本发明涉及检测设备技术领域，尤其涉及一种非接触式测量装置及测量方法。
背景技术
弹簧圈数是弹簧重要参数之一，弹簧圈数的多少直接影响弹簧的力学性能、装配要求和产品使用的可靠性，而弹簧的生产过程中，弹簧圈数变化与弹簧外径和材料的线径公差有关，对于圈数达几百圈的长弹簧，当弹簧外径和材料线径有微小变化时，长弹簧的圈数就有数圈的变化，故在生产过程中，弹簧圈数是不稳定的，为了保证此类弹簧产品的质量，在弹簧成型完成后需要对圈数进行检测。
现有技术中，通常采取以下两种方式进行测量：
1.纯手工机械式测量：由于弹簧线径是一定的，可以采取将弹簧压成密圈，通过测量总长，再反推算圈数，这种方式存在一定缺点：弹簧线径公差会造成严重的积累误差，弹簧圈数越多，测量误差越大。
2.探针式的自动化检测装置(设备)：由于弹簧圈与圈之间存在规律起伏，可以通过让细探针在弹簧上移动，使探针产生一个上下运动，通过计数弹簧的跳动次数来测量弹簧圈数，这种方式存在的缺点是：接触式测量，探针常与弹簧表面接触，探针易于磨损，磨损后造成测量误差，且由于弹簧线径不同，需要更换不同的探针和调整探针的位置，由于需要探针是上下往复运动，所以测量效率较低，另外若探针发生磨损或断裂，也会对弹簧表面造成划伤。
即现有技术中的接触式测量，导致接触式探头磨损后造成测量误差，效率低，而且对弹簧表面造成划伤，损坏弹簧。
技术实现要素：
针对现有的缺陷，本发明实施例提供了一种非接触式测量装置。其能解决现有技术中的接触式测量，导致接触式探头磨损后造成测量误差，效率低，而且对弹簧表面造成划伤，损坏弹簧的问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种非接触式测量装置，包括架体、传感器、滑轨、激光探头、驱动装置和控制器，传感器和滑轨均固定设在架体上，激光探头滑动设在滑轨上，架体上设有放置槽，并且，激光探头位于放置槽正上方，驱动装置与激光探头实现传动连接并与控制器实现电性连接，控制器输出控制信号进而控制驱动装置带动激光探头沿着滑轨的轴向前后移动；
外界被测物件被放置在放置槽上，激光探头照射激光至外界被测物件上并形成光斑，控制器与传感器电性连接，传感器检测外界被测物件上的光斑信息并将所检测的光斑信息发送至控制器，以便控制器将所接收的光斑信息进行处理。
进一步地，还包括滑块，滑块滑动设在滑轨上，滑轨位于传感器下方，激光探头固定设在滑块上；驱动装置与滑块实现传动连接；
传感器为ccd激光位移传感器。
进一步地，驱动装置包括电机和滚珠丝杆副，电机设在架体上，电机输出端与滚珠丝杆副一端连接，滚珠丝杆副另一端与滑块活动连接，电机被转动时，电机输出端通过滚珠丝杆副带动滑块沿着滑轨的轴向方向前后移动。
进一步地，还包括ad转换器，传感器、ad转换器与控制器依次电性连接，ad转换器接收由传感器所发送的光斑信息并发送至控制器。
一种非接触式测量方法，包括以下步骤：
步骤s101、将外界被测物件放置在放置槽上，控制器输出控制信号进而控制驱动装置带动激光探头沿着滑轨的轴向前后移动，以使得激光探头照射激光至外界被测物件上并形成光斑，其中外界被测物件为弹簧；
步骤s102、传感器检测弹簧上的光斑信息并将所采集的光斑信息转换成电压信息，之后，传感器将该电压信息输出至ad转换器；
步骤s103、ad转换器将该电压信息转换成数字信号并将该数字信号发送给控制器，以便控制器进行数据处理；
步骤s104、控制器通过数字滤波器对数字信号进行滤波，再经由两次连续归一化一阶运算处理，最终统计数据中不为零的点得到弹簧圈数。
进一步地，在步骤s102中，使用一个传感器对弹簧的每一圈进行扫描，即使用间隔采样方式，其采样数量公式为：c＝n×r
其中，c：每次检测的总采样数n:每圈弹簧的采样点数r:弹簧的最大圈数。
进一步地，在步骤s103中，其采样频率公式为：
其中，t:每次检测耗时l:弹簧的最大长度，s:传感器与弹簧之间相对速度，pmax:传感器数据最大输出频率p:系统最小采样频率。
进一步地，在步骤s103中，在对数字信号进行滤波处理前，进行阈值处理：设置波峰-波谷阈值，若波峰与波谷之间的距离小于该波峰-波谷阈值，则认为其为一个假波，不进行计数；
波峰-波谷阈值的范围为：标准完整波高度的1/3-1/2。
进一步地，在步骤s104中，将进行滤波处理后的数字信号进行第一次归一化一阶运算，使得数据上升使，该数据将被置为1，数据下降时，该数据将置为-1，之后，对数据进行第二次归一化一阶运算，即对原来的数据进行了归一化二阶运算，于是原来数据中的波谷位置的数将被置为-1，波峰位置将被置为1，其余数据将置为0，最后，只对数据中1或-1的数进行计数，得到数据中的波峰的个数，即得到弹簧的圈数。
本发明的有益之处在于：由于包括架体、传感器、滑轨、激光探头、驱动装置和控制器，传感器和滑轨均固定设在架体上，激光探头滑动设在滑轨上，架体上设有放置槽，并且，激光探头位于放置槽正上方，驱动装置与激光探头实现传动连接并与控制器实现电性连接，控制器输出控制信号进而控制驱动装置带动激光探头沿着滑轨的轴向前后移动；外界被测物件被放置在放置槽上，激光探头照射激光至外界被测物件上并形成光斑，控制器与传感器电性连接，传感器检测外界被测物件上的光斑信息并将所检测的光斑信息发送至控制器，以便控制器将所接收的光斑信息进行处理。在使用该非接触式测量装置进行测量的时候，将外界被测物件被放置在放置槽上(该外界被测物件为弹簧)，激光探头照射激光至弹簧上并形成光斑，控制器与传感器电性连接，传感器检测弹簧上的光斑信息并将所检测的光斑信息发送至控制器，以便控制器将所接收的光斑信息进行处理，进而自动测量出弹簧圈数测量，且测量精度高、测量迅速、设备维护成本极低、通用性好。其能解决现有技术中的接触式测量，导致接触式探头磨损后造成测量误差，效率低，而且对弹簧表面造成划伤，损坏弹簧的问题。
附图说明
图1为本发明非接触式测量装置的结构示意图；
图2为图1所示非接触式测量装置中传感器、激光探头和外界被测物件的结构示意图；
图3为本发明非接触式测量方法的结构示意框图；
图4为图3所示非接触式测量方法中传感器向数字滤波器所发送的原始光斑信号的示意图；
图5为图3所示非接触式测量方法中阈值处理后的示意图；
图6为图3所示非接触式测量方法中滤波处理后的示意图；
图7为图3所示非接触式测量方法中一阶运算处理后的示意图；
图8为图3所示非接触式测量方法中二阶运算处理后的示意图。
附图标记：1、架体；2、传感器；3、被测物件；4、激光探头。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
如图1-8所示，本实施例提出的非接触式测量装置，包括架体1、传感器2、滑轨、激光探头4、驱动装置、滑块、控制器和ad转换器。其中，驱动装置包括电机和滚珠丝杆副。
传感器2和滑轨均固定设在架体1上(传感器2为ccd激光位移传感器，传感器2输出的信号是0-5vdc的模拟信号，0v和5v分别对应了传感器2最小和最大的可检距离。传感器2的分辨率较高，可以达到5um或1um，或者，传感器2也可以为光学、电感、电容、霍尔式距离或者位移传感器)，而且，滑轨位于传感器2下方，另外，将滑块滑动安装在滑轨上，激光探头4固定设在滑块上，使得激光探头4滑动安装在滑轨上，当滑块沿着滑轨的轴向前后滑动时，该滑块带动激光探头4沿着滑轨的轴向前后滑动。其中，传感器2被置于弹簧正顶部，使激光探头4可以始终照射在弹簧中轴线上，传感器2垂直扫描全部弹簧圈顶峰。
电机设在架体1上，电机输出端设在滚珠丝杆副一端，而滚珠丝杆副另一端与滑块活动连接(即驱动装置与滑块实现传动连接)，电机被转动时，电机输出端通过滚珠丝杆副带动滑块沿着滑轨的轴向方向前后移动(激光探头4移动的同时，传感器2也随着一起移动)。
在架体1上设有放置槽，并且，激光探头4位于放置槽正上方，驱动装置中的电与控制器实现电性连接，控制器输出控制信号进而控制电机带动激光探头4沿着滑轨的轴向前后移动(其中的控制信号类似于脉冲信号)，进而使得电机输出端通过滚珠丝杆副带动滑块沿着滑轨的轴向方向前后移动。
将外界被测物件3被放置在放置槽上(其中外界被测物件3为弹簧，放置槽为v型安放槽，可以更好地将弹簧放置在v型安放槽)，激光探头4照射激光至弹簧上并形成光斑，传感器2、ad转换器与控制器依次电性连接，传感器2检测弹簧上的光斑信息并将所检测的光斑信息发送至ad转换器，ad转换器接收由传感器所发送的光斑信息并发送至控制器，以便控制器将所接收的光斑信息进行处理；激光探头4随着导轨上的滑块移动，每移动一个细微的距离便通过激光探头4测量弹簧上一点与激光探头4的距离，通过不断采点，便记录了弹簧的外形信息。激光探头4始终处于工作状态，将一束细激光照射在被检测物体之上(即弹簧上),显示出一个高亮的小光斑(即进行圈数的扫描)。线性ccd以一锐角度固定在激光探头4旁，并持续拍摄激光器下方的图像，于是，物体在距离传感器2的远近，将被反映在线性ccd拍摄的图像上，传感器2通过特定电子电路的运算，输出检测结果。
本实施例中，被测物件3为弹簧。在其他实施例中，被测物件3可以是齿轮，可以进行齿轮的齿数测量，是否有齿崩裂，缺齿，齿轮的轮廓一致性检测等等，或者，被测物件3可以是丝杆，可以进行丝杆的圈数检测，是否有齿崩裂，缺齿，螺旋线的轮廓一致性检测等等。
在使用该非接触式测量装置进行测量的时候，将外界被测物件3被放置在放置槽上(该外界被测物件3为弹簧)，激光探头4照射激光至弹簧上并形成光斑，控制器与传感器2电性连接，传感器2检测弹簧上的光斑信息并将所检测的光斑信息发送至控制器，以便控制器将所接收的光斑信息进行处理(例如，传感器2、ad转换器与控制器依次电性连接，传感器2检测弹簧上的光斑信息并将所检测的光斑信息发送至ad转换器，ad转换器将该电压信息转换成数字信号并将该数字信号发送给控制器，以便控制器进行数据处理，之后，控制器通过数字滤波器对数字信号进行滤波，再经由两次连续归一化一阶运算处理，最终统计数据中不为零的点得到弹簧圈数，实现自动补偿弹簧线径、外径、节距、表面质量、油膜等因素造成的测量误差，进而自动测量出弹簧圈数测量(在工业电脑中通过特定的软件提取数据中特征，识别出弹簧圈数)，相对于一般的测量方法来说具有无耗材、准确度度高、测量迅速、设备维护成本极低、兼容性好、不划伤弹簧、功耗低和效率高等诸多优点)，进而自动测量出弹簧圈数测量，且测量精度高、测量迅速、设备维护成本极低、通用性好。
一种非接触式测量方法，包括以下步骤：
步骤s101、将外界被测物件3放置在放置槽上，控制器输出控制信号进而控制驱动装置带动激光探头4沿着滑轨的轴向前后移动，以使得激光探头4照射激光至外界被测物件3上并形成光斑，其中外界被测物件3为弹簧；
步骤s102、传感器2检测弹簧上的光斑信息并将所采集的光斑信息转换成电压信息，之后，传感器2将该电压信息输出至ad转换器；
使用传感器2对弹簧的每一圈进行扫描，即使用间隔采样方式，其采样数量公式为：c＝n×r
其中，c：每次检测的总采样数n:每圈弹簧的采样点数r:弹簧的最大圈数。
步骤s103、ad转换器将该电压信息转换成数字信号并将该数字信号发送给控制器，以便控制器进行数据处理；
其采样频率公式为：
其中，t:每次检测耗时l:弹簧的最大长度，s:传感器2与弹簧之间相对速度(激光探头4移动的同时，传感器2也随着一起移动)，pmax:传感器2数据最大输出频率p:系统最小采样频率；
在对数字信号进行滤波处理前，进行阈值处理：设置波峰-波谷阈值，若波峰与波谷之间的距离小于该波峰-波谷阈值，则认为其为一个假波，不进行计数；
波峰-波谷阈值的范围为：标准完整波高度的1/3-1/2；
在数据处理的过程中，由于电源电压不稳定、模拟信号线受到电磁干扰、弹簧表面油污、弹簧圈间隔不均匀和弹簧圈外径尺寸不一致等多原因影响，采样的数据必然带有较大量噪声干扰，因此在正式对圈数信息进行提取前，需要对数据进行预处理，这里的预处理主要指数字滤波，在滤波之后使用识别算法对圈数进行提取和数据的输出。
如图4所示，在采集回来的原始信号波型，有不少突然拔高的尖峰，这些尖封的产生是由于激光穿过弹簧圈之间的间隔(有些弹簧不是密圈的)，直接照射在了弹簧底部而产生的。
如图6所示，由于油污、抖动等的影响，信号中会混有高频信号干扰，使波峰上会偶有其他极值点，需要使用数据滤波器对这些高频干扰信号进行滤除，实际上为了确保系统的实时性，一般采用较低时间复杂度的算法，比如均值滤波器来进行滤波，为了保证滤波效果，均值滤波器的滤波窗口一般为每圈弹簧采样数的一半以上。
步骤s104、将进行滤波处理后的数字信号进行归一化一阶运算处理后，得到弹簧圈数；
其中，如图7所示，数据的预处理已经完成，接下来是对数据中的圈数信息进行提取，对于图形中的每一个波峰，实际上代表了弹簧圈中线的顶部，因此弹簧圈的检测可以看成是对数据集中波峰的个数的提取，将进行滤波处理后的数字信号进行第一次归一化一阶运算，使得数据上升使，该数据将被置为1，数据下降时，该数据将置为-1，
如图8所示，对数据进行第二次归一化一阶运算，即对原来的数据进行了归一化二阶运算，于是原来数据中的波谷位置的数将被置为-1，波峰位置将被置为1，其余数据将置为0，最后，只对数据中1或-1的点进行计数(即可以对数据中“不为零”的点进行计数，其中“不为零”的点是指1或-1两者之一的点)，得到数据中的波峰的个数，即得到弹簧的圈数。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。