后向驅(qū)動(dòng)箱發(fā)出控制指令，驅(qū)動(dòng)箱帶動(dòng)測(cè)量臂快速向前移動(dòng)并進(jìn)入被測(cè)管形零件的內(nèi)部，連續(xù)對(duì)內(nèi)輪廓進(jìn)行采樣和測(cè)量，測(cè)量結(jié)束后，驅(qū)動(dòng)箱帶動(dòng)測(cè)量臂快速回退至原先位置，經(jīng)過控制柜數(shù)據(jù)處理，檢測(cè)結(jié)果將在控制柜的顯示器上顯示，同時(shí)存儲(chǔ)在內(nèi)部存儲(chǔ)器內(nèi)，上述工作結(jié)束后，控制柜向生產(chǎn)線發(fā)出完成信號(hào)，檢測(cè)工作結(jié)束。
2、 如權(quán)利要求l所述的管形零件內(nèi)輪廓自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，其特征是，所述的 測(cè)量臂包括光源、光學(xué)鏡組、測(cè)量窗、工業(yè)攝像機(jī)，由光源發(fā)出的一組環(huán)形光束 投射到光學(xué)鏡組上，經(jīng)過反射后透過測(cè)量窗照射到被測(cè)管形零件的內(nèi)表面，從而 在管形零件的內(nèi)表面上形成若干個(gè)沿圓周方向環(huán)形分布的激光光斑，每個(gè)光斑代 表管形零件內(nèi)輪廓上某個(gè)點(diǎn)，這些光斑的圖像被工業(yè)攝像機(jī)獲取，通過電纜傳送 到控制柜進(jìn)行處理，通過圖像處理獲得該光斑所在位置的空間坐標(biāo)，最后通過數(shù) 據(jù)處理獲得管形零件內(nèi)輪廓的三維尺寸參數(shù)，當(dāng)測(cè)量臂沿著管形零件軸線移動(dòng) 時(shí)，每個(gè)光斑掃描出管形零件內(nèi)表面的一條母線輪廓，因此測(cè)量系統(tǒng)獲得多個(gè)母 線輪廓的離散點(diǎn)坐標(biāo)，通過對(duì)這些三維云點(diǎn)進(jìn)行重構(gòu)，從而獲得準(zhǔn)確的管形零件 三維內(nèi)輪廓尺寸參數(shù)。
3、 如權(quán)利要求2所述的管形零件內(nèi)輪廓自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，其特征是，所述的光源是由一個(gè)鏡筒和若干個(gè)獨(dú)立的半導(dǎo)體激光器組成，這些激光器沿鏡筒的軸向 呈環(huán)形均勻分布，由這些激光器發(fā)出的是一組環(huán)形的平行光束。
4、 如權(quán)利要求3所述的管形零件內(nèi)輪廓自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，其特征是，所述的 半導(dǎo)體激光器，其數(shù)量至少為4束。
5、 如權(quán)利要求2所述的管形零件內(nèi)輪廓自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，其特征是，所述的 反光鏡組是一對(duì)多面錐棱鏡，棱鏡的反射面數(shù)量與激光器的數(shù)量相同，反射面與軸線呈一定角度，由激光器發(fā)射的一組光束首先投射到光學(xué)鏡組右側(cè)反射面上， 經(jīng)過反射后，激光束透過保護(hù)鏡片，在被測(cè)管形零件內(nèi)表面沿圓周方向形成一組 環(huán)形分布的多個(gè)光斑，這些光斑成像在攝像機(jī)的CCD上，滿足測(cè)量要求，其中 所述棱鏡的反射面與軸線的角度保證反射光束能夠照射到被測(cè)零件內(nèi)壁表面，且 形成的激光光斑能夠被攝像機(jī)捕獲和成像，同時(shí)反射光照射到測(cè)量窗表面后形成 的反射光斑不會(huì)被攝像機(jī)成像。
6、 如權(quán)利要求1或2所述的管形零件內(nèi)輪廓自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，其特征是，所 述的測(cè)量臂，其外殼設(shè)有光學(xué)玻璃測(cè)量窗。
7、 如權(quán)利要求l所述的管形零件內(nèi)輪廓自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，其特征是，所述的 驅(qū)動(dòng)箱包括電機(jī)、滾動(dòng)絲杠、直線導(dǎo)軌、基座、調(diào)整機(jī)構(gòu)，電機(jī)與滾動(dòng)絲杠等高 并直接相連，傳遞力矩和轉(zhuǎn)動(dòng)速度，直線導(dǎo)軌安置在滾動(dòng)絲杠的兩側(cè)，平衡布局， 直線導(dǎo)軌、滾動(dòng)絲杠和電機(jī)都安裝在調(diào)整機(jī)構(gòu)上，并最終安裝在基座上面，在控 制柜的控制下，電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)經(jīng)過滾動(dòng)絲杠后轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，并帶動(dòng)測(cè)量臂沿滾 動(dòng)導(dǎo)軌快速移動(dòng)，對(duì)管形零件內(nèi)輪廓進(jìn)行測(cè)量。
8、 如權(quán)利要求1或7所述的管形零件內(nèi)輪廓自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，其特征是，所 述的驅(qū)動(dòng)箱中設(shè)置有若干接近傳感器，通過檢測(cè)直線導(dǎo)軌和基座之間的相互位置 來(lái)檢測(cè)測(cè)量臂和管形零件之間的相互位置，驅(qū)動(dòng)箱能自動(dòng)調(diào)節(jié)測(cè)量臂的垂直高度 和位置。
9、 如權(quán)利要求l所述的管形零件內(nèi)輪廓自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，其特征是，所述的 控制柜由工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和可編程控制器組成的主從式測(cè)控系統(tǒng)，工業(yè)控制計(jì)算 機(jī)向可編程控制器發(fā)出控制命令和系統(tǒng)參數(shù)，同時(shí)負(fù)責(zé)光斑圖像的采集和處理。
全文摘要
一種機(jī)械制造業(yè)技術(shù)領(lǐng)域的管形零件內(nèi)輪廓自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，包括測(cè)量臂、驅(qū)動(dòng)箱、控制柜、定位機(jī)構(gòu)，被測(cè)管形零件通過生產(chǎn)傳輸線送入定位機(jī)構(gòu)上，并被夾具固定后，生產(chǎn)線向控制柜發(fā)出準(zhǔn)備好信號(hào)，控制柜隨后向驅(qū)動(dòng)箱發(fā)出控制指令，驅(qū)動(dòng)箱帶動(dòng)測(cè)量臂快速向前移動(dòng)并進(jìn)入被測(cè)管形零件的內(nèi)部，連續(xù)對(duì)內(nèi)輪廓進(jìn)行采樣和測(cè)量，測(cè)量結(jié)束后，驅(qū)動(dòng)箱帶動(dòng)測(cè)量臂快速回退至原先位置，經(jīng)過控制柜數(shù)據(jù)處理，檢測(cè)結(jié)果將在控制柜的顯示器上顯示，同時(shí)存儲(chǔ)在內(nèi)部存儲(chǔ)器內(nèi)，上述工作結(jié)束后，控制柜向生產(chǎn)線發(fā)出完成信號(hào)，檢測(cè)工作結(jié)束。本發(fā)明能完成對(duì)管形零件加厚段三維內(nèi)輪廓的自動(dòng)測(cè)量，對(duì)于測(cè)量不合格的情形，可以采用聲光顯示給予提示。
文檔編號(hào)G01B11/25GK101382422SQ20081020124
公開日2009年3月11日 申請(qǐng)日期2008年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月16日
發(fā)明者杰 李, 王占斌, 輝 趙, 衛(wèi) 陶, 亮 顏 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)