專利名稱：大型圓柱工件非接觸智能離線檢測儀器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種大型高精度圓柱工件智能檢測儀器，用于檢測大型高精度圓柱工件的直徑和形位誤差，屬檢測儀器結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域。
二背景技術(shù)：
在圓柱形工件加工制造行業(yè)中，直徑超過500mm的工件被稱為大型工件，檢測對象直徑在500-3000mm之間，甚至更大的，稱為超大型工件。
隨著我國鋼鐵、造船、航天、發(fā)電等重大裝備制造業(yè)的發(fā)展，對大型工件的精度要求也越來越高，對檢測技術(shù)的創(chuàng)新需求越來越強(qiáng)烈。通過調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，我國大型軋輥磨床配套的在線檢測儀器都采用進(jìn)口設(shè)備，檢測方式都是接觸式，目前國內(nèi)還沒有發(fā)現(xiàn)大型圓柱工件非接觸智能離線自動(dòng)檢測儀器。同時(shí)由于進(jìn)口配套的在線檢測設(shè)備價(jià)格昂貴，導(dǎo)致有的重工企業(yè)仍然使用弓字尺加千分表測外徑、直桿加千分表測內(nèi)徑等傳統(tǒng)檢測手段。用戶在使用過程中需要定期檢測工件狀況，如磨損到什么程度需要維修加工，磨損到什么程度需要報(bào)廢，檢測采購新工件是否合格等，都需要離線檢測。因此，大型圓柱工件生產(chǎn)廠家和用戶迫切需要大型圓柱工件非接觸離線檢測儀器。
三
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種用于檢測大型高精度圓柱工件外部尺度和形位誤差的離線檢測儀器，本儀器檢測精度高、使用方便、能夠智能化、自動(dòng)測量大型圓柱工件外部尺度和形位誤差。
本實(shí)用新型采用的技術(shù)解決方案如下 本實(shí)用是一種用于檢測大型和超大型圓柱工件的非接觸智能離線檢測儀器，特殊之處在于，包括激光位移傳感器1、激光位移傳感器的控制器2、縱向精密導(dǎo)軌3、橫向精密導(dǎo)軌8、計(jì)算機(jī)6、步進(jìn)電機(jī)4、步進(jìn)電機(jī)控制器5，縱向精密導(dǎo)軌3、橫向精密導(dǎo)軌8上分別裝有高精度絲杠和光柵尺7，縱向精密導(dǎo)軌3和橫向精密導(dǎo)軌8構(gòu)成高精度十字定位系統(tǒng)，將激光位移傳感器1安裝在十字定位系統(tǒng)上，用高精度步進(jìn)電機(jī)4驅(qū)動(dòng)十字定位系統(tǒng)。十字定位系統(tǒng)選用高精度滾珠絲杠和導(dǎo)軌，重復(fù)定位誤差小于0.003mm，激光位移傳感器1通過抗干擾防護(hù)電纜與激光位移傳感器的控制器2相連，激光位移傳感器的控制器2通過USB接口與計(jì)算機(jī)6通信，用計(jì)算機(jī)6的并口連接控制兩臺(tái)步進(jìn)電機(jī)4，兩個(gè)串口分別讀取縱向光柵尺和橫向光柵尺的數(shù)據(jù)，USB接口通過激光位移傳感器的控制器2連接控制激光位移傳感器1，用一臺(tái)計(jì)算機(jī)集成多路控制，用一套軟件實(shí)現(xiàn)同步控制多臺(tái)設(shè)備、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理等多項(xiàng)功能，計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并顯示測量結(jié)果。
本實(shí)用新型一大型圓柱工件非接觸智能離線檢測儀器，具有以下優(yōu)點(diǎn) 第一，采用了精密定位裝置，更好的避免了測量過程中激光位移傳感器在移動(dòng)時(shí)因震動(dòng)產(chǎn)生的誤差。激光位移傳感器的測量值可直接作為被掃描截面上各測量點(diǎn)的y′方向坐標(biāo)值，避免了三角函數(shù)計(jì)算誤差和系統(tǒng)標(biāo)定誤差，明顯提高了測量精度。
第二，本實(shí)用新型的智能和自動(dòng)化程度較高，用一臺(tái)計(jì)算機(jī)能同步實(shí)現(xiàn)多路控制、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理等多項(xiàng)工作；用高精度激光位移傳感器采集數(shù)據(jù)；用多級誤差分離等智能算法進(jìn)行誤差分離，具有創(chuàng)新性智能化的計(jì)算模型有效的提高了儀器檢測精度。
第三，用自己開發(fā)的智能算法修正了由于測量掃描截面與工件母線不垂直引起的誤差；增加了使用方便性和實(shí)用性，測量時(shí)只需將儀器靠近工件表面，使其在激光位移傳感器有效測量范圍內(nèi)，不需要精細(xì)校正，即可實(shí)現(xiàn)智能化的自動(dòng)測量。
四
圖1大型圓柱工件非接觸離線檢測儀器示意圖。
圖2測量原理圖。
圖3實(shí)際測量示意圖。
1、激光位移傳感器，2、激光位移傳感器的控制器，3、縱向精密導(dǎo)軌，4、步進(jìn)電機(jī)，5、步進(jìn)電機(jī)控制器，6、計(jì)算機(jī)，7、精密絲杠和光柵尺，8、橫向精密導(dǎo)軌，9、大型圓柱工件掃描截面，10、大型圓柱工件。
五具體實(shí)施方式
以下參照附圖，給出本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
，用來對本實(shí)用新型的構(gòu)成進(jìn)行進(jìn)一步說明。
在對非接觸檢測技術(shù)研究的基礎(chǔ)上，圍繞離線檢測技術(shù)進(jìn)行研究，根據(jù)企業(yè)實(shí)際測量精度要求的不同設(shè)計(jì)方案。
本實(shí)施例參考圖1、2，大型圓柱工件非接觸智能離線檢測儀器，由激光位移傳感器1、激光位移傳感器的控制器2、縱向精密導(dǎo)軌3、橫向精密導(dǎo)軌8、計(jì)算機(jī)6、步進(jìn)電機(jī)4、步進(jìn)電機(jī)控制器5組成，縱向精密導(dǎo)軌3、橫向精密導(dǎo)軌8上分別設(shè)有精密絲杠與光柵尺7，縱向精密導(dǎo)軌3、橫向精密導(dǎo)軌8構(gòu)成十字定位系統(tǒng)，用高精度步進(jìn)電機(jī)4驅(qū)動(dòng)精密導(dǎo)軌絲杠系統(tǒng)，將激光位移傳感器1安裝在十字定位系統(tǒng)上。激光位移傳感器1通過抗干擾防護(hù)電纜與激光位移傳感器的控制器2相連，激光位移傳感器的控制器2通過USB接口與計(jì)算機(jī)6通信；用計(jì)算機(jī)6的并口連接控制兩臺(tái)步進(jìn)電機(jī)4，兩個(gè)串口分別讀取縱向光柵尺和橫向光柵尺的數(shù)據(jù)，USB接口通過激光位移傳感器的控制器2連接控制激光位移傳感器1，用一臺(tái)計(jì)算機(jī)集成多路控制，用一套軟件實(shí)現(xiàn)同步控制多臺(tái)設(shè)備、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理等多項(xiàng)功能，計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并顯示測量結(jié)果。
測量方法 本實(shí)施例參考圖3，移動(dòng)測量裝置接近被測工件表面，直到進(jìn)入激光位移傳感器1有效測量范圍時(shí)停止，檢測人員根據(jù)實(shí)際情況在計(jì)算機(jī)6上設(shè)定初始參數(shù)，如工件型號，測量區(qū)間，數(shù)據(jù)采樣密度等。開始測量后，計(jì)算機(jī)6通過并口向步進(jìn)電機(jī)控制器5發(fā)出脈沖信號，控制步進(jìn)電機(jī)4的旋轉(zhuǎn)速度和啟停位置，通過串口讀取光柵尺7數(shù)據(jù)獲得激光位移傳感器1的精確位置信息，通過USB接口同步向控制器2發(fā)送控制信息和實(shí)時(shí)讀取激光位移傳感其測量數(shù)據(jù)。激光位移傳感器1在高精度步進(jìn)電機(jī)4的驅(qū)動(dòng)下掃描工件表面，激光位移傳感器1在掃描的同時(shí)能實(shí)時(shí)地讀取工件表面到激光位移傳感器的距離。軟件系統(tǒng)可以控制步進(jìn)電機(jī)4和激光位移傳感器1，實(shí)時(shí)記錄測量數(shù)據(jù)和傳感器掃描的截面9的高度位置，同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，保存原始數(shù)據(jù)，并顯示測量結(jié)果。
測量原理 如圖2所示，激光點(diǎn)的掃描范圍為ab。以測量儀器立軸導(dǎo)軌中心O′為坐標(biāo)原點(diǎn)建立測量坐標(biāo)系O′X′Y′，步進(jìn)電機(jī)4驅(qū)動(dòng)激光位移傳感器1沿精密軌道LL′掃描圓柱工件表面ab，采集數(shù)據(jù)，被測圓柱工件表面上各個(gè)測量點(diǎn)形成一條空間曲線。ab上各點(diǎn)坐標(biāo)為(xi，yi)，xi由光柵尺讀數(shù)，yi為激光讀數(shù)。
本實(shí)用新型第一，采用了精密定位裝置，很好的避免了測量過程中激光位移傳感器的震動(dòng)。第二，激光位移傳感器的測量值可直接作為被掃描截面9上各測量點(diǎn)的y′方向坐標(biāo)值，避免了三角函數(shù)計(jì)算誤差和系統(tǒng)標(biāo)定誤差，明顯地提高了測量精度。
儀器在測量過程中掃描截面與工件母線不垂直會(huì)產(chǎn)生測量誤差，在數(shù)據(jù)處理時(shí)需要用算法進(jìn)行數(shù)據(jù)修正，才能正確地計(jì)算圓半徑。為此設(shè)計(jì)了一個(gè)智能算法，能夠自動(dòng)計(jì)算出儀器縱向?qū)к壟c工件母線的平行度。用智能算法進(jìn)行修正使縱向?qū)к壟c圓柱工件母線平行，然后使用分段最小二乘法計(jì)算出圓柱工件的直徑。
大型圓柱工件非接觸智能檢測儀器自動(dòng)化程度較高，用一臺(tái)計(jì)算機(jī)能同步實(shí)現(xiàn)多路控制、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理等多項(xiàng)工作；用高精度激光位移傳感器采集數(shù)據(jù)；用多級誤差分離算法進(jìn)行誤差分離，提高了檢測精度；用算法修正了由于測量掃描截面與工件不垂直引起的誤差，增加了使用方便性。測量時(shí)只需將儀器靠近工件表面，使工件表面到達(dá)激光位移傳感器有效檢測范圍內(nèi)，就可以進(jìn)行檢測，測量時(shí)不需要精細(xì)校正，即可實(shí)現(xiàn)智能化自動(dòng)測量。
權(quán)利要求1、大型圓柱工件非接觸智能離線檢測儀器，其特征在于，包括激光位移傳感器(1)、激光位移傳感器的控制器(2)、縱向精密導(dǎo)軌(3)、橫向精密導(dǎo)軌(8)、計(jì)算機(jī)(6)、步進(jìn)電機(jī)(4)、步進(jìn)到機(jī)控制器(5)，縱向精密導(dǎo)軌(3)、橫向精密導(dǎo)軌(8)上分別裝有精密絲杠與光柵尺(7)，縱向精密導(dǎo)軌(3)、橫向精密導(dǎo)軌(8)構(gòu)成十字定位系統(tǒng)，用高精度步進(jìn)電機(jī)(4)驅(qū)動(dòng)精密十字定位系統(tǒng)，將激光位移傳感器(1)安裝在十字定位系統(tǒng)上，激光位移傳感器(1)通過抗干擾防護(hù)電纜與激光位移傳感器的控制器(2)相連，激光位移傳感器控制器(2)通過USB接口與計(jì)算機(jī)(6)通信；用計(jì)算機(jī)(6)的并口連接控制兩臺(tái)步進(jìn)電機(jī)(4)，兩個(gè)串口分別讀取縱向光柵尺和橫向光柵尺(7)的數(shù)據(jù)，USB接口連接激光位移傳感器控制器(2)。
2、按照權(quán)利要求1所述的大型圓柱工件非接觸智能離線檢測儀器，其特征在于，儀器的測量精度達(dá)到0.005mm。
專利摘要本實(shí)用新型大型圓柱工件非接觸智能離線檢測儀器，用于檢測大型高精度圓柱工件直徑和形位誤差。其特征在于，包括激光位移傳感器、激光位移傳感器的控制器、縱向精密導(dǎo)軌、橫向精密導(dǎo)軌、計(jì)算機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)控制器，縱向、橫向精密導(dǎo)軌上分別裝有高精度絲杠和光柵尺，縱向、橫向精密導(dǎo)軌構(gòu)成高精度十字定位系統(tǒng)，激光位移傳感器安裝在十字定位系統(tǒng)上，用高精度步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)十字定位系統(tǒng)。激光位移傳感器與控制器相連，控制器通過USB接口與計(jì)算機(jī)通信；用計(jì)算機(jī)并口連接控制兩臺(tái)步進(jìn)電機(jī)，兩個(gè)串口分別讀取縱向、橫向光柵尺數(shù)據(jù)，一臺(tái)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)多路控制，一套軟件實(shí)現(xiàn)同步控制多臺(tái)設(shè)備、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理等，計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并顯示測量結(jié)果。
文檔編號G01B11/08GK201221938SQ20082002410
公開日2009年4月15日 申請日期2008年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月10日
發(fā)明者巖 劉 申請人:巖 劉