基于激光位移傳感器的軸徑測量裝置及其測量方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于軸類零件的測量方法與測量裝置，特別涉及一種用于工業測量的非接觸式軸徑測量裝置。
【背景技術】
[0002]軸類零件是機械加工中最為常見的零件之一，如何快速、精確、高效的完成測量任務，同時又能勝任不同規格軸的檢測，是一個亟待解決的問題。目前，在實際生產過程中，普遍用于軸徑檢測的測量儀器有:游標卡尺、通止規、氣動量儀等。
[0003]通常，一個軸類零件的加工往往是一個反復測量，反復調節進刀量的過程，游標卡尺則以其測量方便、快捷，成為生產過程中最為普遍的軸徑測量工具。然而，游標卡尺是人工測量手段，難免會導致外徑尺寸測量數據的不精確。此外，游標卡尺受測量效率的制約，在大批次檢測中很難勝任。
[0004]通止規檢測是一種在大批量產品檢測中十分方便、有效的檢測手段，測量效率高，準確性好。但通止規對應零件公差帶的上下限，專用性強，大批次檢測時固然不錯，然而對于小批量的零件加工，如果采用通止規檢測，無疑加大了成產成本，得不償失。而且，通止規只能給出被檢零件是否處于公差范圍內，不能給出零件尺寸的確切值。對于大批量產品，也不能給出尺寸的分布狀態。此外，通止規檢測是接觸式測量，既存在劃傷工件的風險，也會因為長期工作的磨損，不可恢復而失去原有的作用。
[0005]氣動量儀則是一種非接觸式的檢測手段，通過測量氣壓的大小來感知被測工件相對于標準件的差距，測量精度高。但是在實際測量中，測量標準件需要與被測件尺寸相近，即使是一種非接觸式測量，在調校過程中，也不可避免的產生碰撞，影響測量效果。此外，氣動量儀測量范圍小，通用性較差。
【發明內容】
[0006]針對現有技術測量儀器的缺點，本發明提供一種可以實現測量范圍大、通用性強、能夠給出具體測量值的高精度的基于激光位移傳感器的軸徑測量裝置及其測量方法，從而克服現有的電子卡尺、通止規、氣動量儀等存在的問題，方便工業測量使用。
[0007]為了解決上述技術問題，本發明提出的一種基于激光位移傳感器的軸徑測量裝置包括基座、裝卡裝置和計算機，所述基座上安裝有X向一維導軌和XY二維平移臺；所述基座上固定有第一測量架，所述第一測量架上安裝有第一激光位移傳感器；所述X向一維導軌上裝配有可沿X向移動的第二測量架，所述第二測量架上安裝有第二激光位移傳感器；所述第一激光位移傳感器和所述第二激光位移傳感器的測量射線同軸共線；所述裝卡裝置包括軸承座、旋轉臂和鎖緊套，所述軸承座設置在所述XY 二維平移臺上，所述旋轉臂的一端與所述軸承座球鉸接，所述旋轉臂由所述軸承座支撐，所述旋轉軸在YOZ平面內可繞X軸旋轉，被測軸通過所述鎖緊套固定在所述旋轉臂的另一端；所述裝卡裝置可以沿X軸、Y軸平移；所述第一激光位移傳感器和所述第二激光位移傳感器與計算機通訊連接。
[0008]本發明一種基于激光位移傳感器的軸徑測量方法，采用上述基于激光位移傳感器的軸徑測量裝置，并包括以下步驟:
[0009]步驟一、調整傳感器和被測軸的位置:在第一激光位移傳感器和第二激光位移傳感器所發出的激光射線間設置一半透明靶板，使用CCD相機提取兩光束在靶板上的像點的中心點坐標，進而提取雙光束的偏斜誤差，通過調整第一測量架和第二測量架使第一激光位移傳感器和所述第二激光位移傳感器的測量射線同軸共線；將被測軸件通過裝卡裝置安裝在旋轉臂的自由端，通過調節X向一維導軌和XY 二維平移臺的位置確定被測軸的位置，并使第一激光位移傳感器和第二激光位移傳感器均處于量程范圍內，鎖緊X向一維導軌和XY 二維平移臺；
[0010]步驟二、標定階段:選用與軸徑D匹配的標準量塊，所述標準量塊的長度為L，
I D-L I < δ，δ是傳感器的量程；將所述標準量塊置于測量位置，使第一激光位移傳感器和第二激光位移傳感器發出的激光射線打在標準量塊的工作面上；多自由度地晃動標準量塊，計算機自動拾取第一激光位移傳感器和第二激光位移傳感器的測量值之和的最大值Ifl2，此時，I1是第一激光位移傳感器發出的激光到標準量塊入射點之間的距離，I 2是第二激光位移傳感器發出的激光到標準量塊入射點之間的距離，標準量塊上兩個反射點之間的距離值即為標準量塊的長度L ;
[0011]步驟三、測量階段:擺動旋轉臂使被測軸的軸徑位置通過第一激光位移傳感器和第二激光位移傳感器發出的激光射線，通過計算機計算完成軸徑D的測量，并在計算機的顯示屏上顯示；D = L+(l「l’ i) + (l2-l’ 2)，其中，I’:是第一激光位移傳感器發出的激光到被測軸入射點之間的最小值，I’ 2是第二激光位移傳感器發出的激光到被測軸入射點之間的最小值。
[0012]與現有技術相比，本發明的有益效果是:
[0013](I)測量的通用性:相較于通止規檢測的專用性、氣動量儀較小的測量范圍，本發明軸經測量裝置可以應對不同軸徑、不同長短的軸的測量，通用性強、測量范圍大，不需要應對不同的軸而定制不同的測量儀器。
[0014](2)測量的安全性:本發明采用的是非接觸式測量，通過激光位移傳感器的測量射線提取被測軸徑的測量信息。相對于游標卡尺、通止規檢測，不存在劃傷工件的問題，也不會因不同測量人員的測量力不同而產生隨機誤差。
[0015](3)測量的精確性:采用高精度(微米級)的激光位移傳感器作為測量器件，相較于工業測量領域的測量水平(0.01毫米級)，本測量裝置能夠快速、精確地給出被測軸的軸徑。
[0016](4)操作的便捷性:將被測軸裝卡到旋轉臂上，調節測量位置，擺動被測軸，使被測軸掃過測量射線，即可完成軸徑的測量，并在顯示器上顯示軸徑信息，方便快捷。
【附圖說明】
[0017]圖1是激光三角法位移傳感器的測量示意圖；
[0018]圖2-1是標定階段的原理不意圖；
[0019]圖2-2是測量階段的原理示意圖；
[0020]圖3是本發明測量裝置結構示意圖。
[0021]圖中:1-第一激光位移傳感器、2-第二激光位移傳感器，3-第一測量架、4-第二測量架，5-X向一維導軌，6-鎖緊螺釘，7-旋轉臂，8-鎖緊裝置，9-軸承座，10-XY 二維平移臺，11-被測軸件。
【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖和具體實施例對本發明技術方案作進一步詳細描述，所描述的具體實施例僅對本發明進行解釋說明，并不用以限制本發明。
[0023]圖1是激光三角法位移傳感器的測量示意圖。如圖所示，傳感器垂直出射一束測量射線，測量射線經被測物面反射后，返回傳感器，便可輸出由被測物到傳感器出射面的距離信息。但該測量射線存在一個測量近點與一個測量遠點，即傳感器與被測物之間的距離只有在近點距1_與遠點距I _之間時，傳感器才會輸出正確的距離信息。因此，傳感器的量程δ嚴重制約著軸徑的測量能力。為此，增大測量范圍可以適應不同軸徑的測量。這就需要布置兩個激光出射方向相對的激光位移傳感器I和傳感器2。整個測量過程由標定階段和測量階段組成。如圖2-1所示，標定階段:將長度為L的標準量塊置于激光射線間，傳感器I和傳感器2的兩束測量射線分別打在量塊的兩個工作面上，在不考慮量塊位置精度的前提下，可以認為激光垂直入射，兩個反射點之間的距離即為量塊的長度L。此時，可以得到傳感器I和傳感器2的距離測量值11和12。如圖2-2所示，測量階段:保持傳感器I和傳感器2位置不動，使被測軸垂直掃過激光光束，傳感器I和傳感器2的示值會同時由大變小，再由小變大，繼而可以得到兩個最小值I’ 20在取得最小值時，兩個激光反射點之間的距離即為軸徑，從而軸徑D有:D = L+(1「1’J + (12-1’2)，其中，L為標準量塊的長度，I1是傳感器I發出的激光到標準量塊入射點之間的距離，12是傳感器2發出的激光到標準量塊入射點之間的距離；I’渴傳感器I發出的激光到被測軸入射點之間的最小值，I’ 2是