零件外形检测装置的制作方法

本实用新型涉及检测仪器领域，具体涉及一种零件外形检测装置。

背景技术：

在零部件加工生产过程中，检测零件外形是判断待测零件加工是否合格的必要手段。如钢筋、钢管、丝杆等轴类或者盘类零件，为了装配需求，常需加工外螺纹。传统的外螺纹外形参数检测都是利用检测工具进行接触式的手动检测检测时需要检测几个点，此种方式在批量的待测零件外螺纹检测上有很多弊端。比如：1)检测工作量大、效率低、检测结果易受到人为因素干扰；2)检测工具易磨损，对检测人员要求较高等；3)人工视觉检测技术稳定性不高，使用过程会受到一定的限制；4)无法检测到外螺纹的齿根外齿。

技术实现要素：

本实用新型的一个目的在于提供一种零件外形检测装置，该检测装置与工控机电气连接后，将传感器检测到的数据传输给工控机，经工控机计算后可得出零件的外形尺寸，以解决人工视觉检测零件，检测结果易受到人为因素干扰，检测技术稳定性不高的问题。

为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：零件外形检测装置，包括零件放置架，用于放置待测零件；

测试机构，包括至少一个位移传感器以及至少一个距离传感器；位移传感器用于扫描待测零件的外形尺寸参数；距离传感器用于检测位移传感器扫描完待测零件一个截面后沿垂直于待测零件截面方向移动的位移；

还包括至少一个驱动机构，驱动机构驱动零件放置架或者测试机构在直线、平面或立体范围内运动。

上述技术方案中，位移传感器先扫描待测零件的一个截面的外形参数，驱动机构驱动零件放置架或者测试机构沿垂直于待测零件截面方向移动一个距离，位移传感器扫描待测零件的此截面的外形参数；如此重复，直至检测完所有待测零件的截面。本方案相比传统的人工视觉检测，不易受到人为因素的干扰，检测过程的稳定性好，而且对检测人员的要求低。

进一步，驱动机构包括驱动零件放置架纵向运动的第一驱动机构，驱动零件放置架竖向运动的第二驱动机构，驱动测试机构横向运动的第三驱动机构。由此使得待测零件横向的放置在零件放置架上，通过第一驱动机构和第二驱动机构调节待测零件的位置，使之与位移传感器保持合适的距离，便于位移传感器检测零件；第三驱动机构使测试机构横向运动，即沿垂直于待测零件截面的方向运动，便于对待测零件进行多点检测。

进一步，位移传感器包括第一位移传感器和第二位移传感器，第一位移传感器和第二位移传感器分别位于零件放置架两侧相对的方向；距离传感器包括第三距离传感器和第四距离传感器；第三距离传感器用于检测第一位移传感器和第二位移传感器竖向方向的距离；第四距离传感器用于检测第一位移传感器的横向位移。在零件放置架两侧相对的方向各设一个位移传感器，且设有检测此两个位移传感器之间距离的第三距离传感器，由此间接检测轴类、盘类、外螺纹零件的外形参数。

进一步，第一位移传感器和第二位移传感器分别位于零件放置架的上、下两侧，测试机构还包括使第一位移传感器或第二位移传感器竖向运动的第四驱动机构，第一位移传感器和第二位移传感器两者的纵向位置和横向位置相对不变。第四驱动机构使其中一个位移传感器竖向运动，便于调节两个位移传感器之间的距离；在检测不同直径的零件时，可保证位移传感器在合适的量程内，使检测结果更准确。

进一步，第四驱动机构驱动第一位移传感器竖向运动，第一位移传感器和第二位移传感器为激光位移传感器；第三距离传感器为磁栅尺，该磁栅尺的读头随第一位移传感器运动；第四距离传感器为横向设置的光栅尺，该光栅尺的标尺光栅固定不动，该光栅尺的读头随第一位移传感器一起运动。

激光位移传感器直线度好，且检测精度高；磁栅尺体积小，对空间结构的影响小；光栅尺检测范围大，检测精度高，响应速度快，适合检测第一位移传感器横向移动的距离。

进一步，第一驱动机构包括第一导轨、第一滑块和使第一滑块在第一导轨上纵向滑动的第一驱动模块；第二驱动机构包括第二滑块、与第一滑块固定连接的第二导轨和使第二滑块在第二导轨上竖向滑动的第二驱动模块，该第二滑块与零件放置架固定连接。通过导轨和滑块的方式使得待测零件的纵向和竖向移动路径按导轨的路径行走。

进一步，第三驱动机构包括第三电机和横向设置的第三导轨，第三电机的输出轴同轴连接有第三丝杆；测试机构还包括横向滑动连接在第三导轨上的第三滑块，第三丝杆与该第三滑块螺纹连接；第四驱动机构包括第四滑块和使第四滑块在第三滑块上竖向运动的第四驱动模块；第一位移传感器和第三距离传感器与该第四滑块连接；第二位移传感器与第三滑块固定连接；第三距离传感器设置在第三滑块上；该第四驱动模块包括连接在第三滑块上的两根竖向的导向柱，两根导向柱穿设在第四滑块上，第三滑块上转动连接有竖向的第四丝杆，第四丝杆与第四滑块螺纹连接，第四丝杆上固接有第四旋钮。

通过第三电机、第三丝杆的方式使测试机构在第三导轨上横向运动，结构简单，安全可靠。第一位移传感器和第三距离传感器安装在第四滑块上，随第四滑块竖向运动；而且通过第四丝杆、第四旋钮使得第四滑块竖向运动，从而调节第一位移传感器的竖向位置；由于批量检测待测零件时，零件的外形尺寸变化很小，第一位移传感器的竖向位置无需经常调节，因而用第四旋转手动调节即可，无需采用电机的方式驱动，可节约成本。

附图说明

图1为实施例一的检测装置与工控机连接的立体结构示意图。

图2为实施例二中触摸屏上显示的待测零件外螺纹外形数据示意图。

图3为实施例三中第三位移传感器的扫描待测零件横截面外形尺寸的路径示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明：

说明书附图中的附图标记包括：机架1、第一导轨11、第一滑块12、第一旋钮13、第二导轨21、第二滑块22、第二旋钮23、零件放置架31、V型块32、第一位移传感器41、第二位移传感器42、磁栅尺43、光栅尺44、第三导轨5、第三电机51、第三滑块6、第四滑块61、导向柱62、第四丝杆63、第四旋钮64、工控机7、第三位移传感器8。

实施例一

本实施例基本如图1所示：零件外形检测装置，包括机架1，机架1上设有零件放置架31，检测待测零件外螺纹的测试机构，驱动零件放置架31或者测试机构在直线、平面或立体范围内运动的驱动机构。优选地，该驱动机构包括驱动零件放置架31纵向运动(即前、后运动)的第一驱动机构，驱动零件放置架31竖向运动(即上、下运动)的第二驱动机构，以及驱动测试机构横向运动(即左、右运动)的第三驱动机构。应该指出，实际中也可使待测零件不动，使测试机构竖向、纵向运动。

第一驱动机构包括通过螺栓连接在机架1上的第一导轨11，第一导轨11上竖向滑动连接有第一滑块12，第一导轨11的内部设有使第一滑块12在第一导轨11上纵向滑动的第一驱动模块，该第一驱动模块包括转动连接在第一导轨11上的第一齿轮(图中未示出)，第一滑块12上固接有与第一齿轮啮合的纵向的第一齿条，第一滑块12左侧第一齿轮上固接有第一旋钮13；由此通过转动第一旋钮13使零件放置架31纵向运动。

第二驱动机构包括通过螺栓连接在第一滑块12上的第二导轨21，第二导轨21上竖向滑动连接有第二滑块22，第二导轨21的内部设有使第二滑块22在第二导轨21上竖向滑动的第二驱动模块，该第二驱动模块包括转动连接在第二导轨21上的第二齿轮(图中未示出)，第二滑块22上固接有与第二齿轮啮合的竖向的第二齿条，第二滑块22左侧第二齿轮上固接有第二旋钮23；由此通过转动第二旋钮23使零件放置架31竖向运动。该第二滑块22与零件放置架31通过螺栓连接，零件放置架31的两端横向滑动连接有放置待测零件的V型块32，V型块32与零件放置架31的具体滑动连接方式为：V型块32上设有与零件放置架31外形配合的滑槽。

需要说明的是，采用齿轮齿条的传动方式仅为第一驱动模块/第二驱动模块的一种实现方式，第一驱动模块和/或第二驱动模块也可采用蜗轮蜗杆、曲柄滑块、丝杆副等将转动变为直线运动的其他机构。当然采用导轨、滑块和第一驱动模块/第二驱动模块的方式仅为第一驱动机构/第二驱动机构的一种实现方式，第一驱动机构和/或第二驱动机构还可采用液压动力单元、气压动力单元、电液推杆、电机丝杆套等传动等方式使零件放置架31竖向及纵向运动，可根据实际情况进行选择，具体不做限制。

第三驱动机构包括第三电机51和横向设置的第三导轨5，第三电机51为步进电机且位于第三导轨5的内部，第三电机51的输出轴同轴连接有第三丝杆((图中未示出)。测试机构包括位移传感器以及距离传感器，位移传感器包括第一位移传感器41和第二位移传感器42；距离传感器包括第三距离传感器和第四距离传感器。测试机构还包括横向滑动连接在第三导轨5上的竖向的第三滑块6，第三丝杆与第三滑块6螺纹连接。

第二位移传感器42通过螺栓连接在第三滑块6的下端，第一位移传感器41和第二位移传感器42均为激光位移传感器，优选无锡泓川科技有限公司的高精度激光位移传感器LDS系列。第三距离传感器为磁栅尺43，用于检测第一位移传感器41和第二位移传感器42竖向方向的高度差，磁栅尺43读头的长度约为7cm，磁栅尺43步距为5um；优选深圳市米朗科技有限公司的MIRAN系列。测试机构还包括第四距离传感器，第四距离传感器为横向设置的光栅尺44，该光栅尺44的标尺光栅固接在第三导轨5上，该光栅尺44的读头随第一位移传感器41一起运动，该光栅尺44的栅距为10um，优选北京精准博达科技有限公司的MSA 7xx系列的封闭式光栅尺；该光栅尺44用于读取第一位移传感器41和第二位移传感器42的横向位移。

本实施例优选第三滑块6竖向设置，使得第一位移传感器41和第二位移传感器42位于零件放置架31的上、下两侧；实际中第三滑块6可与竖向方向呈任意角度设置，相应的第一位移传感器41和第二位移传感器42分别位于零件放置架31两侧相对的方向。应当指出，实际中为了进一步提高检测数据的准确性，可在待测零件外螺纹的周向上多设置几个位移传感器，且相应的多设置检测位移传感器间距离的距离传感器。

测试机构还包括使第二位移传感器42竖向运动的第四驱动机构，第四驱动机构包括第四滑块61和使第四滑块61在第三滑块6上竖向运动的第四驱动模块，第一位移传感器41和第三距离传感器通过螺栓与第四滑块61连接，使得磁栅尺43的读头跟随第一位移传感器41移动。第四驱动模块包括连接在第三滑块6上的两根竖向的导向柱62，导向柱62与第三滑块6的连接方式可以为转动或者固接；两根导向柱62穿设在第四滑块61上，第三滑块6上转动连接有竖向的第四丝杆63，第四丝杆63与第四滑块61螺纹连接，第四丝杆63的上端固接有第四旋钮64；由此通过转动第四旋钮64，使第四滑块61带动第一位移传感器41和磁栅尺43的读头竖向运动。

由于批量检测待测零件时，待测零件的外形尺寸变化很小，待测零件的纵向位置和竖向位置无需经常调节；而且第一位移传感器41的竖向位置无需经常调节，因而用第一旋钮13、第二旋钮23和第四旋钮64手动调节即可，无需采用电机的方式驱动，可节约成本。

将该检测装置中的第三电机51、第一位移传感器41、第二位移传感器42、磁栅尺43和光栅尺44均与工控机7电气连接后，可将第一位移传感器41、第二位移传感器42、磁栅尺43和光栅尺44检测到的外形参数传送至工控机7，经工控机计算后得到零件的外形尺寸，比如检测零件外螺纹参数，具体步骤如下：

A搭建本实用新型的检测装置。

B检测前准备，将待测零件放置在零件放置架31上的V型块32上，同时可根据待测零件的长度在零件放置架31上调节两块V型块32间的距离；转动第一旋钮13，使待测零件纵向移动，使第一位移传感器41和第二位移传感器42发出激光的延长线能够通过被测待测零件外螺纹的中心轴线，且与其相垂直。

C读取初始位置数据，读取磁栅尺43的检测数据，记录为Y0，读取第一位移传感器41和第二位移传感器42的检测数据，并将数据上传至工控机7；

D使第三电机51转动，第三电机51使滑块横向运动，即沿待测零件的长度方向运动，第一位移传感器41、第二位移传感器42和光栅尺44的读头随之运动，每次移动距离为Δx；

E读取光栅尺44测得的Δx数据；同时读取第一位移传感器41测得的待测零件上表面螺纹参数，记录为Y1；读取第二位移传感器42测得的待测零件下表面螺纹参数，记录为Y2。

F重复上述D至E步骤，直至读取完待测零件上的整段外螺纹。

G将读取到的位移传感器和距离传感器测得的数据进行平滑滤波处理。

H求出待测零件的参数。

I工控机7上的触摸屏显示待测零件的外形尺寸参数。

采用上述方法检测待测零件外螺纹参数时，工控机7每获得第一位移传感器41和第二位移传感器42发送的一个Y轴方向上测得的数据Y1和Y2时，光栅尺44就会发送一个X轴方向上检测到的数据，并且该数据与上一个数据在X轴方向上相差一个固定的位移Δx。如此重复步骤D和E，测得多组X轴、Y轴的数据，然后可以得到多组二维数据集合，然后合成待测零件外螺纹轴向剖视的数据示意图。如图2所示，为待测零件外螺纹上表面的齿形数据和下表面的齿形数据合成后的待测零件外螺纹数据示意图。

再对图2中的数据进行合理的判断、滤波、分段，找到各齿面的直线段部分，进一步求出直线段部分的交点，并计算出几个基本参数，最后进行误差补偿，把检测数据存入数据库，一个完整的检测周期结束。通过图2中的数据可以计算出待测零件的外螺纹参数如下：

大径d＝Y0-(Y22+Y12),小径d1＝Y0-(Y21+Y11)，螺距P。

式中：Y11为滤波后工控机从第一位移传感器测得的Y1中识别出的外螺纹上表面的齿根值；

Y12为滤波后工控机从第一位移传感器测得的Y1中识别出的外螺纹上表面的齿顶值；

Y21为滤波后工控机从第二位移传感器测得的Y2中识别出的外螺纹下表面的齿根值；

Y22为滤波后工控机从第二位移传感器测得的Y2中识别出的外螺纹下表面的齿顶值；

螺距P相邻两螺纹之间的距离。

再根据公知常识，可计算出外螺纹的中径d2＝d-0.640327P，即可由大径与螺距通过简单的计算得到。

由于每个截面测得的Y11、Y12、Y21和Y22不尽相同，对精度要求不高时，可将Y11、Y12、Y21和Y22求平均值以后再计算外螺纹的参数；若对检测精度要求更高，则可将Y11、Y12、Y21和Y22的最大值与最小值代入外螺纹大径和小径的计算公式进行计算，得出外螺纹大径和小径的取值范围，从而判断该外螺纹的加工精度。

实施例二

本实施例的检测装置与实施例一的不同之处在于，测试机构中位移传感器和距离传感器的数量和布置位置与实施例一中不同。如图3所示，本实施例中位移传感器包括第三位移传感器8，其为激光位移传感器，该第三位移传感器8可绕待测零件的外围按设定的半径和速度旋转，从而将待测零件的一个截面外形尺寸进行扫描；同时也设有实施例一种的第三驱动机构的，在第三驱动机构的驱动下第三位移传感器8还可沿垂直于待测零件截面方向运动。

距离传感器仅设置了实施例一中的光栅尺44，该光栅尺44的读头随第三位移传感器8沿垂直于待测零件截面方向运动，测出第三位移传感器8沿垂直于待测零件截面方向运动的位移。本实施例中可采用电机和偏心轴的驱动方式使第三位移传感器8绕待测零件的外围旋转；此结构为现有技术，在此不再赘述。

用本实施例的检测装置检测待测零件的外形尺寸时，第三位移传感器8初始位置位于待测零件的正上方，然后使第三位移传感器8按照设定的半径和速度转动，即按图3中路径S运动。由于第三位移传感器8的路径和速度已知，由此可根据第三位移传感器8运动的时间确定第三位移传感器8的位置。第三位移传感器8运动过程中测得其到待测零件表面的距离，当第三位移传感器8旋转一圈后便可将待测零件的一个截面的外形尺寸扫描出来。

完成一个截面的尺寸检测后，第三位移传感器8又位于待测零件的正上方，然后第三驱动机构使第三位移传感器8和光栅尺44的读头沿垂直于待测零件截面方向运动Δx，光栅尺44读取此位移数据并传送给工控机7。然后第三位移传感器8再按照路径S旋转一圈，将待测零件第一个Δx位置的截面的外形尺寸扫描出来。如此重复上述步骤，扫描出待测零件n个截面外形尺寸，得到n组截面外形尺寸的数据集合，然后合成待测零件的整个三维外形尺寸。

当然，为了提高检测速度，第三位移传感器8的数量可为多个，比如四个，四个第三位移传感器8均匀的分布在路径S上。

以上所述的仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本实用新型的保护范围，这些都不会影响本实用新型实施的效果和专利的实用性。本实用新型所省略描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。