三自由度串联式激光测距传感器位置调整装置的设计
三自由度串联式激光测距传感器位置调整装置的设计
作者:刘爱兵;
在车轮生产线上,加热好的钢坯经除磷机除去表面氧化皮,由机械手抓取送到热锻机的下模具上进行锻压成型。钢坯放到热锻机下模具上时,要去圆柱钢坯轴线与热锻机锻压中心的重合度在一定公差范围内,否则经后续压制加工后车轮径向方向尺寸不均,使车轮动平衡达不到要求,满足不了高质量车轮的生产,严重的会产生废品。钢坯位置偏心一般是由于机械手控制系统漂移产生的,一旦出现偏心又未能及时发现并进行修正,将会产生一批废品,造成严重的经济损失。目前生产线上是采用人工抽检的方法进行检查,工作量大且容易漏检。笔者采用非基础测量方法,利用激光测距仪的方法实现热态钢坯位置的在线测量,其中传感器的位置需要三个方面的调整。
根据使用场合的不同,元器件位置的多自由度调整有多种方法,如:用框架将两个激光传感器相连,沿x方向左右移动实现扫描测量,同时PC机控制驱动装置使两个传感器沿z方向上下动作,实现未知的调节,每次调节均要进行标定;根据并联机器人机构综合理论,由运动平台、固定平台、驱动支链及从动支链组成一种能实现重载情况下空间转动的三自由度并联微调机构;一种在光学系统中能够对光路进行折转或分束的45°倾斜镜的精调支撑机构,该倾斜镜支撑结构多采用了多自由度精调方式,能够在实现两维倾斜调整的同时,实现相互垂直光路的方向平移。以上几种微调机构均用于被调元件是在移动中工作的,且主要是并联机构。笔者所用激光测距传感器工作时其位置是固定的,设计一种三自由度串联式位置调整装置,通过微调可使四个激光测距传感器发出的光线汇交于一点,满足检测要求。
1、激光测距传感器的使用要求
热锻钢坯位置检测系统采用非基础测量方案,四个高温激光测距传感器到钢坯圆柱表面四个不同点的距离,再利用坐标变换得出这些点在固定坐标系下的坐标,最后根据四点坐标不同的排列组合利用几何原理计算钢坯周线与热锻机锻压中心的平均偏差和最大偏差。
检测前,需把四个高温激光测距传感器两两对称地安装在热锻机的四个机架侧面上,并分别经过各自的调整装置进行微调并标定,使激光器发出的四根激光线光柱在同一平面内且汇聚于一点,即四条线均指向热锻机中心。
2、单个激光测距传感器的调整要求
在传感器位置调整中,要求单个传感器能同时实现三个方向的运动,即垂直方向的移动、水平面内的摆动和垂直面内的摆动。
垂直方向的移动是为了调整传感器的高度,以达到儿个传感器高度一致的目的,并满足被测钢还的高度要求;水平面内的摆动是为了实现传感器发出的激光线指向热锻机中心;垂直面内的摆动是为了保证传感器发出的激光线垂直千钢还母线,且四个激光线汇交于一点。
3、单个激光测距传感器三自由度调整装置
单个激光测距传感器的调整装置主要由底座、槽形架、水平面内摆动机构、垂直面内摆动机构、升降机构、支架等组成。所用传感器为高温激光测距传感器,该传感器的激光线从传感器的右端面下方的圆孔发出,传感器通过螺钉固定在槽形架中,与槽形架一起由传感器调整装置中串联的升降机构、垂直面内调整机构、水平面内调整机构带动产生三个方向的运动,实现激光线位置和指向的调整。
首先将支架固定在标定装置的机架上,即在调整激光测距传感器的位姿时支架不动,用螺栓杆、上螺母和下螺母将连接板与支架相连接,松开上螺母、下螺母和侧螺母,旋转螺栓杆可将连接板上下移动,连接板通过螺栓组、下螺杆、上螺杆与摆动架相连,摆动架再与槽形架相连,从而带动传感器上下移动,传感器垂直位移调整好后,预紧上述三个螺母。
连接板与摆动架之间是通过螺栓组饺连的,要实现传感器在垂直面内的摆动,只需松开螺栓组的螺母,反复松紧上螺杆及下螺杆,使得摆动架绕着螺栓组的螺栓轴旋转即可,摆动架与槽形架及传感器是连在一起的。摆动方向调整好后,注意螺栓组的螺母、上螺杆及下螺杆一定要拧紧。
左端两个轴承座安装螺栓组,中间伸出的水平长块穿进槽形架上方的方孔中。
如前所述,摆动架的水平长块穿进槽形架上方的方孔中,其长块上的孔与槽形架上相应的孔对齐,用于安装水平面内摆动机构所用的螺栓轴组。槽形架及其传感器的质量通过摆动架的长块落在摆动架上,用螺栓轴组固定。摆动架与图的摆动架是同一零件。
要实现传感器在水平面内的摆动,如图7所示,只需松开螺栓轴组的螺母,反复松紧左螺杆及右螺杆,使得槽形架绕着螺栓轴组的螺栓轴旋转即可,槽形架与传感器是连在一起的。摆动方向调整好后,注意螺栓轴组的螺母、上螺杆及下螺杆一定要拧紧。
上述三个自由度的调整需反复交叉进行,直到满足工艺要求。调好传感器的位姿后,将底座用螺栓连接在槽形架下方,再与热锻机机架侧面焊接。焊接应力消除后,检查四个传感器的激光线的指向,均符合要求方可拆除标定装置。
4结语
设计了一套可以实现3个自由度微调的装置,其中升降机构、垂直面内调整机构和水平面内调整机构串联,三个机构尽量重叠以减小所占用空间,在具有一定调整范围的情况下通过了三维装配干涉检验。调整所用螺杆采用细牙螺纹,以提高调整精度。该调整装置结构紧凑、制造成本低。
设计的三自由度串联式调整装置用千激光测距传感器的位置调整,满足了车轮圆柱热钢还位置检测系统的要求。由四套激光测距传感器协同作用构成的检测系统实现了热钢蚽锻压时的偏心检测,有效地减少了因钢蚽放偏引起的料废事故,提高了成品率。
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