[發明專利]基于激光傳感器的圓筒壁厚自動測量裝置

有效

• 申請號: 201410231105.8
• 申請日: 2014-05-28
• 公開（公告）號: CN104006754A
• 公開（公告）日: 2014-08-27
• 發明（設計）人: 陳吉朋;顧琳;朱穎謀
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01B11/06
• 分類號: G01B11/06
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 張寧展

技術領域

本發明屬于自動化精密測量領域，涉及一種基于激光傳感器的圓筒壁厚自動、精密測量裝置。

背景技術

民用工業及國防裝備中涉及大量的圓筒件，如氣壓缸、液壓缸、炮管、導彈殼等。特別是對于細長型的圓筒件，由于工件自身的半封閉結構，使得其壁厚測量困難。

目前，對圓筒件壁厚測量主要有兩種方法：其一是接觸式測量，如專利號為200910235928.7的專利文獻《一種管材壁厚測量裝置》等，這種接觸式測量多為人工操作，測量效率低，獲得的測量值多為離散數據，尤其對于表面粗糙的工件，采用接觸式測量特別容易磨損測量儀表表頭或探針；其二是非接觸式測量，如申請號為201010625090.5的專利文獻《非接觸式管壁厚度測量裝置和管壁厚度測量》等，從文獻披露的內容來看，這類非接觸測量方法的載體多為超聲波，其裝置及操作過程相對復雜，并且超聲測量存在著不同介質的耦合反射問題，特別是對多種材料組裝而成的圓筒工件(如金屬圓筒件內襯玻璃鋼等)，根據超聲回波測量壁厚將會帶來較大的誤差，使其測量精度受到影響。

將激光傳感器用于圓筒工件壁厚測量，可避免工件的接觸測量，避免材料不均勻性對測量精度帶來的影響，且可獲得較高的測量精度(其分辨率可達2um)，但是現有技術也存在一系列問題。如文獻《基于單片機的彈體壁厚自動測量系統》(龔民，王澤宇，陳白寧，彈箭與制導學報，29(6):282-284)披露一種基于位移傳感器的彈殼壁厚測量裝置，該位移傳感器即為激光傳感器，然而激光傳感器為精密檢測單元，該文獻將兩組激光傳感器通過滾珠絲杠帶動進行橫向測量進給，極容易由于系統振動或傳動鏈安裝誤差影響兩組傳感器的測量精度，并且該裝置未給出激光傳感器的精密導向方案，極容易將傳感器沿直線運動的進給誤差帶入到工件的測量誤差中；而且將安裝傳感器的支承桿穿過空心機構很可能為適應空心機構的尺寸而拉大傳感器之間距離，從而影響激光反射效果，降低測量精度，加之支承桿為懸臂機構，容易振動，且為保證其擾度閾值，支撐桿必然具備較的大徑向尺寸。此外，該機構采用V塊定位，然后在軸向通過推力軸承端面定位后由氣缸夾緊，借助摩擦力帶動工件旋轉，實際該方案上未考慮端面和工件軸線之間的垂直度誤差，在軸向施加氣缸夾緊力的情況下容易使工件偏斜，導致V塊定位失效，加之用氣缸夾緊工件則限定了被測工件尺寸規格，限制了測量的普適性。并且，該機構需要手工上下料，無法集成到自動測量流水線中。

此外還有文獻《殼體件壁厚差在線測量的研究》(吳耀全，張治民，龐學慧，彈箭與制導學報，2007:228-230)披露了另一種基于激光傳感器的殼體件壁厚差在線測量裝置，該裝置用于彈體熱鍛造成形后，溫度高達700℃時的測量，其測量過程伴隨著高溫、振動、噪音和煙氣污染等。該測量裝置一方面利用了激光測量的優點，另一方面卻引入了接觸式測量的缺點，即其對內壁的測量通過伸入桿復制內壁輪廓幾何特征獲得間接數據，實際上難以獲得高精度的測量效果。并且該機構工作于高溫，由于熱傳導帶來伸入桿的熱變形，從而進一步影響測量精度。

使用激光傳感器測量材料厚度時，需兩組激光傳感器同時工作于被測材料兩側，分別將兩側測量結果通過外部演算器運算求和后獲得材料厚度值。考查激光傳感器的工作原理和現有技術的缺點，為實現圓筒工件壁厚自動化精密測量，必須解決如下問題：

1)測量裝置的傳動結構及激光傳感器和被測工件的運動關系；

2)激光傳感器的布置及自動測量進給方式；

3)被測工件的自動定位、裝夾、旋轉，及防止傾覆(或傾斜)結構；

4)功能的擴展性、測量的普適性，及對自動化生產線的可植入性。

具體來說，需實現自動化測量裝置的傳動結構，該結構克服現有技術所述結構的缺點；給出激光傳感器的布置方式，最大限度的保證激光傳感器的測量精度，避免振動及傳動誤差直接干擾傳感器的測量，避免激光傳感器安裝支承的擾度，最大限度降低其共振特性；此外，還需實現工件自動裝夾、旋轉、進給及輔助支承，并可通過調節裝置實現不同型號工件的測量。

發明內容

針對上述需解決的問題，本發明提供一種基于激光傳感器的圓筒壁厚自動測量裝置，其測量分辨率可達2um。

本發明解決技術問題所采取的技術方案如下：

一種基于激光傳感器的圓筒壁厚自動測量裝置，其特點在于，包括機架、傳動單元、旋轉機構、導向支承機構和測量及調節機構；

所述的機架包括底座、頂蓋板和立板，所述的底座和頂蓋板相互平行，且分別垂直地固定在所述的立板上；