一种回转体母线轮廓测量仪

摘要

本发明提供一种回转体母线轮廓测量仪，包括基座、X轴运动装置、Y轴运动装置、镜头组件和遮光罩，基座安装在工作台上，X轴运动装置安装在基座上，Y轴运动装置和遮光罩安装在X轴运动装置的滑台上，镜头组件安装在Y轴运动装置的滑块上。其中，基座为双层结构，中间由四个隔振器分开。X轴运动装置由X轴丝杠、滑台和两条装有光栅尺的直线导轨等构成，Y轴运动装置有一对Y轴丝杠、滑块、导轨和光栅尺运动模块，这两个运动模块对称地安装在U型座上。每个镜头组件包括包含一个光源、一个镜头和配套的防尘装置。本发明结合相应的控制系统和处理软件，可以快速精确地检测回转体母线轮廓参数，能够很好地提高检测的效率和准确性。

权利要求

1.一种回转体母线轮廓测量仪，其特征在于：包括基座、X轴运动装置、Y轴运动装置和镜头组件，所述基座包括下底板、上平板和对称设置在下底板与上平板中间的四个隔振器，所述X轴运动装置包括安装在上平板上的底座、安装在底座上的两根X轴导轨、分别安装在两根X轴导轨上的两个X轴滑块、安装在两个X轴滑块上的滑台、设置在两根X轴导轨中间的X轴电机、与X轴电机输出轴连接的X轴丝杠和套装在X轴丝杠上的X轴丝杠螺母，所述滑台还与X轴丝杠螺母固连；

所述Y轴运动装置包括安装在滑台上的U型座、竖直安装在U型座两端的第一Y轴导轨和第二Y轴导轨、安装在两根Y轴导轨上端的连接板和安装在连接板上的Y轴电机，Y轴电机的输出轴与安装在第一Y轴导轨上的第一Y轴丝杠固连，且第一Y轴丝杠穿过连接板的部分上套装有主动带轮，第二Y轴导轨上安装在第二Y轴丝杠，且第二Y轴丝杠穿过连接板的部分上套装有从动带轮，主动带轮和从动带轮之间设置同步带，第一Y轴丝杠和第二Y轴丝杠上分别套装有第一Y轴螺母和第二Y轴螺母，且所述第一Y轴螺母的和第二Y轴螺母分别安装在第一Y轴导轨和第二Y轴导轨上，第一Y轴螺母和第二Y轴螺母上分别固连有第一相机座和第二相机座；

所述镜头组件面对面安装在两个相机座上，每个镜头组件包括安装在相机座上镜头盒和气缸，镜头盒里安装有光源和镜头，气缸的输出杆固连有水平支架，水平支架的端部固连有镜头盒盖，且所述镜头盒盖位于光源和镜头的前端，回转体由回转体生产线送至两个镜头组件之间；

两个镜头组件形成双光路测量模式，当回转体位置向某一侧偏移时，回转体螺纹在其中一套光路中的投影尺寸将变大，而在另一套光路中的投影尺寸将变小；通过双镜头正反采集图像，分析时通过误差补偿算法进行处理，抵消了套管位置偏差的影响。

2.根据权利要求1所述的一种回转体母线轮廓测量仪，其特征在于：所述滑台上还安装有将整个Y轴运动装置罩住的遮光罩，且所述遮光罩上设置有回转体伸入孔。

3.根据权利要求1或2所述的一种回转体母线轮廓测量仪，其特征在于：所述光源是远心光源。

4.根据权利要求1或2所述的一种回转体母线轮廓测量仪，其特征在于：所述X轴导轨上设置有X轴光栅尺，Y轴导轨上设置有Y轴光栅尺。

5.根据权利要求3所述的一种回转体母线轮廓测量仪，其特征在于：所述X轴导轨上设置有X轴光栅尺，Y轴导轨上设置有Y轴光栅尺。

6.根据权利要求1或2所述的一种回转体母线轮廓测量仪，其特征在于：所述镜头盒上 还设置有气封喷嘴。

7.根据权利要求3所述的一种回转体母线轮廓测量仪，其特征在于：所述镜头盒上还设置有气封喷嘴。

8.根据权利要求4所述的一种回转体母线轮廓测量仪，其特征在于：所述镜头盒上还设置有气封喷嘴。

9.根据权利要求5所述的一种回转体母线轮廓测量仪，其特征在于：所述镜头盒上还设置有气封喷嘴。

说明书

一种回转体母线轮廓测量仪

技术领域

[0001] 本发明专利涉及一种测量仪器，尤其涉及一种回转体母线轮廓测量仪，用于测量回转体轮廓特征及其参数。

背景技术

[0002] 回转体母线轮廓的特征及其参数对此类零件的质量有着重要影响。以螺纹零件为例，螺纹的精度决定了螺纹零件的连接可靠性、装配精度和互换性，螺纹旋接面质量的好坏也直接影响零件的承载能力。因此，对回转体母线轮廓快速精确测量，获得其技术参数，用于生产质量检测与评估有着十分重要的意义。目前，国内外对回转体母线轮廓几何尺寸检测的方法主要是接触式测量法，该检测方法检测误差大，效率较低，而目对检测人员有较高的技术要求，无法实现大规模的自动化检测。

[0003] 专利CN202869440U，一种五轴系统回转体测量仪，虽然和本专利有类似的地方，使用光学测量技术实现了回转体的非接触测量，但是本发明具有明显的新特征。第一，本发明采用减振基座以减少振动对测量精度的影响。第二，本发明采用双光路测量的方式，能够减小母线的偏中误差。第三，本发明光源采用的是远心光源，使透射后得到物体的轮廓比较清晰并且尺寸变化较小。第四，本发明相机具有防尘保护措施。第五，本发明结构相对简单，同样能实现大尺寸回转体母线参数的测量，降低了成本。

发明内容

[0004] 本发明的目的是为了克服现有技术中存在的不足而提供一种精度高、效率高且无损伤的回转体母线轮廓测量仪。

[0005] 本发明的目的是这样实现的：包括基座、X轴运动装置、Y轴运动装置和镜头组件，所述基座包括下底板、上平板和对称设置在下底板与上平板中间的四个隔振器，所述X轴运动装置包括安装在上平板上的底座、安装在底座上的两根X轴导轨、分别安装在两根X轴导轨上的两个X轴滑块、安装在两个X轴滑块上的滑台、设置在两根X轴导轨中间的X轴电机、与X轴电机输出轴连接的X轴丝杠和套装在X轴丝杠上的X轴丝杠螺母，所述滑台还与X轴丝杠螺母固连；

[0006] 所述Y轴运动装置包括安装在滑台上的U型座、竖直安装在U型座两端的第一Y轴导轨和第二Y轴导轨、安装在两根Y轴导轨上端的连接板和安装在连接板上的Y轴电机，Y轴电机的输出轴与安装在第一Y轴导轨上的第一Y轴丝杠固连，且第一Y轴丝杠穿过连接板的部分上套装有主动带轮，第二Y轴导轨上安装在第二Y轴丝杠，且第二Y轴丝杠穿过连 接板的部分上套装有从动带轮，主动带轮和从动带轮之间设置同步带，第一Y轴丝杠和第二Y轴丝杠上分别套装有第一Y轴螺母和第二Y轴螺母，且所述第一Y轴螺母的和第二Y轴螺母分别安装在第一Y轴导轨和第二Y轴导轨上，第一Y轴螺母和第二Y轴螺母上分别固连有第一相机座和第二相机座；

[0007] 所述镜头组件面对面安装在两个相机座上，每个镜头组件包括安装在相机座上镜头盒和气缸，镜头盒里安装有光源和镜头，气缸的输出杆固连有水平支架，水平支架的端部固连有镜头盒盖，且所述镜头盒盖位于光源和镜头的前端，回转体由回转体生产线送至两个镜头组件之间。

[0008] 本发明还包括这样一些结构特征：

[0009] 1.所述滑台上还安装有将整个Y轴运动装置罩住的遮光罩，且所述遮光罩上设置有回转体伸入孔。

[0010] 2.所述光源是远心光源。

[0011] 3.所述X轴导轨上设置有X轴光栅尺，Y轴导轨上设置有Y轴光栅尺。

[0012] 4.所述镜头盒上还设置有气封喷嘴。

[0013] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明运用数控技术，使测量装置的运动系统更加准确，且本发明运用图像采集技术，实现了非接触测量，从而使测量精度高、数据多、效率高、无损伤。具体的说，本发明具有的优点是：(1)检测精度高，本发明采用数控技术，使测量装置的运动精度更加准确，采用光学技术，使测量精度更加准确，采用减振基座，使测量装置的主机体更加稳定，减少了振动对测量精度的影响，从而提高测量精度；(2)检测效率高，本发明高度自动化，使得测量的效率大大提高；(3)检测数据多，本发明检测可以根据需要开发相应的算法，得到更多所需求的数据，(4)检测无磨损，由于该仪器的检测过程是非接触式的，因此对被测零件没有磨损。而且本发明采用双光路测量的方式，能够减小母线的偏中误差，光源采用的是远心光源，使透射后得到物体的轮廓比较清晰并且尺寸变化较小；本发明相机具有防尘保护措施；本发明结构相对简单，同样能实现大尺寸回转体母线参数的测量，降低了成本。

附图说明

[0014] 图1(A)是本发明的总体结构示意图一(没有遮光罩时)，图1(B)是本发明的总体结构示意图二(有遮光罩时)；

[0015] 图2是本发明的基座部分的结构示意图；

[0016] 图3是本发明的X运动装置部分的结构示意图；

[0017] 图4是本发明的Y运动装置部分的结构示意图；

[0018] 图5(A)是本发明的镜头组件部分的结构示意图一(镜头盒盖遮住光源和镜头时)，图5(B)是本发明的镜头组件部分的结构示意图二(镜头盒盖没有遮住光源和镜头时)；

[0019] 图6是本发明的运动控制系统示意图；

[0020] 图7是本发明的双光路测量方式示意图。

具体实施方式

[0021] 下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

[0022] 结合图1(A)至图5(B)，本发明包括基座A、X轴运动装置B、Y轴运动装置C和镜头组件D，所述基座包括下底板1、上平板3和对称设置在下底板1与上平板3中间的四个隔振器2，所述X轴运动装置B包括安装在上平板3上的底座11、安装在底座11上的两根X轴导轨6-1和6-2、分别安装在两根X轴导轨上的两个X轴滑块、安装在两个X轴滑块上的滑台5、设置在两根X轴导轨中间的X轴电机10、与X轴电机10输出轴连接的X轴丝杠4和套装在X轴丝杠4上的X轴丝杠螺母30，所述滑台5还与X轴丝杠螺母30固连；

[0023] 所述Y轴运动装置C包括安装在滑台5上的U型座19、竖直安装在U型座19两端的第一Y轴导轨16-1和第二Y轴导轨16-2、安装在两根Y轴导轨上端的连接板31和安装在连接板31上的Y轴电机13，Y轴电机13的输出轴与安装在第一Y轴导轨16-1上的第一Y轴丝杠17-1固连，且第一Y轴丝杠17-1穿过连接板31的部分上套装有主动带轮15，第二Y轴导轨16-2上安装在第二Y轴丝杠17-2，且第二Y轴丝杠17-2穿过连接板31的部分上套装有从动带轮22，主动带轮15和从动带轮22之间设置同步带21，第一Y轴丝杠17-1和第二Y轴丝杠17-2上分别套装有第一Y轴螺母18-1和第二Y轴螺母18-2，且所述第一Y轴螺母18-1的和第二Y轴螺母18-2分别安装在第一Y轴导轨16-1和第二Y轴导轨16-2上，第一Y轴螺母18-1和第二Y轴螺母18-2上分别固连有第一相机座32-1和第二相机座32-2；

[0024] 所述镜头组件D面对面安装在两个相机座32-1和32-2上，每个镜头组件D包括安装在相机座上镜头盒26和气缸23，镜头盒26里安装有光源25和镜头24，气缸23的输出杆固连有水平支架33，水平支架33的端部固连有镜头盒盖27，且所述镜头盒盖27位于光源25和镜头24的前端，回转体由回转体生产线送至两个镜头组件之间。

[0025] 所述滑台上还安装有将整个Y轴运动装置C罩住的遮光罩E，且所述遮光罩E上设置有回转体伸入孔29。

[0026] 所述的光源25是远心光源。

[0027] 所述X轴导轨上设置有X轴光栅尺7，Y轴导轨上设置有Y轴光栅尺20。

[0028] 所述镜头盒上还设置有气封喷嘴28。

[0029] 总的来说，本发明的机械总体结构如图1(A)和图1(B)所示，主要由基座A、X轴 运动装置B、Y轴运动装置C、镜头组件D和遮光罩E五部分组成。基座A安装在工作台上，X轴运动装置B安装在基座A上，Y轴运动装置B和遮光罩E安装在X轴运动装置B的滑台上，镜头组件D安装在Y轴运动装置B上。

[0030] 本发明的基座A为双层结构，如图2所示，中间由四个隔振器2分开。基座A置于工作台上，下底板1和工作台通过螺栓相连接。四个隔振器2分布在四个角落，用螺栓固定在下底板上。上平板3则由四个隔振器支撑，用于安放X轴运动装置B，也即本发明的基座为双层结构，中间由四个隔振器分开，可以降低振动对测量仪影响。

[0031] 本发明的X轴运动装置B如图3所示，由X轴丝杠4、滑台5和两条X轴直线导轨6-1和6-2构成。X轴运动装置B的底座11通过螺栓与减振基座A的上平板3连接。两条X轴直线导轨
6-1和6-2的滑轨用推拔12固定方式固定于底座11上，并用螺栓锁紧。滑台5通过螺栓连接安装在两条X轴直线导轨6-1和6-2的对应的两个X轴滑块上。X轴丝杠4安装在底座的轴承座9上，并与滑台6的螺孔配合形成螺旋副。安装在底座轴承座上的X轴电机10通过联轴器8带动X轴丝杠4转动，从而使滑台5沿着导轨做直线运动。X轴光栅尺7安装在X轴导轨上，用于位置反馈。

[0032] Y轴运动装置如图4所示，是由一对Y轴导轨16-1和16-2、第一Y轴丝杠17-1、第二Y轴丝杠17-2、第一Y轴螺母18-1和第二Y轴螺母18-2组成的运动模块构成，两个运动模块通过螺栓对称地安装在U型座19上，Y轴电机13通过联轴器14带动第一Y轴丝杠17-1转动，同时，第一Y轴丝杠上套装有主动带轮15，第二Y轴丝杠17-2上安装有从动带轮22，它们之间通过同步带21实现运动传递，且所述同步带21是同步齿形带。两个Y轴丝杠驱动第一Y轴螺母的和第二Y轴螺母沿各自对应方导轨运动，实现Y方向的同步运动，Y轴光栅尺20安装在Y轴导轨上，用于位置反馈。

[0033] 镜头组件如图5(A)和图5(B)所示，包含一个光源25和一个镜头(相机)24，光源25和镜头24分属于不同的光路。为防止灰尘的影响，光源25和镜头24安装在镜头盒26内，不工作时镜头盒盖27关闭，工作时利用气缸23自动将镜头盒盖27打开，同时通过安装在镜头盒26上的气封喷嘴28向外喷气，防止灰尘飘向镜头。镜头盒26和气缸23都通过螺栓固定在与Y轴运动装置的相机座上。且本发明的镜头组件有两个，对称地安装在Y轴运动装置的上，形成了双镜头正反向采集图像的模式，也即本发明采用数控技术和图像采集相结合的方式，能够实现回转体母线轮廓的大尺寸和非接触测量。通过对测量值求均值，可以减小母线偏中误差。所述的光源采用的是远心光源，可以模拟出近似平行光源的效果，使透射后得到物体的轮廓比较清晰并且尺寸变化较小。

[0034] 本发明自带防尘装置是一个带有受控盖子和气封喷嘴的密闭盒子，也即是镜头盒盖27、 气封喷嘴28和镜头盒26，

[0035] 本发明的运动控制系统如图6所示，运动控制卡是运动控制系统的核心。一方面，运动控制卡通过PCI总线与计算机通讯，并通过计算机实现人机界面以及外部通讯功能。另一方面，利用该卡的2轴运动插补功能，控制X轴电机和Y轴电机带动滚珠丝杠运动，实现镜头的精确定位；为确保定位精度，X轴和Y轴采用直线光栅进行位置反馈，并接入运动控制卡的位置反馈端口。

[0036] 本发明的双光路测量原理如图7，当套管位置向某一侧偏移时，螺纹在其中一套光路中的投影尺寸将变大，而在另一套光路中的投影尺寸将变小。通过双镜头正反采集图像，分析时取二者的平均值进行处理，可以抵消套管位置偏差的影响。

[0037] 以测量管螺纹参数为例，本发明结合运动控制系统和处理软件的工作过程如下：

[0038] 首先，测量仪要进行测量前的调整。测量前的调整包括以下两个内容：(1)与生产线的对中调整；(2)相机参数校核。与生产线的对中调整是指调整测量仪的中心与套管的中心线相对齐，相机机参数校核是指采用相机对标准原件进行光学测量的方法，确定相机的放大倍率、安装角度和安装位置等基本参数。

[0039] 本发明的测量仪经过的调整阶段后，即可进行回转体母线轮廓测量。回转体母线轮廓自动化测量具体分为如下五个步骤：

[0040] 1、准备阶段。测量仪就绪，向生产线发出送管请求信号；

[0041] 2、生产线送管。若生产线上有待测套管，则向测量仪传送，当套管遇到末端的一个位置传感器时，套管延时停止，同时生产线向测量仪发出套管就位信号；

[0042] 3、测量仪测量。测量仪由初始位置开始进行测量工作。气封打开，开始吹气。运动控制系统协调X、Y轴移动，依次使相机移动至所需要的取像位置。当相机准确到达取像位置时，计算机将取得的图像进行保存。当所有位置的取像完成后，停止吹气气封关闭。

[0043] 4、测量仪退出。当该套管测量完毕后，测量仪回到初始位置，并向生产线发出退管请求信号；

[0044] 5、生产线退管。生产线接到退管请求信号后，将套管就位信号去除，并将套管退回。

[0045] 最后，计算机软件系统根据所保存的有效图像进行测量结果分析，通过图像处理从获取的回转体母线轮廓图像中，提取回转体母线轮廓曲线。对提取后得到的回转体母线轮廓的离散的数据点进行曲线拟和，并根据不同回转体相应的母线参数计算公式，便可计算回转体母线轮廓参数。