CN106807648A - 光机电一体化检测机械零件尺寸装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及自动化检测装置，具体涉及光机电一体化检测机械零件尺寸装置。它包括光电控制系统、产品流水线和不合格产品剔除系统，光电控制系统是由复合光源扫描仪和光电控制器通过数据控制线相连接，电子计时器再与光电控制器相连接，其中不合格产品剔除系统是由电磁线圈空气阀一侧设有不合格产品容器，不合格产品剔除系统置于被检测产品两侧，这样被电磁线圈空气阀控制的喷气口喷出的强气流使得不合格的产品从自动传输带落入不合格产品容器中。本发明运用了光、机、电一体化检测技术，可以大幅度地降低检测技术人员的劳动强度，实现检测的自动化，连续化，检测数据稳定可靠。

Description

光机电一体化检测机械零件尺寸装置

技术领域

本发明涉及自动化检测装置，具体涉及光机电一体化检测机械零件尺寸装置。

背景技术

光机电一体化技术是由机械技术与激光、微电子等技术揉合融汇在一起的新兴技术。它与传统的机械产品比较，主要有以下特征：1.综合性与系统性：光机电一体化是一门跨学科的边缘科学，它是激光技术、微电子技术、计算机技术、信息技术与机械技术结合而成的综合性高技术。这种多种技术的综合及多个部分的组合，使得光机电一体化技术及产品更具有系统性、完整性和科学性。其各个组成部分如机械技术、微电子技术、自动控制技术、信息技术、传感技术、电力电子技术、接口技术、模拟量与数字量交换技术以及软件技术等在综合成一个完整的系统中相互配合有严格的要求，这就需要取长补短，不断向理想化方向发展。其结果使原来各种技术扬长避短，更趋于合理。2.多层次，覆盖面广：光机电一体化是一个总的技术指导思想，它不仅体现在一些机电一体化的单机产品之中，而且贯穿于工程系统设计之中。从简单的单台光机电一体化产品，到现代工业中的柔性加工系统；从简单的单参数显示，到复杂的多参数、多级控制；从机械零部件连续自动热处理生产线，到各种现代高速重型机械自动化生产线等，光机电一体化技术都有不同层次、覆盖面很广的应用领域。对于工程系统，需成套地进行开发和制造。对于光机电一体化单机产品(设备)，应采用简繁并举、高低级并存的多层次发展途径。可发展功能附加型的低级产品；也可发展功能替代型的中级产品；还可发展机电融合型的高级产品，成为前所未有的新一代产品。3.结构简化，方便操作：光机电一体化技术可位过去靠机械传动链连接的各个相关动作部分，改用几台电机分别驱动，或用电力电子器件，或用电子电控装置进行相关动作控制来实现。因此，使机械结构大大简化，甚至使有些机械结构“脱胎换骨”，产生了质的变化。光机电一体化技术使得操作人员摆脱了以往必须按规定操作程序或节拍频繁紧张地进行单调重复操作的工作方式，能以灵活方便地按需控制和改变生产操作程序。任何一台光机电一体化装置或系统各个相关传动机构的动作及功能协调关系，可由预设的程序一步一步地由电子控制系统指挥，如数控机床、柔性加工系统等。有些光机电一体化装置，可实现操作全自动化，如工业机器人、印制电路板数控高速钻床等。有些更高级的光机电一体化系统，还可通过被控对象的数学模型以及根据任何时刻外界各种参数的变化情况，随机自寻最佳工作程序、动作程度和快慢以及协调关系，以实现最优化工作及最佳操作，例如微机控制的热连轧机钢板测厚自控系统、电梯群控系统、智能机器人等。4.精度提高，功能增加，机电一体化技术使机械传动部件减少，因而使机械磨损及配合间隙等所引起的动作误差大大减小，同时由于采用了电子技术，反馈控制水平的提高并能进行高速处理，可通过电子自动控制系统精确地按预设量使相应机构动作，因各种干扰因素造成的误差，又可通过自控系统自行诊断、校正、补偿去达到靠单纯机械方式所不能实现的工作精度。因而光机电一体化产品应用领域宽，适用面广，易于满足各种需要。电子技术的引入，使产品面貌发生巨大变化，电子装置能按照入的意图进行自动控制、自动检测、信息采集及处理、调节、修正、补偿、自诊断、自动保护直至自动记录、显示、打印工作结果。通过改变程序、指令等软件内容而无需改动硬件部分就可变换产品的功能，使机械控制功能内容的确定和变化趋。5.高可靠性，高稳定性和高使用寿命：传统的机械装置的运动部分，一般都伴随着磨损及运动部件配合间隙所引起的动作误差，而发出由于可动摩擦、撞击、振动等引起的声响噪声，这显然影响装置的寿命、稳定性和可靠性。而光机电一体化技术的应用，使装置的可动部件减少，磨损也大为减少，像集成化接近开关甚至无可动部件、无机械磨损。因此，装置的寿命提高，故障率降低，从而提高了产品的可靠性和稳定性。有些光机电一体化产品甚至做到不需维修或者具有自诊断功能。6.开发上的知识密集性：研制开发光机电一体化产品往往要涉及许多学科和专业知识，如数学、物理学、化学、声学、机械工程学、电力电子学、电工学、系统工程学、光学、控制论、信息论和计算机科学等多门学科以及各门类的专业知识。

光机电一体化技术既然有那么多的优势，能否在实践中得到很多运用？在机械工业的产品检测中，特别是检测一批同样大小的零件时，很多中小型企业是采用通规与止规来人工检测机械零件是否符合图纸规定的公差的，这样检测速度慢、效率低下，而且要制造好每种产品的通规与止规。是否能研发出一种自动化检测装置，来快速、高效、准确检测不同的机械产品，该装置能将不合格产品自动剔除。该种自动化检测装置正是目前很多企业所渴望的。

发明内容

本发明针对上述存在问题，提出了一种光机电一体化检测机械零件尺寸装置，该装置可以解决机械产品的自动化检测，特别适合对于产品的外径、内径的尺寸检测，当产品从自动化传输带经过时，复合光源扫描仪1可以挨个对机械零件进行检测，主要是利用测距扫描传感探头9对零件进行尺寸检测，并在光电控制器2设定图纸上规定的公差范围，使得不符合图纸上规定的公差范围的零件被电磁线圈空气阀6通过喷气口8将不合格的机械零件进行自动化剔除。这样大幅度地提高了生产效率和自动化程度。

本发明涉及的技术解决方案：

本发明为光机电一体化检测机械零件尺寸装置，包括光电控制系统、产品流水线和不合格产品剔除系统，其特征在于：所述的光电控制系统是由复合光源扫描仪1和光电控制器2通过数据控制线11相连接，电子计时器3再与光电控制器2相连接，所述的不合格产品剔除系统是由电磁线圈空气阀6一侧设有不合格产品容器10，不合格产品剔除系统置于被检测产品4两侧，这样被电磁线圈空气阀6控制的喷气口8喷出的强气流使得不合格的产品从自动传输带5落入不合格产品容器10中。所述的产品流水线主要有连续运转的自动传输带5和被检测产品4组成，被检测产品4被自动传输带5陆续带到复合光源扫描仪1下方，测距扫描传感探头9可以对被检测产品4进行逐个检测。

3、本发明进一步技术解决方案是，所述的电磁线圈空气阀6下方设有进气管7、上方设有喷气口8，在电磁线圈空气阀6前道工序可也设置空气压缩机产生压缩空气供给电磁线圈空气阀6，当“发现”尺寸不合格机械产品时，喷气口8喷出的强气流使得不合格的产品从自动传输带5落入不合格产品容器10中，提高了自动化程度。电磁线圈空气阀6为两位三通电磁换向阀；电磁线圈空气阀6由电磁铁、阀体、阀芯、阀套组成；当上侧电磁铁励磁时，动、静铁芯吸合，打开先导孔，阀芯在上下端差压作用下向下移动，当下侧电磁铁励磁时，动、静铁芯吸合，推动阀芯向上移动，将两腔接通或者断开，同时滚珠卡入阀芯下端圆弧槽中，以保持这种状态；电磁线圈空气阀6为卡套式管接头、通径Φ10mm，配用管道外径为Φ12mm、通径Φ15mm，配用管道外径为Φ18mm；电磁线圈空气阀6的公称压力为1.5兆帕斯卡。所述的复合光源扫描仪1上设有测距扫描传感探头9，便于检测运转过的自动传输带5上面的被检测产品4的外形尺寸，并将信息传输给复合光源扫描仪1和光电控制器2，从而比对被检测产品4的外形尺寸与预先人工输入尺寸公差是否相符。所述的测距扫描传感探头9为一种激光三角测距传感器，包括：激光器、发射镜组、接收镜组、光敏器件和信号处理装置；激光器、发射镜组以及被测目标以直线排列设置于发射端，接收镜组和光敏器件设置于反射端，接收镜组和光敏器件位于激光器和发射镜组的同侧并与激光器和发射镜组处于同一个平面之内，信号处理装置与光敏器件相连接以接收电信号；所述的接收镜组包括：滤光片、非轴对称透镜、聚焦透镜和轴对称透镜，其中：滤光片、非轴对称透镜、聚焦透镜和轴对称透镜依次设置于光敏器件前；所述的滤光片为带通滤光片；所述的非轴对称透镜为各种非轴对称透镜；所述的非轴对称透镜为多边形折光棱镜，镜片数量为一片或者若干片；所述的聚焦透镜包括一片或若干片轴对称镜和非轴对称透镜，其中：轴对称镜为球面镜或非球面镜；所述的光敏器件为单线形式或多线形式的电荷耦合器件或位置敏感传感器；所述的信号处理装置包括：信号调理单元、模拟数字转换单元和处理器，其中：信号调理单元与光敏器件相连接以接收电信号，其输出端与模拟数字转换单元以输出光敏器件输出对应的数字信号，处理器对上述信号处理得到被测物体表面位移。所述的被检测产品4下面设有自动传输带5，可以合理设置自动传输带5的表面摩擦力，使得自动传输带5与被检测产品4一起运行，因为自动传输带5可有电机带动连续运转，则被检测产品4就可以连续不断送来自动检测，使得产品检测连续化。所述的被检测产品4下面设有自动传输带5；自动传输带5由伺服电机带动；该伺服电机为正弦波驱动的永磁同步交流伺服电机；该伺服电机的外径为110mm；该伺服电机零速转矩为5牛顿毫米；该伺服电机的反馈元件的规格为复合式增量编码器；该伺服电机安装了失电制动器；该伺服电机的适配电压为380伏特交流三相电；该伺服电机的转速为1200转每分钟。所述的光电控制器2里设有ATmega48单片机，光电控制器2由逆变电路、功率驱动保护电路、电源电路、照明电路、喇叭电路、报警电路、手把电路、巡航电路组成；逆变电路和功率驱动保护电路以及单片机相连接；所述的光电控制器2采用两相导通三项六拍方式控制，并设有三相全桥逆变电路；所述的光电控制器2是单极性脉冲宽度调制控制，即两个开通管中一个开关管采用定频调宽的脉冲宽度调制控制，另一个开关管设置为常开；所述的光电控制器2中的逆变电路中的功率开关管都采用N沟道的金属氧化物半导体场效应晶体管，在每个功率开关管上都并联反接的快速续流二极管，以保护功率开关管。所述的复合光源扫描仪1安装有CCD照相机；该CCD照相机的最小分辨率为0.06～0.08平方毫米，该CCD照相机为彩色CCD照相机，其像素在25万～28万之间、彩色分辨率为420线。

本发明有益效果：

一、采用本发明可以大幅度地降低检测技术人员的劳动强度，特别是检测一批同样大小的零件时，实现检测的自动化，连续化，检测数据稳定可靠，误差非常小，并可以给企业带来良好的经济收益。

二、本发明结构精巧，运用了光、机、电一体化检测技术，检测人员操作方便，不会对检测人员造成任何伤害，实用性强，造价适中，使用安全可靠。

三、本发明具有极其广阔的推广应用前景。

附图说明

附图1为本发明的总体结构示意图；

图中：复合光源扫描仪1、光电控制器2、电子计时器3、被检测产品4、自动传输带5、电磁线圈空气阀6、进气管7、喷气口8、测距扫描传感探头9、不合格产品容器10、数据控制线11。

附图2为本发明的激光三角测距传感器的结构示意图

具体实施方式

如图1所示，本发明主要是为了检测一批同样大小的盘套类零件时设计的，包括光电控制系统、产品流水线和不合格产品剔除系统三个部分组成，产品流水线经过光电控制系统，被检测产品4在自动传输带5上被传送过来，光电控制系统是由复合光源扫描仪1和光电控制器2通过数据控制线11相连接，电子计时器3再与光电控制器2相连接，不合格产品剔除系统是由电磁线圈空气阀6一侧设有不合格产品容器10，不合格产品剔除系统置于被检测产品4两侧，恰好可以检测自动传输带5上的产品。光电控制器2、电子计时器3、复合光源扫描仪1与电磁线圈空气阀6相连接，协调连贯动作，完成了不合格产品剔除工作。

如图2所示，壳体21、激光器22、发射镜组23、接收镜组24、光敏器件25和信号处理装置26，其中：激光器22、发射镜组23以及被测目标27以直线排列设置于发射端，接收镜组24和光敏器件25置于反射端，接收镜组24和光敏器件25位于激光器22发射镜组23的同侧并与激光器22和发射镜组23处于同一个平面之内，信号处理装置26与光敏器件25相连接以接收电信号。所述的接收镜组24包括：滤光片28、非轴对称透镜29、聚焦透镜30和轴对称透镜31，其中：滤光片28、非轴对称透镜29、聚焦透镜30和轴对称透镜31依次设置于光敏器件25前。所述的壳体21采用铝合金材料制成。所述的激光器2为输出功率在5mw以上波长650nm的半导体激光器22。所述的滤光片8为带通滤光片，与激光频率相对应，其带通频率为650±5nm，可以只允许激光波长的光通过，大大降低了环境光对测量的干扰。所述的非轴对称透镜29为多边形折光棱镜29，由性能良好的透光材料制成，例如石英、树脂或者塑料等。折光棱镜29的形状可以采用直角形、三角形、梯形或者其他形式。折光棱镜29的顶角大小取决于激光三角测距传感器的光轴夹角

以下结合附图，简述本发明的工作过程：

在机械工业的产品检测中，特别是检测一批同样大小的盘套类零件时，可以现在光电控制器2设定好图纸上规定的基本尺寸和公差范围例如设定好孔的直径，外圆的直径等。可将一批加工好的零件置于自动传输带5上，当被检测产品4经过复合光源扫描仪1时，测距扫描传感探头9对零件进行检测，如果该零件和预先输入的图纸上规定的基本尺寸和公差范围相吻合，则被检测产品4能顺利沿自动传输带5传到下一道工序，如果不相吻合光电控制器2就会发出指令使得电磁线圈空气阀6得电而打开空气阀，喷气口8就对准刚刚经过的被检测产品4喷射强大的气流，使得被检测产品4滑落到不合格产品容器10，这样只有合格的产品才能到达下一个工序。

激光三角测距传感器的使用方法是：第一步、激光器22通过发射镜组23，在测量范围内形成点光束。光束照射在被测物体上形成光斑。第二步、光斑区域的漫反射光通过接收镜组24在光敏器件25上形成光斑的像。接收镜组24是本发明的关键部分。接收镜组24各个部分作用如下：首先，光线经过滤光片28，只有与激光波长接近的光允许通过，其余光被滤除；接着，经过非轴对称透镜29，对不同位置的激光信号发生不同程度的折射，进而形成不同程度偏离原位置的虚像，这些虚像距离聚。焦透镜30的轴向距离、放大倍率接近。聚焦透镜30、31将这些虚像成像到光敏器件25的感光部位。需要指出，非轴对称透镜29对成像质量带来一定的影响，需要加入聚焦透镜31来降低这方面的影响。具体到本例，保证光敏器件25信号光斑像尽量窄，同时会出现垂直于线的方向像的宽度较大，光能量分布过于分散。在本例中加入了柱面镜保证光敏器件25信号光斑像尽量窄的同时降低垂直方向宽度。第三步、光敏器件25将光信号转换为相应的电信号。光敏器件25可以是单线或者多线器件。特别当光敏器件25为多个单线器件、一个或者多个多线器件组成时，可以获得多组信号，反映了光斑不同位置的特征。通过对多组信号的分析、整理，可以获得更加稳定、精度更高的信号。由于在第二步中提到的接收镜组24在垂直方向成像宽度较宽，为多线器件提供了更大的实现空间。光敏器件5的电信号经过信号调理、模拟数字转换单元，进入数字信号处理器。数字信号处理器处理获得的光敏器件25的数字信号，进而可以得到被测物体表面位移。

自动传输带5由伺服电机带动；该伺服电机为正弦波驱动的永磁同步交流伺服电机；该伺服电机的外径为110mm；该伺服电机零速转矩为5牛顿毫米；该伺服电机的反馈元件的规格为复合式增量编码器；该伺服电机安装了失电制动器；该伺服电机的适配电压为380伏特交流三相电；该伺服电机的转速为1200转每分钟。所述的光电控制器2里设有ATmega48单片机，光电控制器2由逆变电路、功率驱动保护电路、电源电路、照明电路、喇叭电路、报警电路、手把电路、巡航电路组成；逆变电路和功率驱动保护电路以及单片机相连接；所述的光电控制器2采用两相导通三项六拍方式控制，并设有三相全桥逆变电路；所述的光电控制器2是单极性脉冲宽度调制控制，即两个开通管中一个开关管采用定频调宽的脉冲宽度调制控制，另一个开关管设置为常开；所述的光电控制器2中的逆变电路中的功率开关管都采用N沟道的金属氧化物半导体场效应晶体管，在每个功率开关管上都并联反接的快速续流二极管，以保护功率开关管。所述的复合光源扫描仪1安装有CCD照相机；该CCD照相机的最小分辨率为0.06～0.08平方毫米，该CCD照相机为彩色CCD照相机，其像素在25万～28万之间、彩色分辨率为420线。

综上，本发明所设计的光机电一体化检测机械零件尺寸装置，可以达到预期的目的。

Claims (6)

1.光机电一体化检测机械零件尺寸装置，包括光电控制系统、产品流水线和不合格产品剔除系统，其特征在于：所述的光电控制系统是由复合光源扫描仪(1)和光电控制器(2)通过数据控制线(11)相连接，电子计时器(3)再与光电控制器(2)相连接，电子计时器(3)再与电磁线圈空气阀(6)相连接；所述的不合格产品剔除系统是由电磁线圈空气阀(6)一侧设有不合格产品容器(10)，不合格产品剔除系统置于被检测产品(4)两侧；这样被电磁线圈空气阀(6)控制的喷气口(8)喷出的强气流使得不合格的产品从自动传输带(5)落入不合格产品容器(10)中；所述的产品流水线由连续运转的自动传输带(5)和被检测产品(4)组成，被检测产品(4)被自动传输带(5)陆续带到复合光源扫描仪(1)下方，测距扫描传感探头(9)可以对被检测产品(4)进行逐个检测。

2.根据权利要求1所述的光机电一体化检测机械零件尺寸装置，其特征在于：所述的电磁线圈空气阀(6)下方设有进气管(7)、上方设有喷气口(8)；电磁线圈空气阀(6)为两位三通电磁换向阀；电磁线圈空气阀(6)由电磁铁、阀体、阀芯、阀套组成；当上侧电磁铁励磁时，动、静铁芯吸合，打开先导孔，阀芯在上下端差压作用下向下移动，当下侧电磁铁励磁时，动、静铁芯吸合，推动阀芯向上移动，将两腔接通或者断开，同时滚珠卡入阀芯下端圆弧槽中，以保持这种状态；电磁线圈空气阀(6)为卡套式管接头、通径Φ10mm，配用管道外径为Φ12mm、通径Φ15mm，配用管道外径为Φ18mm；电磁线圈空气阀(6)的公称压力为1.5兆帕斯卡。

3.根据权利要求1所述的光机电一体化检测机械零件尺寸装置，其特征在于：所述的复合光源扫描仪(1)上设有测距扫描传感探头(9)；所述的测距扫描传感探头(9)为一种激光三角测距传感器，包括：激光器、发射镜组、接收镜组、光敏器件和信号处理装置；激光器、发射镜组以及被测目标以直线排列设置于发射端，接收镜组和光敏器件设置于反射端，接收镜组和光敏器件位于激光器和发射镜组的同侧并与激光器和发射镜组处于同一个平面之内，信号处理装置与光敏器件相连接以接收电信号；所述的接收镜组包括：滤光片、非轴对称透镜、聚焦透镜和轴对称透镜，其中：滤光片、非轴对称透镜、聚焦透镜和轴对称透镜依次设置于光敏器件前；所述的滤光片为带通滤光片；所述的非轴对称透镜为各种非轴对称透镜；所述的非轴对称透镜为多边形折光棱镜，镜片数量为一片或者若干片；所述的聚焦透镜包括一片或若干片轴对称镜和非轴对称透镜，其中：轴对称镜为球面镜或非球面镜；所述的光敏器件为单线形式或多线形式的电荷耦合器件或位置敏感传感器；所述的信号处理装置包括：信号调理单元、模拟数字转换单元和处理器，其中：信号调理单元与光敏器件相连接以接收电信号，其输出端与模拟数字转换单元以输出光敏器件输出对应的数字信号，处理器对上述信号处理得到被测物体表面位移。

4.根据权利要求1所述的光机电一体化检测机械零件尺寸装置，其特征在于：所述的被检测产品(4)下面设有自动传输带(5)；自动传输带(5)由伺服电机带动；该伺服电机为正弦波驱动的永磁同步交流伺服电机；该伺服电机的外径为110mm；该伺服电机零速转矩为5牛顿毫米；该伺服电机的反馈元件的规格为复合式增量编码器；该伺服电机安装了失电制动器；该伺服电机的适配电压为380伏特交流三相电；该伺服电机的转速为1200转每分钟。

5.根据权利要求1所述的光机电一体化检测机械零件尺寸装置，其特征在于：所述的光电控制器(2)里设有ATmega48单片机，光电控制器(2)由逆变电路、功率驱动保护电路、电源电路、照明电路、喇叭电路、报警电路、手把电路、巡航电路组成；逆变电路和功率驱动保护电路以及单片机相连接；所述的光电控制器(2)采用两相导通三项六拍方式控制，并设有三相全桥逆变电路；所述的光电控制器(2)是单极性脉冲宽度调制控制，即两个开通管中一个开关管采用定频调宽的脉冲宽度调制控制，另一个开关管设置为常开；所述的光电控制器(2)中的逆变电路中的功率开关管都采用N沟道的金属氧化物半导体场效应晶体管，在每个功率开关管上都并联反接的快速续流二极管，以保护功率开关管。

6.根据权利要求1所述的光机电一体化检测机械零件尺寸装置，其特征在于：所述的复合光源扫描仪(1)安装有CCD照相机；该CCD照相机的最小分辨率为0.06～0.08平方毫米，该CCD照相机为彩色CCD照相机，其像素在25万～28万之间、彩色分辨率为420线。