一种表面划痕深度测量仪及测量方法与流程

本发明涉及测量技术领域，尤其涉及一种表面划痕深度测量仪及测量方法。

背景技术：

在动车组列车高速运行的过程中以及列车常规检查过程中，会出现零件与零件之间的摩擦和碰撞，使得转向架上的小齿轮轴表面出现划痕，该划痕一旦超过0.2mm，该齿轮轴将报废。

动车车轴的质量关系到动车的安全行驶，是保证乘客安全的前提，动车每天都要行驶多个小时，动车上的各种轴类零件在运行中承受复杂的应力及扭矩，一旦出现微小划痕将会导致轴的破裂，影响动车的正常行驶，甚至危及乘客的安全。不仅在动车，还有许多精密机器上都要保证零件的表面无过深划痕，比如在船舶上的轴类零件，汽车上的主轴等都需要在高速运转下不发生破坏，可见在装配时检测零件的质量是非常重要的。

目前大多采用目测法估计，该方法需要专门的技术人员且主观因素影响大，容易造成误判，引起较为严重的经济损失。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种表面划痕深度测量仪及测量方法，其具有在不对齿轮轴造成二次损伤的基础上进行表面划痕测量，提高测量准确度和精度的效果。

本发明采用下述技术方案：

一种表面划痕深度测量仪，包括：

激光检测系统，用于采集划痕深度信息，包括激光发射器、线阵ccd，激光发射器发出的光束经激光三角测量系统由线阵ccd接收；线阵ccd将图像信号传输至处理器进行处理，以得出小齿轮轴最深划痕深度值；

控制系统，包括用于带动激光检测系统上下运动的电动滑台、用于带动激光检测系统作圆周运动的驱动装置。

进一步的，所述激光三角测量系统包括聚光透镜、接收透镜和滤光片，激光发射器发出的光束经小孔光栅和聚光透镜打至小齿轮轴表面，经漫反射后通过接收透镜和滤光片至线阵ccd显示位置。

进一步的，所述电动滑台通过连接架与小齿轮轴相连，所述连接架与安装有激光检测系统的结构支架相连。

进一步的，所述电动滑台与激光检测系统所处平面垂直。

进一步的，所述驱动装置包括步进电机和减速器，步进电机通过减速器连接用于带动连接架旋转的齿轮机构。

进一步的，所述步进电机由plc和接近开关控制启停。

进一步的，所述处理器为计算机主机，计算机主机连接显示器。

进一步的，所述激光检测系统连接数据采集系统，所述数据采集系统包括与线阵ccd相连的采集电路和信号放大电路。

表面划痕深度测量仪的测量方法为：

启动步进电机，通过减速器改变步进电机运转速度，利用齿轮机构带动激光采集系统沿小齿轮轴旋转，当旋转一周后接近开关闭合，步进电机停止工作；

激光采集系统采集划痕深度信息：从激光发射器中发出的光束经小孔光栅和聚光透镜，打至正常表面a后，经漫反射通过接收透镜和滤光片，在线阵ccd上有一位置区域a’；光束经小孔光栅和聚光透镜打至划痕b，经漫反射后通过接收透镜和滤光片在线阵ccd上有一位置区域b’，计算线阵ccd上的位置差，从而确定划痕深度值。

进一步的，位置区域a’和位置区域b’之间的位置差即像元个数，通过确定像元个数计算在线阵ccd上的位置差，经后台处理将像元信息转化为数字信息进行输出，读取到的显示器的数字即划痕深度。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明激光检测系统能够上下移动和旋转，便于调节到最佳采集位置，提高采集精度；检测时只需将设备底端旋入小齿轮的螺纹孔，在不对齿轮轴造成二次损伤的基础上进行表面划痕测量；

(2)本发明采用直射式激光三角法的基本原理，通过确定像元个数计算在线阵ccd上的位置差，从而确定划痕深度值，能够提高测量准确度和精度。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本发明的组成框图；

图2为本发明的激光三角测量系统原理图；

图3为本发明的驱动电路功能框图；

图4为本发明的控制系统结构示意图；

图5为本发明的控制系统结构正视图；

图6为本发明的接近开关结构示意图；

图7为本发明的tcd1501d管脚分布图；

图8为本发明的tcd1501d电路原理图；

图9为本发明的plc程序梯形图；

其中，1、处理器，2、显示器，3、激光检测系统，4、数据采集系统，5、控制系统，6、激光发射器，7、线阵ccd，8、采集电路，9、信号放大电路，10、计算机主机，11、步进电机，12、结构支架，13、电动滑台，14、减速器，15、小孔光栅，16、聚光透镜，17、接收透镜，18、滤光片，19、滚动轴承，20、连接架，21、小齿轮轴，22、接近开关，23、转轴。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在划痕深度测量精度不高的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种表面划痕深度测量仪及测量方法。

本申请的一种典型的实施方式中，如图1-图9所示，提供了一种表面划痕深度测量仪，主要针对高铁动车小齿轮轴21划痕深度的检测，包括激光检测系统3、控制系统5、数据采集系统4、处理器1和显示器2，激光检测系统3在控制系统5的控制下能够上下运动和旋转。

控制系统5包括电动滑台13和驱动装置，如图4所示，所述驱动装置包括步进电机11和减速器14，步进电机11通过减速器14连接齿轮机构；4，步进电机11通过减速器14降低转速、提高扭矩。

所述齿轮机构与转轴23相连，转轴23与小齿轮轴21以螺旋副连接，步进电机11、电动滑台13和减速器14等通过螺栓固定在结构支架12上。通过步进电机11、减速器14和齿轮机构驱动使与转轴23通过滚动轴承19相连的结构支架12以小齿轮轴21为中心旋转。

电动滑台13安装于驱动装置一侧，电动滑台13通过螺栓与结构支架12相连，连接架20通过螺栓与结构支架12相连。激光检测系统3安装于连架杆20上，使激光检测系统3位于小齿轮轴21侧面。

所述电动滑台13与激光检测系统3所处平面垂直。

所述步进电机11由plc和接近开关22控制启停，其驱动电路如图3所示。

在一些实施方式中，plc选用三菱plc。

plc程序梯形图如图9所示。

所述激光检测系统包括激光发射器6、激光三角测量系统、线阵ccd7，激光发射器6发出的光束经激光三角测量系统由线阵ccd7接收；线阵ccd7将图像信号传输至处理器1进行处理，以得出小齿轮轴21最深划痕深度值。

如图2所示，激光三角测量系统包括聚光透镜16、接收透镜17和滤光片18，激光发射器6、小孔光栅15、聚光透镜16在一条直线上，接收透镜17和滤光片18所在直线与聚光透镜16所在直线之间形成锐角；线阵ccd7倾斜设置于滤光片18远离接收透镜17一侧。

进一步的，所述处理器1为计算机主机10，计算机主机10连接显示器2。

所述激光检测系统3连接数据采集系统4，所述数据采集系统4包括与线阵ccd7相连的采集电路8和信号放大电路9，其采用tcd1501d电路模块，如图7和图8所示。

本申请表面划痕深度测量仪的测量范围在0.05mm—0.5mm之间，测量精度为0.05mm。

表面划痕深度测量仪的测量方法为：

按下启动按钮，plc开始工作，启动步进电机11，通过减速器14改变步进电机11运转速度，提高扭矩；利用齿轮机构带动激光采集系统3沿小齿轮轴21旋转，当旋转一周后接近开关16闭合，步进电机11停止工作。

激光采集系统3采集划痕深度信息：

从激光发射器3中发出的光束经小孔光栅15和聚光透镜16，打至正常表面(未出现划痕的表面)a后，经漫反射通过接收透镜17和滤光片18，在线阵ccd7上有一位置区域a’；

光束经小孔光栅15和聚光透镜16打至划痕b，经漫反射后通过接收透镜17和滤光片18在线阵ccd7上有一位置区域b’，位置区域a’与位置区域b’之间有一定的位置差，该位置差实质是像元个数，即通过确定像元个数计算在线阵ccd7上的位置差确定划痕深度值。

经处理器1处理将像元信息转化为数字信息进行输出，读取到的显示器2的数字即划痕深度。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。