[發明專利]一種光幕式軸類零件測量儀測頭裝置及其測量方法

有效

• 申請號: 201710436660.8
• 申請日: 2017-06-12
• 公開（公告）號: CN106989682B
• 公開（公告）日: 2019-08-30
• 發明（設計）人: 周傳德;馮淼;何高法;孟明輝;張杰;田有毅
• 申請（專利權）人: 重慶科技學院
• 主分類號: G01B11/08
• 分類號: G01B11/08
• 代理公司: 重慶蘊博君晟知識產權代理事務所(普通合伙) 50223
• 代理人: 王玉芝

技術領域

本發明涉及軸類零件直徑測量領域，具體為一種光幕式軸類零件測量儀測頭裝置。

背景技術

在機械工業中，軸類零件是組裝合成機械機器的常見典型零件之一，對軸類零件關鍵尺寸的精密測量對保證軸類零件的加工、裝配質量起著非常重要的作用。

接觸式測量是較為傳統的測量方法，通過與零件表面直接接觸測量得出直徑尺寸，但由于對工件進行直接接觸會造成工件表面的劃傷進而影響尺寸精度。基于掃描法的非接觸式測量需要高穩定性的微型電機和掃描棱鏡，成本較高，難以在工業生產中大范圍使用。基于衍射法的非接觸式測量隨著工件直徑的增大測量精度降低，因此只能測量較小直徑工件。基于影像法的非接觸式測量相對于衍射法測徑范圍更廣，能夠檢測軸徑更大的零件軸，相對于掃描法測徑的裝置結構更為簡單，成本更低。

而現有的基于影像法的光幕式軸類零件測量儀的具有單個線陣CCD傳感器的測頭裝置主要受限于單個線陣CCD傳感器的有效工作長度和平行光源長度。如圖1所示，采用單個線陣CCD傳感器的測頭裝置，光源1照射在待測軸類零件2上，被其遮擋產生光斑的上下邊緣由線陣CCD傳感器3采集，線陣CCD傳感器3將采集的信號傳遞給計算機4，找出線陣CCD傳感器上被遮擋的光敏原件個數就能求出待測軸類零件直徑，由于單個線陣CCD傳感器本身長度有限，從而無法測量直徑較大的軸類零件。如圖2所示，采用兩個線陣CCD傳感器3的測頭裝置，可以測量直徑較大的軸類零件，但是由于每個線陣CCD傳感器3自身存在一定長度，其所能測量的最小尺寸大于兩個線陣CCD傳感器的安裝距離。

發明內容

針對現有技術中對軸類零件測量范圍受限的缺陷，本發明提供一種光幕式軸類零件測量儀測頭裝置，其結構簡單、成本低，對軸類零件直徑測量精度高且測量范圍廣。

本發明通過以下技術方案實現：

一種光幕式軸類零件測量儀的測頭裝置，其關鍵在于：包括具有兩根支撐桿的U型基架和沿光線方向依次設置的平行光源、位于同一豎直方向上的兩個平面鏡組、位于同一豎直方向上的兩個線陣CCD傳感器；所述平面鏡組由兩個平行且鏡面相對設置的平面鏡組成，其中所述平面鏡與光線之間的夾角為45度；平行光源產生低發散角的平行光，被待測量軸類零件遮擋并且經過兩個平面鏡組光路改造后產生光斑的上下邊緣由兩個線陣CCD傳感器采集；

所述兩個平面鏡組、兩個線陣CCD傳感器沿U型基架上一根支撐桿的精密絲桿導軌相向滑動和鎖定，其中平行光源的照射方向與線陣CCD傳感器的導軌面垂直，線陣CCD傳感器的光軸與線陣CCD傳感器的導軌面垂直。

通過上述技術方案可知，平行光源對待測軸類零件進行照射，被零件直徑部分遮擋后的光斑分別照入上、下兩個平面鏡組，其光路被上下兩個平面鏡組改造后，光斑的上下邊緣由兩個線陣CCD傳感器采集。線陣CCD傳感器采集到的信號傳遞給計算機，計算當前狀態下待測軸類零件的上下邊緣位置以及工件直徑。在測量過程中，根據實際零件直徑大小，調整兩個線陣CCD傳感器的位置。相比于傳統測頭裝置，克服了單個線陣CCD傳感器自身長度有限不能測量較大軸類零件直徑的問題，同時也克服了兩個線陣CCD傳感器測量軸類零件直徑的最小尺寸大于兩個線陣CCD傳感器的安裝距離的問題，測量范圍更廣，通用性更強。

進一步的，沿所述平行光源的光線方向設有用于放大平行光源光線的第一放大鏡片組，該第一放大鏡片組位于平行光源和待測量軸類零件之間。有效縮小光源元件尺寸，減小測頭裝置體積，提高測量精度。

進一步的，所述對應的平面鏡組和線陣CCD傳感器之間分別設有第二放大鏡片組，該第二放大鏡片組用于放大經平面鏡組改造后的光線。對光路進行放大處理，提高測頭裝置的分辨率，提高測量精度。

進一步的，所述第二放大鏡片組和線陣CCD傳感器之間設置有濾光片。

進一步的，所述第一放大鏡組和第二放大鏡組均由兩塊平行的平凸透鏡組成，所述兩塊平凸透鏡的平面相對，球面相背。

進一步的，所述測頭裝置還包括用于固定平行光源和第一放大鏡片組的光源架以及兩個用于固定平面鏡組、第二放大鏡片組和線陣CCD傳感器的CCD傳感器架；所述光源架和兩個CCD傳感器架分別套設在U型基架的不同支撐桿上并且沿支撐桿的精密絲桿導軌相向滑動和鎖定。

所述光源架為矩形腔體結構，其從前到后依次開設有用于放置平行光源的圓形定位槽以及與第一放大鏡片組形狀相適配的第一弧形通槽，所述平行光源固定在圓形定位槽內，所述第一放大鏡片組固定在第一弧形通槽內。