一种圆柱面信息连续采集装置、采集方法及分析方法与流程

本发明涉及机械部件检测，特别是一种圆柱面信息连续采集装置、采集方法及分析方法。

背景技术：

1、圆柱面是机械行业应用最广泛的形面，其中外圆柱面几何精度信息是影响着零部件使用性能的关键指标，特别是10m以上的细长杆件的直线度。在实际生产中，通常采用拉线法检测10m以上的细长杆件在竖直和水平两个方向的母线变动量，进而计算直线度。该方法存在着检测精度差、效率低的问题。随着数字化制造需求的日益迫切，急需开发环境适应性强、结构简单、易于实现、制造成本低的圆柱面信息连续采集方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种圆柱面信息连续采集装置、采集方法及分析方法，能够对细长杆件的外圆柱面信息进行准确测量及分析，得到细长杆件的直线度，结果准确可靠。本发明采用的技术方案如下。

2、一方面，本发明提供一种圆柱面信息连续采集装置，包括检测单元，所述检测单元包括水平定位杆、竖直定位杆、竖直测量组件和水平测量组件；

3、所述水平定位杆的两端分别活动设置一个所述竖直定位杆，所述水平定位杆与竖直定位杆之间连接有用于将两者之间夹角限制为直角的限位件；所述水平定位杆与两侧竖直定位杆之间围成待测杆件夹持空间；

4、所述竖直测量组件包括第一测量架、第一滚轮和竖直方向测量传感器；所述第一测量架固定安装于所述水平定位杆中部，所述竖直方向测量传感器固定安装于第一测量架上，且其测量口朝向所述待测杆件夹持空间，所述第一滚轮安装于第一测量架上，用于滚动连接待测杆件顶部外圆面；

5、所述水平测量组件包括第二测量架、第二滚轮和水平方向测量传感器；所述第二测量架固定安装于所述竖直定位杆下端，所述水平方向测量传感器固定安装于第二测量架上，且其测量口朝向所述待测杆件夹持空间，所述第二滚轮安装于第二测量架上，用于滚动连接待测杆件侧部的外圆面。

6、在应用时，将检测单元安装至待测杆件外周，使待测杆件穿过待测杆件夹持空间，第一滚轮与待测杆件顶部外圆面相接，两个第二滚轮相对，分别与待测杆件两侧顶部外圆面相接。当检测单元整体沿待测杆件轴向移动，竖直方向测量传感器和水平方向测量传感器分别测量待测杆件顶部母线以及两侧母线的径向位置数据，再结合各测量点的水平位置，可用作计算待测杆件直线度的基础数据。

7、可选的，圆柱面信息连续采集装置还包括基准标定单元，所述基准标定单元包括安装座和固定安装于所述安装座上的投影仪，所述安装座用于可拆卸安装于所述待测杆件上，使得所述投影仪的投影方向平行于待测杆件轴向。检测单元可沿投影仪投射的光线在待测杆件上滚动，提升测量过程稳定性。安装座优选为磁力安装座，能够直接吸附于金属待测杆件上，或者通过分置于待测杆件内外并相互吸附的两个部分实现在任意材质待测杆件上的固定，保持基准标定单元位置稳定性，减少其他固定方式对待测杆件造成的外表面损伤。

8、可选的，圆柱面信息连续采集装置还包括控制处理单元，所述竖直方向测量传感器和水平方向测量传感器的信号输出端分别连接处理器，以传输母线径向位置信息，所述处理器根据接收到的母线径向位置信息计算待测杆件的直线度。本发明所述的待测杆件外圆面母线即，待测杆件外圆面上任一理应与杆件轴向平行的线，对于任一母线上的任一点，测量传感器的测量方向线为经过该点的杆件径线，因此母线径向位置信息可表现为，沿杆件经线方向，测量点与测量传感器之间的距离，该数据可通过反射式距离传感器等测得。

9、可选的，所述竖直测量组件的第一测量架上还固定安装有倾角仪。该倾角仪可用于标定整个检测单元的倾角，确保测量传感器的每个有效测量值实在同样的倾角下测得的，如待测杆件轴向水平，则该理想倾角应为0度，如待测杆件轴向倾斜，则该理想倾角应当为待测杆件倾斜的角度，确保测量传感器所测的变动量为待测杆件单条外圆母线上测量点的测量值。

10、在同时设置有倾角仪和控制处理单元的情形下，倾角仪的信号输出端连接控制处理单元，控制处理单元根据相同倾角下测得的母线径向位置信息，计算待测杆件的直线度。即，能够实现控制处理单元的自动化直线度分析，分析结果高效准确。

11、可选的，所述第一滚轮和第二滚轮分别浮动安装于第一测量架和第二测量架上，且它们的浮动方向为待测杆件的径向。当待测杆件外圆面存在变动，浮动的滚轮可顺畅通过变动位置，不影响测量架上的的测量传感器。滚轮在测量架上的浮动安装可采用现有技术。

12、可选的，为了能够适应多种尺寸杆件的直线度测量，本发明中，所述水平定位杆和竖直定位杆均为具有多个可调长度的伸缩杆。具体的：

13、所述水平定位杆和竖直定位杆分别包括杆套和内杆体，水平定位杆的内杆体两端外分别套接一个水平定位杆套，竖直定位杆的内杆体上端套接一个竖直定位杆套，所述水平定位杆套外端部连接所述竖直定位杆套上端部；

14、所述内杆体长度方向上设有对应不同待测杆件直径的多个定位孔，杆套上设有外定位孔，所述外定位孔通过定位销与内杆体上的定位孔固定连接。

15、可选的，所述水平定位杆套与竖直定位杆套之间为转动连接，两者之间相对转动的夹角变化范围为[90，180]度；

16、所述限位件为弹簧，弹簧两端分别连接水平定位杆套和竖直定位杆套，且能够与两杆套围成直角三角形。

17、当检测单元整体沿待测杆件移动时，两弹簧的拉力可使得水平定位杆与竖直定位杆之间维持90度夹角，确保测量准确性。在将检测单元安装于待测杆件时，可通过适当拉动两竖直定位杆张开一定角度，避免安装过程对待测杆件外表面造成摩擦损伤，待安装到位后缓慢释放两侧竖直定位杆，由弹簧拉力使得竖直定位杆和水平定位杆之间恢复90度夹角。

18、第二方面，本发明提供一种基于上述圆柱面信息连续采集装置的圆柱面信息连续采集方法，包括：

19、将基准标定单元固定于待测杆件顶部，使得其上投影仪投射的光线与待测杆件轴向相互平行；

20、将检测单元安装至待测杆件上部外侧，使竖直测量组件对齐投影仪投射的光线，第一滚轮沿待测杆件顶部滚动时，竖直方向测量传感器朝向待测杆件顶部母线，第二滚轮滚动连接待测杆件两侧部，水平方向测量传感器朝向待测杆件两侧顶部母线；

21、以投影仪投射的光线为参考，沿待测杆件轴向移动检测单元，在移动过程中，通过竖直方向测量传感器和水平方向测量传感器采集相同倾角下的测量点母线径向位置数据，以及测量点水平位置数据。水平方向位置可根据被测杆件上的同一参考点确定，为测量点与参考点之间的距离。

22、当竖直方向测量传感器和水平方向测量传感器选用激光位移传感器，上述测得的母线径向位置也即传感器与待测杆件母线上测量点之间的距离，当外圆面存在变化量，测得的距离也将相应变化。

23、第三方面，本发明提供一种基于上述圆柱面信息连续采集装置的圆柱面信息分析方法，包括：

24、获取母线径向位置的竖直方向采集数据和水平方向采集数据、测量点水平位置数据，以及采集数据对应的倾角数据；

25、选取同一倾角下的多组母线径向位置的竖直方向采集数据和水平方向采集数据，以及测量点水平位置数据；

26、利用所选取的数据对待测杆件外圆面的每条被测母线进行曲线拟合；

27、根据拟合得到的外圆面母线，计算各测量点在待测杆件径向上的母线偏移量；

28、根据计算得到的母线偏移量，确定每条被测母线上待测杆件的直线度。

29、可选的，所述利用所选取的数据对待测杆件外圆面的每条被测母线进行曲线拟合，包括：

30、s1，假设任一被测母线的表示为直线方程：y＝kx+b，其中，y表示测量点的母线径向位置，x表示相应测量点的水平方向位置；

31、s2，利用该被测母线上所选取的测量点数据，根据下式计算斜率k和常数b，得到相应的母线方程：

32、

33、以上，测量点的水平方向位置是以被测杆件上的同一参考点确定的，如首先确定第一个测量点，以该测量点作为参考点，对于第二个测量点来说，其水平方向位置即该测量点与第一个测量点之间的距离，同样的，对于第i个测量点来说，其水平方向位置xi即该测量点与第一个测量点之间的距离。

34、可选的，所述根据拟合得到的外圆面母线，计算各测量点在待测杆件径向上的母线偏移量，包括：

35、对于每条被测母线上已选取的所有测量点数据，利用公式d＝yi-kxi-b，计算得到各测量点的偏移量；

36、所述根据计算得到的母线偏移量，确定每条被测母线上待测杆件的直线度，包括：

37、对于每条被测母线，获取计算得到的所述偏移量的最大值dmax和最小值dmin；

38、根据所述偏移量的最大值dmax和最小值dmin计算该被测母线的直线度，公式为：f＝dmax-dmin。

39、有益效果

40、本发明的圆柱面信息连续采集装置，通过水平定位杆与竖直定位杆的配合，以及滚动设置的测量组件及其上设置的传感器，能够对细长杆件的外圆柱面侧母线径向位置信息进行连续且准确地测量，对被测杆件外圆面几乎无损伤，能够为杆件圆柱面的直线度分析提供可靠基础。同时，可变长度的定位杆使得装置能够适用于多种规格的杆件测量需求。

41、本发明的圆柱面信息分析方法，利用连续采集装置得到的数据基础，分析得到细长杆件的直线度，分析过程简便快速，且结果准确可靠。