激光位移传感器在圆柱度误差检测中的应用研究
激光位移传感器在圆柱度误差检测中的应用研究
作者:周愿愿;曹雪峰;姜恒;成群林;张伟
圆柱度误差是机械制造和仪器仪表工业中常见的检测项目。目前,大多数工厂企业都是通过人工利用量具进行接触式测量,其测量精度低,速度慢,易受人为因素的影响,且不适合应用于在线检测。针对以上缺点,提出一种利用激光位移传感器测量原理来实现圆柱度的光电非接触测量方法,该方法能够实现快速高精度测量,适合应用在在线自动化检测中。激光扫描技术出现于20世纪90年代中期,这种测量技术是利用三维激光位移传感器对观测对象表面进行非接触式扫描,形成观测对象表面精确三维点云的一种先进测量技术。这项技术的应用和发展, 为实现零件圆柱度公差检测提供了一种先进手段。
1 圆柱度误差检测系统工装设计
1.1工装机械结构
基于激光位移传感器的圆柱度误差检测系统机械结构包括机械框架模块、驱动圆柱体旋转模块、驱动三维激光位移传感器移动模块。机械框架模块包括底板、左平台、右平台和靠板,是工装的基座,用于支撑滚轮架和导轨模组,其中,左平台和右平台上表面要求在同一平面内。驱动圆柱体旋转模块包括驱动装置、1个主滚轮架和3个从滚轮架,用于驱动圆柱体旋转,伺服电机通过减速机和皮带传动,带动主滚轮架旋转,主滚轮架通过摩擦力带动圆柱体旋转。驱动三维激光位移传感器移动模块包括导轨模组、编码器和三维激光位移传感器,用于带动三维激光位移传感器沿着被测圆柱体轴线移动,编码器用于对三维激光位移传感器发送触发信号。
1.2驱动力计算
主滚轮架通过摩擦力带动被测圆柱体旋转,其余3个从滚轮架滚轮起支撑及从动旋转的作用。若主滚轮架滚轮启动加速度过大,则会出现主滚轮架滚轮与圆柱体打滑的情况,导致旋转角度不准确或无法确定;若主滚轮架滚轮启动加速度过小,则影响测量效率;若点击输出扭矩太小,则无法带动圆柱体旋转。
1.3系统误差分析
测量系统的误差主要为系统各零部件固有误差和安装误差,对于零部件固有误差可根据实际使用要求选择合适精度的零部件 安装误差主要是导轨模组滑台移动方向所在直线与被测物额提轴线不绝对平行引起的误差。由于安装误差的存在,导致导轨模组滑台移动方向所在直线与被测物体轴线有一夹角 λ ,使测量系统产生误差。为了消除该误差,为了消除该误差,现对标准圆柱体进行测量。
2、控制系统设计
控制系统由电机运动控制模块、数据采集模块、数据处理与现实模块组成。电机运动控制模块主要由运动控制卡、电机驱动器、伺服电机组成,采用LABView 程序对运动控制卡驱动程序进行调用与控制,使电机完成规定动作;数据采集模块主要由三维激光位移传感器和编码器组成,编码器与导轨模组电机输出轴通过联轴器连接,编码器对三维激光位移传感器发送脉冲信号,当三维激光位移传感器接收到规定数量脉冲信号,就发生一次数据采集,控制主句采集频率;数据处理与现实模块采用LABView程序定数量脉冲信号,就发生一次数据采集,控制数据采集频率;数据处理与显示采用LABView 程序进行编程,对三维激光位移传感器采集到的数据进行滤波处理,取出杂波干扰,对有效数据进行拟合,得到被测圆柱体三维包络,从而计算圆柱度。
3、试验结果
使用圆柱度误差检测装置对某圆柱体产品进行检测,测量时间由由手工测量的1.5h缩短为10min,测量精度为±0.05mm,满足该产品±0.1mm监测精度的要求,而且该检测装置可以将测量结果直接上传至车间生产管理系统,实现圆柱度的高精度、高效率在线自动化测量。
4、结论
设计了一种用于圆柱度测量的非接触光电测量系统,它将激光扫描定位系统和伺服控制系统有机结合起来,实现了自动化测量的要求。该测量系统具有检测精度高、测量范围大、检测时间短、非接触式等优点。完善该测量系统的数据处理软件后,可实现被检测物体指定位置圆度、圆跳动、轴线直线度的检测。
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