專利名稱：凸輪輪廓檢測用數控系統的檢測方法
技術領域：
本發明涉及一種凸輪輪廓檢測用數控系統的檢測方法。
背景技術：
凸輪機構廣泛應用于各種自動化機械、精密儀器、自動化控制系統等。要做到高精度、高效率地檢測凸輪，并正確處理、評定它的各項誤差，及時快速地反饋凸輪的質量信息，傳統的光學機械量儀以及人工數據處理的方法，已不能適應凸輪廣泛采用的自動線生產的需要了。隨著汽車エ業、工程機械等的高速發展和制造技術的不斷提高，對如何提高凸輪加 エ精度的檢測精度和效率，是本領域要解決的技術難題。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種結構簡單、檢測精度和效率較高的凸輪輪廓檢測用數控系統的檢測方法。為解決上述技術問題，本發明提供了一種凸輪輪廓檢測用數控系統的檢測方法，所述凸輪輪廓檢測用數控系統包括用于帶動凸輪繞垂向的心軸水平同軸旋轉的數控轉臺、水平設于數控轉臺ー側的導軌同步帶組件、設于該導軌同步帶組件中的同步帶上且于凸輪ー側的激光測距頭、用于測量所述激光測距頭的水平位移量的光柵尺位移傳感器、用于檢測凸輪的旋轉角度的編碼器、以及エ控機；所述エ控機控制所述數控轉臺和導軌同步帶組件動作，并根據所述激光測距頭、光柵尺位移傳感器和編碼器測得的數據計算出凸輪的外輪廓數據。所述激光測距頭通過ー滑塊設于導軌同步帶組件中的導軌上，滑塊與所述同步帶固定相連；所述導軌的兩端設有帶輪，所述同步帶設于該對帶輪上，且其中的一個帶輪與一步進電機傳動相連，所述數控轉臺與ー轉臺電機傳動相連；エ控機包括用于實時控制所述數控轉臺和步進電機動作的運動控制卡，與所述激光測距頭相連的用于實時檢測激光測距頭與凸輪的外輪廓的間距的激光位移傳感器采集卡，與所述光柵尺位移傳感器和編碼器相連的編碼器計數卡，以及通過系統總線與所述運動控制卡、激光位移傳感器采集卡和編碼器計數卡相連的CPU単元；所述運動控制卡通過ー轉臺電機驅動器控制轉臺電機的動作，進而控制所述數控轉臺動作；運動控制卡同時通過ー步進電機驅動器控制步進電機動作。在所述凸輪的旋轉角度為Θ i時，測得的凸輪的外輪廓與激光測距頭的間距即第一間距測量值為ら；同時，光柵尺位移傳感器測量得的所述滑塊在水平方向與光柵尺位移傳感器的硬零位も.的間距即第二間距測量值為ら，1=1，2，3…n ；i為凸輪旋轉一周的過程中同時檢測所述第一、第二間距測量值的次數，O。彡Θ ^360°。所述凸輪輪廓檢測用數控系統的檢測方法包括
a)、將激光測距頭與心軸的外圓的間距即第一間距控制在激光測距頭的量程內，然后檢測并記錄所述第一間距/—κ.,同時檢測并記錄所述滑塊在水平方向與所述硬零位“的間距即第二間距;
b)、將凸輪無間隙配合于所述心軸上，若未知凸輪的外輪廓數據，則在開始控制凸輪旋轉一周的同時，控制所述滑塊根據激光測距頭測得的所述第一間距測量值為b的大小做靠近或遠離凸輪的直線位移，以控制所述第一間距測量值ら始終處于激光測距頭的量程內，并獲取與凸輪的旋轉角度Qi相對應的所述第一、第二間距測量值ら、ら；
O、由心軸直徑0d和所述し、/νβ、ら、ら，計算出凸輪的極徑測量值巧供.)
Pi ) = : #ゴ+(tTC - ) ‘ ((vc - i3!i j。
編！本發明具有積極的效果(I)本發明的凸輪輪廓檢測用數控系統采用非接觸測量方法，激光測距頭運動由導軌同步帶組件驅動進行水平直線位移，測量過程中激光測距頭無機械磨損，與現有的接觸式測量方法相比，具有速度快、精度高、精度保持性好等特點。選用量程范圍小(量程起點 量程終點)的激光測距頭，在其線性度不變的條件下，測量誤差較小。激光測距頭水平位移量的檢測由光柵尺位移傳感器完成，在凸輪的極徑變化較大的情況下，仍可獲得較高的測量精度，因此本系統的性價比較高；(2)為了保證激光測距頭始終能在量程范圍內測量，即保證激光測距頭與凸輪輪廓的距離在量程起點和量程終點之間，以確保測量精度，本發明采用數控插補方法，使凸輪旋轉運動與激光測距頭水平方向直線運動進行聯動。凸輪的旋轉角度由與心軸相連的編碼器來檢測，心軸在圓周方向的零點由編碼器的零位脈沖確定。
圖I為本發明的凸輪輪廓檢測用數控系統的結構示意 圖2為圖I中的凸輪輪廓檢測用數控系統的未安裝凸輪時的結構圖。
具體實施例方式(實施例I)
見圖1-2，本實施例的凸輪輪廓檢測用數控系統包括用于帶動凸輪10繞垂向的心軸1-1水平同軸旋轉的數控轉臺I、水平設于數控轉臺I 一側的導軌同步帶組件3、設于該導軌同步帶組件3的同步帶3-1上且于凸輪10 —側的激光測距頭2、用于測量所述激光測距頭2的水平位移量的光柵尺位移傳感器4、用于檢測凸輪10的旋轉角度的編碼器5、以及エ控機；所述エ控機控制所述數控轉臺I和導軌同步帶組件3動作，并根據所述激光測距頭2、光柵尺位移傳感器4和編碼器5測得的數據得出凸輪10的外輪廓數據。
作為最優的實施方式，所述導軌3-2的中心線、以及激光測距頭2輸出的激光分別與所述心軸1-1的軸線垂直相交。所述エ控機包括用于實時控制所述數控轉臺I和步進電機7動作的運動控制卡，與所述激光測距頭2相連的用于實時檢測激光測距頭2與凸輪10的外輪廓的間距的激光位移傳感器采集卡，與所述光柵尺位移傳感器4和編碼器5相連的編碼器計數卡，通過系統總線與所述運動控制卡、激光位移傳感器采集卡和編碼器計數卡相連的CPU単元，以及經顯卡與所述系統總線相連的用于顯示和 對比凸輪10的外輪廓數據的LCD。所述數控轉臺I與一轉臺電機6傳動相連，運動控制卡通過ー轉臺電機驅動器控制轉臺電機6的動作,進而控制所述數控轉臺I的動作；運動控制卡同時通過步進電機驅動器控制步進電機7動作。在所述凸輪10的旋轉角度為Θ i時，測得的凸輪10的外輪廓與激光測距頭2的間距即第一間距測量值為ら；同時，光柵尺位移傳感器4測量得的所述滑塊8在水平方向與光柵尺位移傳感器4的硬零位Zi的間距即第二間距測量值為ら，i=l, 2，3…n ；i為凸輪
10旋轉一周的過程中同時檢測所述第一、第二間距測量值ら、し的次數，η可根據凸輪測
量角度間隔大小確定，例如180、360、720等，η越大，測得的凸輪10的外輪廓數據越精確；O。( Θ ^360°，θ i+1-Θ 尸 Θ 廠 Θ レエ。為提高對凸輪加工精度要求較高部位(如凸輪的凸起部的外輪廓數據)的檢測精度，同時盡量確保檢測效率，可設置在檢測該部位時，降低ei+1和Qi的差值。若已知凸輪10的外輪廓數據夕=ρ(θ),則所述凸輪輪廓檢測用數控系統的檢測方法包括
Α、將激光測距頭2與心軸1-1的外圓的間距即第一間距控制在激光測距頭2的量程內(最佳的實施方式為第一間距/匸控制在激光測距頭2的量程中點附近，因為在量程中點附近的測量精確度最高)，然后檢測并記錄所述第一間距〖μ,同時檢測并記錄所述滑塊8
在水平方向與所述硬零位/.:的間距即第二間距；
B、將凸輪10無間隙配合于所述心軸1-1上，在開始控制凸輪10旋轉一周的同時，控制激光測距頭2相對凸輪10的外輪廓按照/ = ρ\θ) + 的軌跡運動；同時，控制所述第一
間距測量值k始終處于激光測距頭2的量程內(最佳的實施方式為第一間距/バ.控制在激光測距頭2的量程中點附近，因為在量程中點附近的測量精確度最高；)，并獲取與凸輪10的旋轉角度Qi相對應的所述第一、第二間距測量值ら、；
C、由心軸直徑0d和所述し、&.、‘、&，計算出凸輪10的極徑測量值A )
Pi ψ )=マ#“(/Vc 一 W一(Jmc 一 Iw);
D、將所述極徑測量值Α- 句)與所述外輪廓數據ダ)相比較，得出凸輪10的外輪廓加工誤差。
若未知凸輪10的外輪廓數據P = pig),則所述凸輪輪廓檢測用數控系統的檢測方法包括
a、將激光測距頭2與心軸1-1的外圓的間距即第一間距/卩控制在激光測距頭2的量程內，然后檢測并記錄所述第一間距同時檢測并記錄所述滑塊8在水平方向與所述硬
零位4的間距即第二間距;
b、將凸輪10無間隙配合于所述心軸1-1上，在開始控制凸輪10旋轉一周的同時，控制所述滑塊8根據激光測距頭2測得的所述第一間距測量值為‘的大小做靠近或遠離凸輪10的直線位移，以控制所述第一間距測量值k始終處于激光測距頭2的量程內，并獲取與凸輪10的旋轉角度Qi相對應的所述第一、第二間距測量值ら、^ ；
C、由心軸直徑0d和所迷/ρ.、/ν 、ら,、‘，計算出凸輪10的外輪廓數據，也即極徑測
量值A(A)
Px!,^f J = -φ ^{Itq — iTi)ャ{Imz -lMi J。上述激光測距頭2可選擇德國的PRMUS 1000-2型基于PC機的高精度激光位移傳感器，其主要性能指標為量程2mm，量程起點16mm，量程終點20臟，量程中點18mm ;線性度I μ m，分辨率O. 2 μ m ;光斑直徑35 μ m。所述編碼器計數卡用于記錄光柵尺位移傳感器4、編碼器5產生的脈沖個數，進而計算出導軌同步帶組件的螺母移動距離、凸輪旋轉角度。運動控制卡控制凸輪與導軌同步帶組件的螺母按給定軌跡運動。光柵尺位移傳感器4中的光柵尺4-2的右側安裝一個硬零位，作為光柵尺位移傳感器4測量距離度量的起點。光柵讀書頭4-1設于所述滑塊8上。(實施例2)
在實施例I的基礎上，本實施例具有如下變形
為消除心軸1-1的加工或安裝誤差，對凸輪輪廓檢測精度的影響，所述凸輪輪廓檢測裝置的檢測方法包括
A、檢測心軸1-1的外緣數據心軸1-1開始旋轉一周吋，將激光測量頭2與心軸1-1的
外圓的間距即第一間距‘始終控制在激光測量頭2的量程內，同時檢測并記錄與所述旋轉角度為Θ i相對應的第一間距、以及所述動子3-1在水平方向與所述硬零位/ 的間距即第二間距;
B、將凸輪10無間隙配合于所述心軸1-1上，若已知凸輪10的外輪廓數據P= _，則在開始控制凸輪10旋轉一周的同吋，控制激光測量頭2相對凸輪10的外輪廓按照P = ρ{θ) + 的軌跡運動；同時，控制所述第一間距測量值‘始終處于激光測量頭2的
量程內，并獲取與凸輪10的旋轉角度Qi相對應的所述第一、第二間距測量值k、なη ；、C、由心軸直徑0d和所述位、I1J、し，計算出凸輪10的極徑測量值Λ(Α):
權利要求
1.一種凸輪輪廓檢測用數控系統的檢測方法，其特征在于所述凸輪輪廓檢測用數控系統包括用于帶動凸輪(10)繞垂向的心軸(1-1)水平同軸旋轉的數控轉臺(I)、水平設于數控轉臺(I) 一側的導軌同步帶組件(3)、設于該導軌同步帶組件(3)中的同步帶(3-1)上且于凸輪(10) —側的激光測距頭(2)、用于測量所述激光測距頭(2)的水平位移量的光柵尺位移傳感器(4)、用于檢測凸輪(10)的旋轉角度的編碼器(5)、以及エ控機； 所述エ控機控制所述數控轉臺(I)和導軌同步帶組件(3)動作，并根據所述激光測距頭(2)、光柵尺位移傳感器(4)和編碼器(5)測得的數據計算出凸輪(10)的外輪廓數據； 所述激光測距頭(2)通過ー滑塊(8)設于導軌同步帶組件(3)中的導軌(3-2)上，滑塊(8)與所述同步帶(3-1)固定相連；所述導軌(3-2)兩端設有帶輪(3-3)，所述同步帶(3-1)設于該對帶輪(3-3)上，且其中的一個帶輪(3-3)與一步進電機(7)傳動相連，所述數控轉 臺(I)與ー轉臺電機(6)傳動相連；所述エ控機包括用于實時控制所述數控轉臺(I)和步進電機(7)動作的運動控制卡，與所述激光測距頭(2)相連的用于實時檢測激光測距頭(2)與凸輪(10)的外輪廓的間距的激光位移傳感器采集卡，與所述光柵尺位移傳感器(4)和編碼器(5)相連的編碼器計數卡，以及通過系統總線與所述運動控制卡、激光位移傳感器采集卡和編碼器計數卡相連的CPU単元； 所述運動控制卡通過ー轉臺電機驅動器控制轉臺電機(6)的動作，進而控制所述數控轉臺(I)動作；運動控制卡同時通過ー步進電機驅動器控制步進電機(7)動作； 在所述凸輪(10)的旋轉角度為Θ i時，測得的凸輪(10)的外輪廓與激光測距頭(2)的間距即第一間距測量值為lTi ;同時，光柵尺位移傳感器(4)測量得的所述滑塊(8)在水平方向與光柵尺位移傳感器(4)的硬零位(Itl)的間距即第二間距測量值為lMi，i=l, 2，3···n ；i為凸輪(10)旋轉一周的過程中同時檢測所述第一第二間距測量值lTi、lMi的次數，O。彡 Θ ,360。； 所述凸輪輪廓檢測用數控系統的檢測方法包括 a)、將激光測距頭(2)與心軸(1-1)的外圓的間距即第一間距Itci控制在激光測距頭(2)的量程內，然后檢測并記錄所述第一間距1 ，同時檢測并記錄所述滑塊(8)在水平方向與所述硬零位(Itl)的間距即第二間距Imq ; b)、將凸輪(10)無間隙配合于所述心軸(1-1)上，若未知凸輪(10)的外輪廓數據，則在開始控制凸輪(10)旋轉一周的同時，控制所述滑塊(8)根據激光測距頭(2)測得的所述第一間距測量值為lTi的大小做靠近或遠離凸輪(10)的直線位移，以控制所述第一間距測量值lTi始終處于激光測距頭(2)的量程內，并獲取與凸輪(10)的旋轉角度Θ i相對應的所述第一、第二間距測量值lTi、IMi ； C)、由心軸直徑0d和所述1T(I、Imo > lTi、lMi,計算出凸輪(10)的極徑測量值P i( Θ ^
全文摘要
本發明提供了一種結構簡單、檢測精度和效率較高的凸輪輪廓檢測用數控系統，其包括用于帶動凸輪繞垂向的心軸水平同軸旋轉的數控轉臺、水平設于數控轉臺一側的導軌同步帶組件、設于該導軌同步帶組件中的同步帶上且于凸輪一側的激光測距頭、用于測量所述激光測距頭的水平位移量的光柵尺位移傳感器、用于檢測凸輪的旋轉角度的編碼器、以及工控機；所述工控機控制所述數控轉臺和導軌同步帶組件動作，并根據所述激光測距頭、光柵尺位移傳感器和編碼器測得的數據計算出凸輪的外輪廓數據。
文檔編號G05B19/406GK102722139SQ20121023084
公開日2012年10月10日 申請日期2011年4月17日 優先權日2011年4月17日
發明者丁仕燕, 汪蓉 申請人:丁仕燕