线性尺寸自动检测技术的研究与应用

1.1.1　检测方式

采用立式装夹在工作台上，检测时产品匀速旋转。图1 所示为检测方式。

1.1.2　检测原理

采用激光检测技术，测量弹体的全部外形尺寸。图2 所示为检测的原理。

图1　检测方式

图2　廓形尺寸激光检测原理

图2 中，O 为检测台的回转中心，O′为工件中心，O 与O′不重合。为了便于圆周方向上多点测量，工件采用立式装夹在工作台上，检测时弹体随工作台间歇旋转。

1.1.3　检测过程

将待检产品滚放在待检台上，待检台面前后高、中间低，使产品自动停留在台面的中间位置（前后位置）。检测台上有一个在气缸控制下能够上下移动的浮动盘。检测时，浮动盘上移，人工将产品立起，并放在浮动托盘面上，按动启动检测按钮，浮动盘缓慢下移，产品落在检测台面上，并大致与检测台旋转中心同轴。浮动托盘落完后，激光测头在伺服电动机的控制下从上到下扫描测量弹体的一条母线，轴向移动每0.02 mm 计算机采集一次激光测量数据，并将获得的测量数据暂存起来。一条母线测量完成后，检测台在另一伺服电动机控制带动下旋转60°，激光测头回原位，测量第二条母线，……，共计测量6 条母线，检测工作完成，计算机处理相应测量数据，给出检测结果。气缸将浮动托盘缓慢顶起，产品脱离检测台面。人工将产品扳倒，落到待检台台面上，再将其滚离待料台。

1.1.4　标准体检测

已知标准体直径为R，确定激光测量基准面到回转中心的距离L。

设激光束基准面到测量点的距离为S，在以O 为原点的直角坐标系中，标准体的测量坐标为

设O′的坐标为（x，y），建立联立方程：

在上述6 个方程中任选3 个解联立方程，即可求出L、x、y。

在不同的截面中测量、求解，得到不同的圆心坐标，即可求出激光测量导轨与回转中心的不平行度（角度）。

1.1.5　线性尺寸的测量及计算

1）径向尺寸的测量及计算。

如图2 所示，测得P1 至P6 的坐标分别为：

采用最小二乘法进行圆弧曲线拟合，即可求出圆的中心坐标和半径。(https://www.xing528.com)

在不同的轴向位置进行拟合计算，就可以求出该截面位置的半径和中心坐标。通过不同的中心坐标，即可求出弹体的不同轴度。

2）轴向尺寸的测量计算。

激光测头每行进0.02 mm，计算机记录一次检测数据。在做轴向尺寸判断时，当前一次和本次的测量数据差别较大，达到0.1 时，则认为前一次的位置加上0.01，为轴向尺寸的界限位置。

由于弹体表面存在圆弧过渡面、倒角等结构，该方法还应结合具体结构，避免误判。

1.1.6　垂直度对测量精度的影响

由于产品端面垂直度误差不超过0.2，设半径为R，由此产生的最大测量误差为Δ，则有

忽略Δ2，则有

由于R 一般大于10，所以

因此，由于端面垂直度误差产生的测量误差可以忽略不计。

1.1.7　检测过程的控制

1）工控机的组成（图3）。

2）控制对象（图4）。

图3　控制系统的组成框图

以图4 为例，结合图3，其控制对象为：

（1）工控机通过人机对话系统操作控制系统的检测，检测结果由打印机打印输出。

（2）控制系统控制工作台下面的气缸顶起和落下；控制激光测头上下及轴向移动，控制产品的周向旋转。

（3）数据采集系统采集伺服电动机上编码器的数据，以控制激光测头的移动距离，计算弹体部件的轴向尺寸；采集激光测头的检测数据；采集接近传感器的数据，感知工件到位信号，用以控制检测系统的动作。

（4）工控机控制整个检测过程，并对数据进行分析计算，存储检测数据，形成相应的报表。

图4　检测台局部视图

1—待料台面；2—测量台面；3—浮动托盘；4—产品；5—测量激光；6—测量防护板