專利名稱：凸輪輪廓檢測系統(tǒng)的檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種凸輪輪廓檢測裝置及其檢測方法。
背景技術(shù)：
凸輪機構(gòu)廣泛應(yīng)用于各種自動化機械、精密儀器、自動化控制系統(tǒng)等。要做到高精 度、高效率地檢測凸輪，并正確處理、評定它的各項誤差，及時快速地反饋凸輪的質(zhì)量信息， 傳統(tǒng)的光學(xué)機械量儀以及人工數(shù)據(jù)處理的方法，已不能適應(yīng)凸輪廣泛采用的自動線生產(chǎn)的 需要了。隨著汽車工業(yè)、工程機械等的高速發(fā)展和制造技術(shù)的不斷提高，對如何提高凸輪加 工精度的檢測精度和效率，是本領(lǐng)域要解決的技術(shù)難題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、檢測精度和效率較高的凸輪輪 廓檢測裝置的檢測方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種凸輪輪廓檢測裝置，包括用于帶動凸輪 繞垂向的心軸水平同軸旋轉(zhuǎn)的數(shù)控轉(zhuǎn)臺、水平設(shè)于數(shù)控轉(zhuǎn)臺一側(cè)的絲杠螺母副、設(shè)于該絲 杠螺母副的活動螺母上且于凸輪一側(cè)的激光測量頭、用于測量所述活動螺母的水平位移量 的光柵尺位移傳感器、用于檢測凸輪的旋轉(zhuǎn)角度的編碼器、以及工控機；所述工控機控制 所述數(shù)控轉(zhuǎn)臺和絲杠螺母副動作，并根據(jù)所述激光測量頭、光柵尺位移傳感器和編碼器測 得的數(shù)據(jù)得出凸輪的外輪廓數(shù)據(jù)。具體地，所述工控機包括用于實時控制所述數(shù)控轉(zhuǎn)臺和絲杠螺母副動作的運動 控制卡，與所述激光測量頭相連的用于實時檢測激光測量頭與凸輪的外輪廓的間距的激光 位移傳感器采集卡，與所述光柵尺位移傳感器和編碼器相連的編碼器計數(shù)卡，以及通過系 統(tǒng)總線與所述運動控制卡、激光位移傳感器采集卡和編碼器計數(shù)卡相連的CPU單元。在所述凸輪的旋轉(zhuǎn)角度為θ i時，測得的凸輪的外輪廓與激光測量頭的間距即第 一間距測量值為I.T;；同時，光柵尺 位移傳感器測量得的所述活動螺母在水平方向與光柵尺位移傳感器的硬零位&的間距即 第二間距測量值為‘，i=l，2，3…η ;n為凸輪旋轉(zhuǎn)一周的過程中同時檢測所述第一、第二間 距測量值‘、“的次數(shù)，0°彡6^360°。若已知凸輪的外輪廓數(shù)據(jù)=則所述凸輪輪廓檢測裝置的檢測方法包 括
A)、對心軸(1-1)的檢測心軸開始旋轉(zhuǎn)一周時，將激光測量頭與心軸的外圓的間距 即第一間距Is始終控制在激光測量頭的量程內(nèi)，同時檢測并記錄與所述旋轉(zhuǎn)角度為Qi 相對應(yīng)的第一間距‘s、以及所述活動螺母在水平方向與所述硬零位的間距即第二間距B)、將凸輪無間隙配合于所述心軸上，在開始控制凸輪旋轉(zhuǎn)一周的同時，控制激光測量 頭相對凸輪的外輪廓按照P = + 的軌跡運動；同時，控制所述第一間距測量值‘ 始終處于激光測量頭的量程內(nèi)，并獲取與所述旋轉(zhuǎn)角度θ i相對應(yīng)的所述第一、第二間距測
量值 hi、 3 ；
C)、由心軸直徑0d和所述、‘、‘，計算出凸輪的極徑測量值
D)、將所述極徑測量值巧(兩)與所述外輪廓數(shù)據(jù)相比較，得出凸輪的外輪 廓加工誤差。 若未知凸輪的外輪廓數(shù)據(jù)，則所述凸輪輪廓檢測裝置的另一種檢測方法包括
a)、對心軸(1-1)的檢測心軸開始旋轉(zhuǎn)一周時，將激光測量頭與心軸的外圓的間距 即第一間距始終控制在激光測量頭的量程內(nèi)，同時檢測并記錄與所述旋轉(zhuǎn)角度為Qi
相對應(yīng)的第一間距、以及所述活動螺母在水平方向與所述硬零位的間距即第二間距
b)、將凸輪無間隙配合于所述心軸上，在開始控制凸輪旋轉(zhuǎn)一周的同時，控制絲杠螺母 副的活動螺母根據(jù)激光測量頭測得的所述第一間距測量值為‘的大小做靠近或遠離凸輪 的直線位移，以控制所述第一間距測量值‘始終處于激光測量頭的量程內(nèi)，并獲取與所述 旋轉(zhuǎn)角度Qi相對應(yīng)的所述第一、第二間距測量值‘、“；
c)、由心軸直徑0d和所述/rii、。K、‘、。，計算出凸輪的極徑測量值灼1肩)本發(fā)明具有積極的效果(1)本發(fā)明的凸輪輪廓檢測裝置采用非接觸測量方法， 激光測量頭運動由絲杠螺母副直接驅(qū)動，絲杠螺母副通過予緊可消除間隙，絲杠負載小，所 以動態(tài)剛度極高、運動平穩(wěn)、系統(tǒng)動態(tài)性能好。測量過程中測量頭無機械磨損，與其它接觸 式測量，速度快、精度高、精度保持性好。選用量程范圍小(量程起點 量程終點)的激光測 量頭，在其線性度不變的條件下，測量誤差小。激光測量頭水平方向運動距離由光柵尺位移 傳感器完成，在凸輪的極徑變化大的情況下，仍可獲得高的測量精度、更高性價比；(2)為 了保證激光測量頭始終在量程范圍內(nèi)測量，即保證測量頭與凸輪輪廓距離在量程起點和量 程終點之間，本發(fā)明采用數(shù)控插補方法，使凸輪旋轉(zhuǎn)運動與激光測量頭水平方向直線運動 進行聯(lián)動。凸輪旋轉(zhuǎn)角度由與心軸相連的編碼器檢測，心軸在在圓周方向零點由編碼器零 位脈沖確定。


圖1為本發(fā)明的凸輪輪廓檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖2為圖1中的凸輪輪廓檢測裝置的未安裝凸輪時的結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式見圖1-2，本實施例的凸輪輪廓檢測裝置包括用于帶動凸輪10繞垂向的心軸1-1 水平同軸旋轉(zhuǎn)的數(shù)控轉(zhuǎn)臺1、水平設(shè)于數(shù)控轉(zhuǎn)臺1 一側(cè)的絲杠螺母副3、設(shè)于該絲杠螺母副 3的活動螺母3-1上且于凸輪10 —側(cè)的激光測量頭2、用于測量所述活動螺母3-1的水平 位移量的光柵尺位移傳感器4、用于檢測凸輪10的旋轉(zhuǎn)角度的編碼器5、以及工控機；所 述工控機控制所述數(shù)控轉(zhuǎn)臺1和絲杠螺母副3動作，并根據(jù)所述激光測量頭2、光柵尺位移 傳感器4和編碼器5測得的數(shù)據(jù)得出凸輪10的外輪廓數(shù)據(jù)。所述數(shù)控轉(zhuǎn)臺1與一轉(zhuǎn)臺電 機6傳動相連，運動控制卡通過一轉(zhuǎn)臺電機驅(qū)動器控制轉(zhuǎn)臺電機6的動作，進而控制所述數(shù) 控轉(zhuǎn)臺1的動作；運動控制卡同時通過步進電機驅(qū)動器控制步進電機7動作。作為最優(yōu)的實施方式，絲杠螺母副3的絲桿3-2的中心線、以及激光測量頭2輸出 的激光與所述心軸1-1的軸線垂直相交。所述工控機包括用于實時控制所述數(shù)控轉(zhuǎn)臺1和絲杠螺母副3動作的運動控制 卡，與所述激光測量頭2相連的用于實時檢測激光測量頭2與凸輪10的外輪廓的間距的激 光位移傳感器采集卡，與所述光柵尺位移傳感器4和編碼器5相連的編碼器計數(shù)卡，通過系 統(tǒng)總線與所述運動控制卡、激光位移傳感器采集卡和編碼器計數(shù)卡相連的CPU單元，以及 經(jīng)顯卡與所述系統(tǒng)總線相連的用于顯示和對比凸輪10的外輪廓數(shù)據(jù)的LCD。所述數(shù)控轉(zhuǎn)臺 1與一轉(zhuǎn)臺電機6傳動相連，運動控制卡通過一轉(zhuǎn)臺電機驅(qū)動器控制轉(zhuǎn)臺電機6的動作，進 而控制所述數(shù)控轉(zhuǎn)臺1的動作；運動控制卡同時通過一絲杠螺母副驅(qū)動器控制絲杠螺母副 3動作。在所述凸輪10的旋轉(zhuǎn)角度為θ i時，測得的凸輪10的外輪廓與激光測量頭2的間 距即第一間距測量值為‘；同時，光柵尺位移傳感器4測量得的所述活動螺母3-1在水平 方向與光柵尺位移傳感器4的硬零位^的間距即第二間距測量值為‘，i=l，2，3…η ;11為
凸輪10旋轉(zhuǎn)一周的過程中同時檢測所述第一、第二間距測量值^、“的次數(shù)，η可根據(jù)凸
輪測量角度間隔大小確定，例如180、360、720等，η越大，測得的凸輪10的外輪廓數(shù)據(jù)越精 確；0° ( θ ^360°，θ +1_θ =θ 廠 θ η。為提高對凸輪加工精度要求較高部位(如凸輪的凸起部的外輪廓數(shù)據(jù))的檢測精 度，同時盡量確保檢測效率，可設(shè)置在檢測該部位時，降低9^和QiW差值。若已知凸輪10的外輪廓數(shù)據(jù)夕=pig),則所述凸輪輪廓檢測裝置的檢測方法包 括
A、對心軸1-1的檢測心軸1-1開始旋轉(zhuǎn)一周時，將激光測量頭2與心軸1-1的外圓的 間距即第一間距“始終控制在激光測量頭2的量程內(nèi)，同時檢測并記錄與所述旋轉(zhuǎn)角度 為θ i相對應(yīng)的第一間距『rs、以及所述活動螺母3-1在水平方向與所述硬零位的間距即
第二間距‘⑴；
B、將凸輪10無間隙配合于所述心軸1-1上，若已知凸輪10的外輪廓數(shù)據(jù)=M》) ，則在開始控制凸輪10旋轉(zhuǎn)一周的同時，控制激光測量頭2相對凸輪10的外輪廓按照
權(quán)利要求
1. 一種凸輪輪廓檢測裝置的檢測方法，其特征在于采用的凸輪輪廓檢測裝置包括 用于帶動凸輪(10)繞垂向的心軸(1-1)水平同軸旋轉(zhuǎn)的數(shù)控轉(zhuǎn)臺(1)、水平設(shè)于數(shù)控轉(zhuǎn)臺(1)一側(cè)的絲杠螺母副(3)、設(shè)于該絲杠螺母副(3)的活動螺母(3-1)上且于凸輪(10) —側(cè) 的激光測量頭(2)、用于測量所述活動螺母(3-1)的水平位移量的光柵尺位移傳感器(4)、 用于檢測凸輪(10)的旋轉(zhuǎn)角度的編碼器(5)、以及工控機；所述工控機控制所述數(shù)控轉(zhuǎn)臺(1)和絲杠螺母副(3)動作，并根據(jù)所述激光測量頭(2)、光柵尺位移傳感器(4)和編碼器(5)測得的數(shù)據(jù)得出凸輪(10)的外輪廓數(shù)據(jù)；在所述凸輪(10)的旋轉(zhuǎn)角度為θ 1時，測得的凸輪(10)的外輪廓與激光測量頭(2)的 間距即第一間距測量值為‘；同時，光柵尺位移傳感器(4)測量得的所述活動螺母(3-1)在水平方向與光柵尺位移傳感器 (4)的硬零位(Zi)的間距即第二間距測量值為“， =1，2，3···η ；η為凸輪(10)旋轉(zhuǎn)一周的過程中同時檢測所述第一、第二間距測量值的次數(shù)，0° ( 6^360° ；若已知凸輪(10)的外輪廓數(shù)據(jù)ρ = ρ β),則所述凸輪輪廓檢測裝置的檢測方法包括Α)、對心軸(1-1)的檢測心軸(1-1)開始旋轉(zhuǎn)一周時，將激光測量頭(2)與心軸(1-1) 的外圓的間距即第一間距^ 始終控制在激光測量頭(2)的量程內(nèi)，同時檢測并記錄與所 述旋轉(zhuǎn)角度為θ i相對應(yīng)的第一間距、以及所述活動螺母(3-1)在水平方向與所述硬零位α)的間距即第二間距4 ；B)、將凸輪(10)無間隙配合于所述心軸(1-1)上，在開始控制凸輪(10)旋轉(zhuǎn)一周的同 時，控制激光測量頭(2)相對凸輪(10)的外輪廓按照/ + 的軌跡運動；同時，控 制所述第一間距測量值‘始終處于激光測量頭(2)的量程內(nèi)，并獲取與所述旋轉(zhuǎn)角度θ i 相對應(yīng)的所述第一、第二間距測量值hi、hi:；C)、由心軸直徑0d和所述/rs、/Vi};、‘、‘，計算出凸輪(10)的極徑測量值K)D)、將所述極徑測量值朽(A)與所述外輪廓數(shù)據(jù)ρ = ρ(θ)相比較，得出凸輪(10)的 外輪廓加工誤差。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凸輪輪廓檢測裝置的檢測方法，其特征在于若未知凸輪 (10)的外輪廓數(shù)據(jù)，則所述凸輪輪廓檢測裝置的檢測方法包括a)、對心軸(1-1)的檢測心軸(1-1)開始旋轉(zhuǎn)一周時，將激光測量頭(2)與心軸(1-1)的外圓的間距即第一間距1 始終控制在激光測量頭(2)的量程內(nèi)，同時檢測并記錄與所 述旋轉(zhuǎn)角度為θ i相對應(yīng)的第一間距‘《、以及所述活動螺母(3-1)在水平方向與所述硬零 位伐)的間距即第二間距(V·；b)、將凸輪(10)無間隙配合于所述心軸(1-1)上，在開始控制凸輪(10)旋轉(zhuǎn)一周的同 時，控制絲杠螺母副(3)的活動螺母(3-1)根據(jù)激光測量頭(2)測得的所述第一間距測量值 為^的大小做靠近或遠離凸輪(10)的直線位移，以控制所述第一間距測量值‘始終處于 激光測量頭(2)的量程內(nèi)，并獲取與所述旋轉(zhuǎn)角度θ i相對應(yīng)的所述第一、第二間距測量值
全文摘要
本發(fā)明提供了一種結(jié)構(gòu)簡單、檢測精度和效率較高的凸輪輪廓檢測裝置的檢測方法，其采用的凸輪輪廓檢測裝置包括用于帶動凸輪繞垂向的心軸水平同軸旋轉(zhuǎn)的數(shù)控轉(zhuǎn)臺、水平設(shè)于數(shù)控轉(zhuǎn)臺一側(cè)的絲杠螺母副、設(shè)于該絲杠螺母副的活動螺母上且于凸輪一側(cè)的激光測量頭、用于測量所述活動螺母的水平位移量的光柵尺位移傳感器、用于檢測凸輪的旋轉(zhuǎn)角度的編碼器、以及工控機；所述工控機控制所述數(shù)控轉(zhuǎn)臺和絲杠螺母副動作，并根據(jù)所述激光測量頭、光柵尺位移傳感器和編碼器測得的數(shù)據(jù)得出凸輪的外輪廓數(shù)據(jù)。
文檔編號G01B11/14GK102116611SQ201110051998
公開日2011年7月6日 申請日期2011年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月4日
發(fā)明者丁仕燕, 干為民 申請人:常州工學(xué)院