专利名称：凸轮轮廓检测系统的检测方法
技术领域：
本发明涉及一种凸轮轮廓检测装置及其检测方法。
背景技术：
凸轮机构广泛应用于各种自动化机械、精密仪器、自动化控制系统等。要做到高精 度、高效率地检测凸轮，并正确处理、评定它的各项误差，及时快速地反馈凸轮的质量信息， 传统的光学机械量仪以及人工数据处理的方法，已不能适应凸轮广泛采用的自动线生产的 需要了。随着汽车工业、工程机械等的高速发展和制造技术的不断提高，对如何提高凸轮加 工精度的检测精度和效率，是本领域要解决的技术难题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种结构简单、检测精度和效率较高的凸轮轮 廓检测装置的检测方法。为解决上述技术问题，本发明提供了一种凸轮轮廓检测装置，包括用于带动凸轮 绕垂向的心轴水平同轴旋转的数控转台、水平设于数控转台一侧的丝杠螺母副、设于该丝 杠螺母副的活动螺母上且于凸轮一侧的激光测量头、用于测量所述活动螺母的水平位移量 的光栅尺位移传感器、用于检测凸轮的旋转角度的编码器、以及工控机；所述工控机控制 所述数控转台和丝杠螺母副动作，并根据所述激光测量头、光栅尺位移传感器和编码器测 得的数据得出凸轮的外轮廓数据。具体地，所述工控机包括用于实时控制所述数控转台和丝杠螺母副动作的运动 控制卡，与所述激光测量头相连的用于实时检测激光测量头与凸轮的外轮廓的间距的激光 位移传感器采集卡，与所述光栅尺位移传感器和编码器相连的编码器计数卡，以及通过系 统总线与所述运动控制卡、激光位移传感器采集卡和编码器计数卡相连的CPU单元。在所述凸轮的旋转角度为θ i时，测得的凸轮的外轮廓与激光测量头的间距即第 一间距测量值为I.T;；同时，光栅尺 位移传感器测量得的所述活动螺母在水平方向与光栅尺位移传感器的硬零位&的间距即 第二间距测量值为‘，i=l，2，3…η ;n为凸轮旋转一周的过程中同时检测所述第一、第二间 距测量值‘、“的次数，0°彡6^360°。若已知凸轮的外轮廓数据=则所述凸轮轮廓检测装置的检测方法包 括
A)、对心轴(1-1)的检测心轴开始旋转一周时，将激光测量头与心轴的外圆的间距 即第一间距Is始终控制在激光测量头的量程内，同时检测并记录与所述旋转角度为Qi 相对应的第一间距‘s、以及所述活动螺母在水平方向与所述硬零位的间距即第二间距B)、将凸轮无间隙配合于所述心轴上，在开始控制凸轮旋转一周的同时，控制激光测量 头相对凸轮的外轮廓按照P = + 的轨迹运动；同时，控制所述第一间距测量值‘ 始终处于激光测量头的量程内，并获取与所述旋转角度θ i相对应的所述第一、第二间距测
量值 hi、 3 ；
C)、由心轴直径0d和所述、‘、‘，计算出凸轮的极径测量值
D)、将所述极径测量值巧(两)与所述外轮廓数据相比较，得出凸轮的外轮 廓加工误差。 若未知凸轮的外轮廓数据，则所述凸轮轮廓检测装置的另一种检测方法包括
a)、对心轴(1-1)的检测心轴开始旋转一周时，将激光测量头与心轴的外圆的间距 即第一间距始终控制在激光测量头的量程内，同时检测并记录与所述旋转角度为Qi
相对应的第一间距、以及所述活动螺母在水平方向与所述硬零位的间距即第二间距
b)、将凸轮无间隙配合于所述心轴上，在开始控制凸轮旋转一周的同时，控制丝杠螺母 副的活动螺母根据激光测量头测得的所述第一间距测量值为‘的大小做靠近或远离凸轮 的直线位移，以控制所述第一间距测量值‘始终处于激光测量头的量程内，并获取与所述 旋转角度Qi相对应的所述第一、第二间距测量值‘、“；
c)、由心轴直径0d和所述/rii、。K、‘、。，计算出凸轮的极径测量值灼1肩)本发明具有积极的效果(1)本发明的凸轮轮廓检测装置采用非接触测量方法， 激光测量头运动由丝杠螺母副直接驱动，丝杠螺母副通过予紧可消除间隙，丝杠负载小，所 以动态刚度极高、运动平稳、系统动态性能好。测量过程中测量头无机械磨损，与其它接触 式测量，速度快、精度高、精度保持性好。选用量程范围小(量程起点 量程终点)的激光测 量头，在其线性度不变的条件下，测量误差小。激光测量头水平方向运动距离由光栅尺位移 传感器完成，在凸轮的极径变化大的情况下，仍可获得高的测量精度、更高性价比；(2)为 了保证激光测量头始终在量程范围内测量，即保证测量头与凸轮轮廓距离在量程起点和量 程终点之间，本发明采用数控插补方法，使凸轮旋转运动与激光测量头水平方向直线运动 进行联动。凸轮旋转角度由与心轴相连的编码器检测，心轴在在圆周方向零点由编码器零 位脉冲确定。
图1为本发明的凸轮轮廓检测装置的结构示意图2为图1中的凸轮轮廓检测装置的未安装凸轮时的结构图。
具体实施例方式见图1-2，本实施例的凸轮轮廓检测装置包括用于带动凸轮10绕垂向的心轴1-1 水平同轴旋转的数控转台1、水平设于数控转台1 一侧的丝杠螺母副3、设于该丝杠螺母副 3的活动螺母3-1上且于凸轮10 —侧的激光测量头2、用于测量所述活动螺母3-1的水平 位移量的光栅尺位移传感器4、用于检测凸轮10的旋转角度的编码器5、以及工控机；所 述工控机控制所述数控转台1和丝杠螺母副3动作，并根据所述激光测量头2、光栅尺位移 传感器4和编码器5测得的数据得出凸轮10的外轮廓数据。所述数控转台1与一转台电 机6传动相连，运动控制卡通过一转台电机驱动器控制转台电机6的动作，进而控制所述数 控转台1的动作；运动控制卡同时通过步进电机驱动器控制步进电机7动作。作为最优的实施方式，丝杠螺母副3的丝杆3-2的中心线、以及激光测量头2输出 的激光与所述心轴1-1的轴线垂直相交。所述工控机包括用于实时控制所述数控转台1和丝杠螺母副3动作的运动控制 卡，与所述激光测量头2相连的用于实时检测激光测量头2与凸轮10的外轮廓的间距的激 光位移传感器采集卡，与所述光栅尺位移传感器4和编码器5相连的编码器计数卡，通过系 统总线与所述运动控制卡、激光位移传感器采集卡和编码器计数卡相连的CPU单元，以及 经显卡与所述系统总线相连的用于显示和对比凸轮10的外轮廓数据的LCD。所述数控转台 1与一转台电机6传动相连，运动控制卡通过一转台电机驱动器控制转台电机6的动作，进 而控制所述数控转台1的动作；运动控制卡同时通过一丝杠螺母副驱动器控制丝杠螺母副 3动作。在所述凸轮10的旋转角度为θ i时，测得的凸轮10的外轮廓与激光测量头2的间 距即第一间距测量值为‘；同时，光栅尺位移传感器4测量得的所述活动螺母3-1在水平 方向与光栅尺位移传感器4的硬零位^的间距即第二间距测量值为‘，i=l，2，3…η ;11为
凸轮10旋转一周的过程中同时检测所述第一、第二间距测量值^、“的次数，η可根据凸
轮测量角度间隔大小确定，例如180、360、720等，η越大，测得的凸轮10的外轮廓数据越精 确；0° ( θ ^360°，θ +1_θ =θ 厂 θ η。为提高对凸轮加工精度要求较高部位(如凸轮的凸起部的外轮廓数据)的检测精 度，同时尽量确保检测效率，可设置在检测该部位时，降低9^和QiW差值。若已知凸轮10的外轮廓数据夕=pig),则所述凸轮轮廓检测装置的检测方法包 括
A、对心轴1-1的检测心轴1-1开始旋转一周时，将激光测量头2与心轴1-1的外圆的 间距即第一间距“始终控制在激光测量头2的量程内，同时检测并记录与所述旋转角度 为θ i相对应的第一间距『rs、以及所述活动螺母3-1在水平方向与所述硬零位的间距即
第二间距‘⑴；
B、将凸轮10无间隙配合于所述心轴1-1上，若已知凸轮10的外轮廓数据=M》) ，则在开始控制凸轮10旋转一周的同时，控制激光测量头2相对凸轮10的外轮廓按照
权利要求
1. 一种凸轮轮廓检测装置的检测方法，其特征在于采用的凸轮轮廓检测装置包括 用于带动凸轮(10)绕垂向的心轴(1-1)水平同轴旋转的数控转台(1)、水平设于数控转台(1)一侧的丝杠螺母副(3)、设于该丝杠螺母副(3)的活动螺母(3-1)上且于凸轮(10) —侧 的激光测量头(2)、用于测量所述活动螺母(3-1)的水平位移量的光栅尺位移传感器(4)、 用于检测凸轮(10)的旋转角度的编码器(5)、以及工控机；所述工控机控制所述数控转台(1)和丝杠螺母副(3)动作，并根据所述激光测量头(2)、光栅尺位移传感器(4)和编码器(5)测得的数据得出凸轮(10)的外轮廓数据；在所述凸轮(10)的旋转角度为θ 1时，测得的凸轮(10)的外轮廓与激光测量头(2)的 间距即第一间距测量值为‘；同时，光栅尺位移传感器(4)测量得的所述活动螺母(3-1)在水平方向与光栅尺位移传感器 (4)的硬零位(Zi)的间距即第二间距测量值为“， =1，2，3···η ；η为凸轮(10)旋转一周的过程中同时检测所述第一、第二间距测量值的次数，0° ( 6^360° ；若已知凸轮(10)的外轮廓数据ρ = ρ β),则所述凸轮轮廓检测装置的检测方法包括Α)、对心轴(1-1)的检测心轴(1-1)开始旋转一周时，将激光测量头(2)与心轴(1-1) 的外圆的间距即第一间距^ 始终控制在激光测量头(2)的量程内，同时检测并记录与所 述旋转角度为θ i相对应的第一间距、以及所述活动螺母(3-1)在水平方向与所述硬零位α)的间距即第二间距4 ；B)、将凸轮(10)无间隙配合于所述心轴(1-1)上，在开始控制凸轮(10)旋转一周的同 时，控制激光测量头(2)相对凸轮(10)的外轮廓按照/ + 的轨迹运动；同时，控 制所述第一间距测量值‘始终处于激光测量头(2)的量程内，并获取与所述旋转角度θ i 相对应的所述第一、第二间距测量值hi、hi:；C)、由心轴直径0d和所述/rs、/Vi};、‘、‘，计算出凸轮(10)的极径测量值K)D)、将所述极径测量值朽(A)与所述外轮廓数据ρ = ρ(θ)相比较，得出凸轮(10)的 外轮廓加工误差。
2.根据权利要求1所述的凸轮轮廓检测装置的检测方法，其特征在于若未知凸轮 (10)的外轮廓数据，则所述凸轮轮廓检测装置的检测方法包括a)、对心轴(1-1)的检测心轴(1-1)开始旋转一周时，将激光测量头(2)与心轴(1-1)的外圆的间距即第一间距1 始终控制在激光测量头(2)的量程内，同时检测并记录与所 述旋转角度为θ i相对应的第一间距‘《、以及所述活动螺母(3-1)在水平方向与所述硬零 位伐)的间距即第二间距(V·；b)、将凸轮(10)无间隙配合于所述心轴(1-1)上，在开始控制凸轮(10)旋转一周的同 时，控制丝杠螺母副(3)的活动螺母(3-1)根据激光测量头(2)测得的所述第一间距测量值 为^的大小做靠近或远离凸轮(10)的直线位移，以控制所述第一间距测量值‘始终处于 激光测量头(2)的量程内，并获取与所述旋转角度θ i相对应的所述第一、第二间距测量值
全文摘要
本发明提供了一种结构简单、检测精度和效率较高的凸轮轮廓检测装置的检测方法，其采用的凸轮轮廓检测装置包括用于带动凸轮绕垂向的心轴水平同轴旋转的数控转台、水平设于数控转台一侧的丝杠螺母副、设于该丝杠螺母副的活动螺母上且于凸轮一侧的激光测量头、用于测量所述活动螺母的水平位移量的光栅尺位移传感器、用于检测凸轮的旋转角度的编码器、以及工控机；所述工控机控制所述数控转台和丝杠螺母副动作，并根据所述激光测量头、光栅尺位移传感器和编码器测得的数据得出凸轮的外轮廓数据。
文档编号G01B11/14GK102116611SQ201110051998
公开日2011年7月6日 申请日期2011年3月4日 优先权日2011年3月4日
发明者丁仕燕, 干为民 申请人:常州工学院