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
技術領域：
本實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，屬檢測儀器結構技術領域。
二背景技術：
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，對檢測技術的創(chuàng)新需求越來越強烈。通過調查研究發(fā)現(xiàn)，我國大型軋輥磨床配套的在線檢測儀器都采用進口設備，檢測方式都是接觸式，目前國內還沒有發(fā)現(xiàn)大型圓柱工件非接觸智能離線自動檢測儀器。同時由于進口配套的在線檢測設備價格昂貴，導致有的重工企業(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
實用新型內容本實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、自動測量大型圓柱工件外部尺度和形位誤差。
本實用新型采用的技術解決方案如下 本實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、縱向精密導軌3、橫向精密導軌8、計算機6、步進電機4、步進電機控制器5，縱向精密導軌3、橫向精密導軌8上分別裝有高精度絲杠和光柵尺7，縱向精密導軌3和橫向精密導軌8構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，用高精度步進電機4驅動十字定位系統(tǒng)。十字定位系統(tǒng)選用高精度滾珠絲杠和導軌，重復定位誤差小于0.003mm，激光位移傳感器1通過抗干擾防護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接口與計算機6通信，用計算機6的并口連接控制兩臺步進電機4，兩個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，用一臺計算機集成多路控制，用一套軟件實現(xiàn)同步控制多臺設備、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理等多項功能，計算機實時進行數(shù)據(jù)處理并顯示測量結果。
本實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 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時因震動產(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的y′方向坐標值，避免了三角函數(shù)計算誤差和系統(tǒng)標定誤差，明顯提高了測量精度。
第二，本實用新型的智能和自動化程度較高，用一臺計算機能同步實現(xiàn)多路控制、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理等多項工作；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行誤差分離，具有創(chuàng)新性智能化的計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用性，測量時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，不需要精細校正，即可實現(xiàn)智能化的自動測量。
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、縱向精密導軌，4、步進電機，5、步進電機控制器，6、計算機，7、精密絲杠和光柵尺，8、橫向精密導軌，9、大型圓柱工件掃描截面，10、大型圓柱工件。
五具體實施方式
以下參照附圖，給出本實用新型的具體實施方式
，用來對本實用新型的構成進行進一步說明。
在對非接觸檢測技術研究的基礎上，圍繞離線檢測技術進行研究，根據(jù)企業(yè)實際測量精度要求的不同設計方案。
本實施例參考圖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、縱向精密導軌3、橫向精密導軌8、計算機6、步進電機4、步進電機控制器5組成，縱向精密導軌3、橫向精密導軌8上分別設有精密絲杠與光柵尺7，縱向精密導軌3、橫向精密導軌8構成十字定位系統(tǒng)，用高精度步進電機4驅動精密導軌絲杠系統(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接口與計算機6通信；用計算機6的并口連接控制兩臺步進電機4，兩個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，用一臺計算機集成多路控制，用一套軟件實現(xiàn)同步控制多臺設備、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理等多項功能，計算機實時進行數(shù)據(jù)處理并顯示測量結果。
測量方法 本實施例參考圖3，移動測量裝置接近被測工件表面，直到進入激光位移傳感器1有效測量范圍時停止，檢測人員根據(jù)實際情況在計算機6上設定初始參數(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，計算機6通過并口向步進電機控制器5發(fā)出脈沖信號，控制步進電機4的旋轉速度和啟停位置，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)送控制信息和實時讀取激光位移傳感其測量數(shù)據(jù)。激光位移傳感器1在高精度步進電機4的驅動下掃描工件表面，激光位移傳感器1在掃描的同時能實時地讀取工件表面到激光位移傳感器的距離。軟件系統(tǒng)可以控制步進電機4和激光位移傳感器1，實時記錄測量數(shù)據(jù)和傳感器掃描的截面9的高度位置，同時進行數(shù)據(jù)處理，保存原始數(shù)據(jù)，并顯示測量結果。
測量原理 如圖2所示，激光點的掃描范圍為ab。以測量儀器立軸導軌中心O′為坐標原點建立測量坐標系O′X′Y′，步進電機4驅動激光位移傳感器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測量點形成一條空間曲線。ab上各點坐標為(xi，yi)，xi由光柵尺讀數(shù)，yi為激光讀數(shù)。
本實用新型第一，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。第二，激光位移傳感器的測量值可直接作為被掃描截面9上各測量點的y′方向坐標值，避免了三角函數(shù)計算誤差和系統(tǒng)標定誤差，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產(chǎn)生測量誤差，在數(shù)據(jù)處理時需要用算法進行數(shù)據(jù)修正，才能正確地計算圓半徑。為此設計了一個智能算法，能夠自動計算出儀器縱向導軌與工件母線的平行度。用智能算法進行修正使縱向導軌與圓柱工件母線平行，然后使用分段最小二乘法計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化程度較高，用一臺計算機能同步實現(xiàn)多路控制、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理等多項工作；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。測量時只需將儀器靠近工件表面，使工件表面到達激光位移傳感器有效檢測范圍內，就可以進行檢測，測量時不需要精細校正，即可實現(xiàn)智能化自動測量。
權利要求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)、縱向精密導軌(3)、橫向精密導軌(8)、計算機(6)、步進電機(4)、步進到機控制器(5)，縱向精密導軌(3)、橫向精密導軌(8)上分別裝有精密絲杠與光柵尺(7)，縱向精密導軌(3)、橫向精密導軌(8)構成十字定位系統(tǒng)，用高精度步進電機(4)驅動精密十字定位系統(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接口與計算機(6)通信；用計算機(6)的并口連接控制兩臺步進電機(4)，兩個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，儀器的測量精度達到0.005mm。
專利摘要本實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、縱向精密導軌、橫向精密導軌、計算機、步進電機、步進電機控制器，縱向、橫向精密導軌上分別裝有高精度絲杠和光柵尺，縱向、橫向精密導軌構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，用高精度步進電機驅動十字定位系統(tǒng)。激光位移傳感器與控制器相連，控制器通過USB接口與計算機通信；用計算機并口連接控制兩臺步進電機，兩個串口分別讀取縱向、橫向光柵尺數(shù)據(jù)，一臺計算機實現(xiàn)多路控制，一套軟件實現(xiàn)同步控制多臺設備、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理等，計算機實時進行數(shù)據(jù)處理并顯示測量結果。
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)先權日2008年6月10日
發(fā)明者巖 劉 申請人:巖 劉