專利名稱：一種汽車鋁合金輪轂毛坯在線變形測量方法及測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及自動化測控領(lǐng)域，特別涉及一種汽車鋁合金輪轂毛坯在線變形測量系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)在線測量輪轂毛坯輪緣面變形和輪轂中心軸向變形。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代社會的發(fā)展，汽車行業(yè)已逐漸成為中國的支柱產(chǎn)業(yè)之一。鋁合金輪轂作為汽車的重要組成之一，因其重量輕、變形小和環(huán)保節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)得到廣泛應(yīng)用。在鋁合金輪轂在生產(chǎn)過程中，由于磨具尺寸、鑄造方式、毛坯熱變形、熱處理等因素的影響，輪轂毛坯的實(shí)際形狀相對于理論形狀會有一定的偏差，稱為毛坯變形。隨著汽車市場的迅猛發(fā)展，對輪轂毛坯的快捷正確的檢測需求也越來越迫切，其中毛坯輪緣面變形和中心軸向變形的大小，是影響輪轂質(zhì)量的重要指標(biāo)，因此受到鋁輪轂生產(chǎn)廠家的格外關(guān)注。如圖4所示，毛坯輪緣面17變形是指輪緣平面度誤差。輪緣面作為機(jī)加工的定位基準(zhǔn)，如果其平面變形超差，可能造成外輪緣偏車、內(nèi)外輪輞加工不到、動平衡超差。中心軸向變形是指輪轂中心部位距輪緣面的距離與理論值的差值。輪轂中心為扣帽槽和帽止口加工位置，中心軸向變形超差會導(dǎo)致扣帽槽和帽止口深度等尺寸超差，直接導(dǎo)致輪轂報(bào)廢。因此，十分有必要對鑄造輪轂毛坯的變形進(jìn)行測量，分選出變形超差的毛坯，而不進(jìn)行后續(xù)機(jī)加工，節(jié)省人力物力。目前，國內(nèi)外對于輪轂毛坯變形的測量主要為接觸式測量和非接觸式測量。接觸式測量分為人工測量和在線機(jī)械測量。人工測量利用平面規(guī)和塞尺測量輪緣面平面變形；利用游標(biāo)深度尺測量軸向變形。人工測量易受量具的調(diào)整、操作者經(jīng)驗(yàn)等影響，影響測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。另外，人工測量為離線檢測，耗費(fèi)大量的人力和時(shí)間，對于輪轂的大批量生產(chǎn)不利。在線機(jī)械測量可以實(shí)現(xiàn)在線測量，利用接觸式傳感器測量輪轂表面不同位置，實(shí)現(xiàn)毛坯變形的測量。這種接觸式測量方法雖然測量精度高，容易在毛坯留下測量痕跡，造成輪轂損傷或者變形，同時(shí)測量點(diǎn)少，測量時(shí)間長，只能實(shí)現(xiàn)單一軸向變形的測量，也較難自動適應(yīng)各種輪型輪轂的測量。非接觸測量主要為激光測量。激光測量因其非接觸、高精度與自動化測量效率高等優(yōu)點(diǎn)在測量方面得到越來越多的應(yīng)用。在輪轂毛坯測量方面，激光在線測量應(yīng)用剛剛興起，毛坯由于其形狀極其不規(guī)則，對于其變形測量報(bào)道較為少見。奧地利MNI公司開發(fā)了MEAS DIS Serie300系列激光在線測量裝置，通過選取6-8點(diǎn)測量輪轂毛坯不同位置的變形，但是此系統(tǒng)測量位置和測量點(diǎn)少，不能精確的測量輪緣面變形。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服上述不足，提供了一種基于激光三角法原理的在線汽車鋁合金輪轂毛坯變形測量裝置及測量方法，所述的測量裝置及測量方法通過全方位掃描輪轂毛坯，可以同時(shí)測量輪轂毛坯輪緣面和中心軸向變形，測量精度高、測點(diǎn)多、速度快、可靠性好，實(shí)現(xiàn)輪轂毛坯自動化的在線測量，提高企業(yè)生產(chǎn)效率。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種汽車鋁合金輪轂毛坯在線變形測量裝置，主要包括檢測臺、氣動夾緊機(jī)構(gòu)、氣缸提升裝置、輪轂旋轉(zhuǎn)裝置、2臺激光器、運(yùn)動控制模塊(PLC )、用于數(shù)據(jù)存儲和處理工控機(jī)和工控機(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù)處理軟件。所述檢測臺安裝了滾珠絲杠、伺服電機(jī)、2個(gè)接近開關(guān)、氣缸提升裝置、步進(jìn)電機(jī)、齒輪、氣動夾緊裝置、輪轂托板、輥道和線纜等。滾珠絲杠位于檢測臺中心正上方，激光器固定裝置安裝在滾珠絲杠上，滾珠絲杠可以帶動激光器進(jìn)行往復(fù)直線運(yùn)動。所述檢測臺可以實(shí)現(xiàn)夾緊對中、提升和旋轉(zhuǎn)輪轂毛坯，配合激光器掃描輪轂毛坯。所述2臺激光器對稱安裝在激光器固定裝置前后兩側(cè)。所述激光器的為日本基恩士公司產(chǎn)品，型號為LKG-405，紅色激光，點(diǎn)式掃描，量程為300-500mm，重復(fù)精度為2μπι，線性度為0.05%FS。所述激光器帶有I個(gè)USB接口和I個(gè)串口，工作溫度在O 50°，工作濕度在35% 85%之間。所述激光器在兩個(gè)接近開關(guān)之間沿滾珠絲杠往復(fù)勻速運(yùn)動，掃描輪轂毛坯。所述激光器能根據(jù)現(xiàn)場情況自動調(diào)節(jié)光強(qiáng)，其量程可以適應(yīng)各種規(guī)格輪形的測量。所述激光器可以通過USB線與所述工控機(jī)實(shí)現(xiàn)交互通訊，測量數(shù)據(jù)通過USB數(shù)據(jù)線傳輸?shù)剿龉た貦C(jī)。所述運(yùn)動控制模塊(PLC)安裝在電控柜中，型號為OMRON CPlH X40DT-D，所述運(yùn)動控制模塊PLC具有快速的處理速度，執(zhí)行基本指令僅需0.1 μ S，超強(qiáng)的擴(kuò)展能力，除最多可帶7個(gè)CPMlA的擴(kuò)展單元外，還同時(shí)可帶2個(gè)CJl的特殊I/O單元，即最多支持320點(diǎn)數(shù)字量I/O及37通道的模擬量I/O ;有2個(gè)RS232C/RS485可任選的通信口和USB外設(shè)通信口。所述PLC控制各種測量動作。所述工控機(jī)安裝在電控柜中，型號為研華IPPC-9151，具有4個(gè)USB端口，2個(gè)串口，所述工控機(jī)通過USB線與所述激光器互相通訊，通過RS232串口線與所述PLC交互通訊。所述數(shù)據(jù)處理軟件安裝在所述工控機(jī)中。所述數(shù)據(jù)處理軟件利用VC++語言編寫，可以利用算法提取輪轂 毛坯的輪廓特征點(diǎn)，計(jì)算輪緣面和中心軸向變形量。測量時(shí)，當(dāng)被測輪轂毛坯被傳輸?shù)綑z測臺時(shí)，PLC控制氣動夾緊裝置對中輪轂毛坯，氣缸提升輪轂毛坯至測量位置；到達(dá)測量位置后，激光器開始采集數(shù)據(jù)，PLC控制檢測臺上設(shè)置的伺服電機(jī)帶動滾珠絲杠轉(zhuǎn)動，進(jìn)而帶動2臺激光器從一端接近開關(guān)位置勻速掃描輪轂毛坯至另一接近開關(guān)位置，并停止；一次掃描結(jié)束后，PLC控制檢測臺上步進(jìn)電機(jī)帶動氣動夾緊裝置逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)輪轂45°，激光器回復(fù)掃描輪轂毛坯；然后PLC繼續(xù)控制步進(jìn)電機(jī)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)輪轂至90°和135°位置，激光器分別在這兩個(gè)位置再次掃描輪轂，激光器一次測量實(shí)現(xiàn)在輪轂毛坯的不同位置掃描4次，傳輸并存儲數(shù)據(jù)至工控機(jī)，工控機(jī)內(nèi)數(shù)據(jù)處理軟件可以得到輪轂毛坯的輪廓。根據(jù)輪廓表面曲率變化，可以在輪轂毛坯輪緣面和中心部位分別提取16個(gè)特征點(diǎn)。根據(jù)測點(diǎn)高度數(shù)值、激光器采樣率和激光器光點(diǎn)間距，計(jì)算出各特征點(diǎn)的坐標(biāo)，利用幾何關(guān)系計(jì)算輪緣面變形和中心軸向變形；計(jì)算結(jié)束后，工控機(jī)根據(jù)結(jié)果判定輪轂毛坯是否變形超差，若超差發(fā)出報(bào)警，PLC控制檢測臺上氣動夾緊機(jī)構(gòu)下降、松開被測輪轂，準(zhǔn)備測量下一個(gè)輪轂。本發(fā)明測量過程自動進(jìn)行，測量適應(yīng)惡劣環(huán)境，不受振動、煙霧和濕度的影響，測量總時(shí)間為30s，測量精度為0.02mm，滿足實(shí)際測量需求。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有以下優(yōu)點(diǎn):(I)融合了機(jī)械、激光傳感器、電氣和計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理軟件等眾多先進(jìn)技術(shù)，采用激光非接觸式方式點(diǎn)掃描和測量輪轂毛坯，精度高、速度快、可靠性好，同時(shí)不會對輪轂毛還造成損傷；(2)所述的測量裝置自動夾緊和旋轉(zhuǎn)輪轂毛坯，配合激光器的掃描，全方位均勻測量輪轂毛坯表面；(3)測量裝置的兩個(gè)激光器間距可調(diào)，適應(yīng)不同規(guī)格輪轂毛坯的測量，測量裝置全程自動化測量，一次測量能得到輪轂毛坯輪緣面和中心軸向變形量，可取代傳統(tǒng)人工測量方法，減少測量工序和時(shí)間；(4)所述測量裝置可以有效提高檢測準(zhǔn)確性，保證產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本，提高企業(yè)生產(chǎn)效率。


圖1為本發(fā)明的測量裝置正面結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的測量裝置側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明的測量裝置俯視結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為輪轂毛坯輪緣面和中心部位結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為激光器在輪轂毛坯表面掃描軌跡以及輪轂輪緣面和中心特征點(diǎn)分布示意圖；圖6為一個(gè)激光器在0°初始位置掃描得到的輪轂斷面輪廓圖。圖中:1-檢測臺；2-氣缸；3_步進(jìn)電機(jī)；4_PLC ;5_工控機(jī)；6_輪轂毛坯；7_伺服電機(jī)；8-接近開關(guān)；9_激光器固定裝置；10-激光器；11-滾珠絲杠；12氣動夾緊機(jī)構(gòu)；13_輥道；14-齒輪；15導(dǎo)向桿；16_托板；17_輪緣面；18_中心平面。
具體實(shí)施例方式為能進(jìn)一步了解本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容、特點(diǎn)和功能，下面介紹本發(fā)明的一種實(shí)施例，配合附圖詳細(xì)說明如下。請參見圖1-6，本發(fā)明是基于激光三角法的鋁合金輪轂毛坯在線變形測量裝置及其測量方法，所述的測量裝置包括安裝在檢測臺I上的氣缸2、步進(jìn)電機(jī)3、伺服電機(jī)7、接近開關(guān)8、激光器固定裝置9、激光器10、滾珠絲杠11、氣動夾緊機(jī)構(gòu)12、棍道13、齒輪14、導(dǎo)向桿15和托板16，如圖1所示，其中，所述的氣缸2、齒輪14和托板16組成氣缸提升裝置。所述的氣缸2設(shè)置在檢測臺I的底部中心，氣缸2上豎直向上連接托板16，如圖3，所述的托板16用于安裝輪轂毛坯6。所述氣缸2的活塞與托板16之間固定連接有水平齒輪14，齒輪14包括兩個(gè)齒輪，其中一個(gè)大齒輪固定在氣缸2的活塞上，另一個(gè)小齒輪固定在步進(jìn)電機(jī)3的輸出軸上,所述的氣缸2的活塞和步進(jìn)電機(jī)3的輸出軸平行并豎直,齒輪14水平，所述的步進(jìn)電機(jī)3也固定在氣缸2的活塞上，氣缸2的活塞上下運(yùn)動，調(diào)節(jié)托板16的高度。大齒輪和小齒輪的嚙合傳動，實(shí)現(xiàn)對大齒輪上通過氣動夾緊機(jī)構(gòu)12固定的輪轂毛坯6的水平轉(zhuǎn)角調(diào)節(jié)。齒輪14可以在步進(jìn)電機(jī)3的帶動下在水平面內(nèi)嚙合轉(zhuǎn)動傳動，進(jìn)而可以調(diào)節(jié)托板16上的輪轂毛坯6的角度。在所述的檢測臺I的上方設(shè)置滾珠絲杠11，滾珠絲杠11的上下兩側(cè)還設(shè)置有導(dǎo)向 桿15，所述的滾珠絲杠11和導(dǎo)向桿15位于同一個(gè)豎直面內(nèi)。激光器10通過激光器固定裝置9連接在滾珠絲杠11上，可以保證激光器10在豎直面內(nèi)的掃描。在所述的滾珠絲杠11的兩端設(shè)置有接近開關(guān)8。所述的滾珠絲杠11由檢測臺I上設(shè)置的伺服電機(jī)7帶動轉(zhuǎn)動傳動，滾珠絲杠11轉(zhuǎn)動帶動激光器固定裝置9的移動，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)激光器10的移動掃描。所述的激光器10通過USB線與所述工控機(jī)5實(shí)現(xiàn)交互通訊，測量數(shù)據(jù)通過USB數(shù)據(jù)線傳輸?shù)剿龉た貦C(jī)5。所述工控機(jī)5通過RS232串口線與所述PLC4交互通訊。所述氣動夾緊裝置12和氣缸2含有電磁閥，所述PLC4與電磁閥通過導(dǎo)線連接，電磁閥位于氣路中間，PLC4向電磁閥發(fā)出不同的指令，可以控制閥門的不同位置的開關(guān)，進(jìn)而控制氣動夾緊裝置12的夾緊和松開動作，以及氣缸2的提升的下降動作。所述伺服電機(jī)7與伺服驅(qū)動器連接，PLC4向伺服驅(qū)動器發(fā)送指令，實(shí)現(xiàn)控制伺服電機(jī)7的動作控制。應(yīng)用所述的測量裝置對輪轂毛坯6進(jìn)行在線測量，具體包括如下步驟:第一步，測量前，預(yù)先利用量具調(diào)整激器10在激光器固定裝置9上安裝位置，確保兩激光器10的激光點(diǎn)的連線方向與激光器10沿滾珠絲杠11的運(yùn)動方向垂直，調(diào)整并測量兩激光器10的激光點(diǎn)的間距，使得間距小于輪轂毛坯6上的最小直徑；第二步，開啟電源，打開電路、氣路和激光器10，輪轂毛坯6運(yùn)輸?shù)捷伒?3上對應(yīng)托板16的位置上，即輪轂毛坯6經(jīng)輥道13或者機(jī)械手運(yùn)輸?shù)綑z測臺輥道13并到達(dá)托板16的位置處，檢測臺I向PLC4發(fā)出信號。第三步，PLC4控制安裝在檢測臺I底部上的氣缸2提升輪轂托板16，與輥道13上的輪轂毛坯6接觸；同時(shí)PLC4控制氣動夾緊機(jī)構(gòu)12夾緊輪轂毛坯6 ；第四步，輪轂毛坯6被提升至測量位置后，PLC4向工控機(jī)5發(fā)送指令；所述的測量位置是指輪轂毛坯6的測量面位于激光器10的量程范圍內(nèi)，保證激光器10對輪轂毛坯6的掃描。第五步，工控機(jī)5向激光器10發(fā)送指令，激光器10開始采集數(shù)據(jù)，PLC4控制位于檢測臺I上方設(shè)置的伺服電機(jī)7帶動滾珠絲杠11轉(zhuǎn)動運(yùn)動，使激光器10沿滾珠絲杠11和導(dǎo)向桿15從右端接近開關(guān)8位置勻速掃描輪轂毛坯6至左端接近開關(guān)8位置停止，工控機(jī)5向激光器10發(fā)送指令，激光器10停止采集數(shù)據(jù)，并存儲測量數(shù)據(jù)至工控機(jī)5 ；第六步，PLC4控制步進(jìn)電機(jī)3帶動與氣動夾緊機(jī)構(gòu)12相連接的齒輪14轉(zhuǎn)動，使氣動夾緊機(jī)構(gòu)12逆時(shí)針精確旋轉(zhuǎn)45°，穩(wěn)定后，工控機(jī)5向激光器10發(fā)送指令，激光器10開始采集數(shù)據(jù)，PLC4控制伺服電機(jī)7帶動滾珠絲杠11運(yùn)動，使激光器10從左端接近開關(guān)8位置勻速掃描輪轂毛坯6至右端接近開關(guān)8位置停止，工控機(jī)5向激光器10發(fā)送指令，激光器10停止采集數(shù)據(jù)，并存儲測量數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦た貦C(jī)5 ；第七步，PLC4控制步進(jìn)電機(jī)3和齒輪14的動作，使氣動夾緊機(jī)構(gòu)12繼續(xù)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)45°，穩(wěn)定后，重復(fù)第五步，第六步，實(shí)現(xiàn)對輪轂毛坯6在四個(gè)不同位置0°、45°、90°、135°的掃描；根據(jù)測量的需要，測量位置一般選取兩個(gè)以上即可，具體位置可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)整。第八步，激光器10通過USB線傳輸測量數(shù)據(jù)至工控機(jī)5中，經(jīng)過處理可以得到輪轂毛坯6的輪廓，參見圖6。根據(jù)輪廓曲線曲率變化分別提取輪緣面17和輪轂中心18處的特征點(diǎn)。4次掃描，可以在輪緣面17和輪轂中心18處共提取32個(gè)特征點(diǎn)，根據(jù)特征點(diǎn)計(jì)算出輪緣面變形和中心軸向變形；

第九步，計(jì)算完成，工控機(jī)5向PLC4發(fā)送指令，PLC4控制氣缸2使氣動夾緊裝置12下降，同時(shí)PLC4控制氣動夾緊裝置12松開輪轂毛坯6 ；第十步，工控機(jī)將第八步得到的結(jié)果與設(shè)定值比較，超差即為不合格品，并發(fā)出警報(bào)，由機(jī)械手分揀出不合格品。上述的測量方法中，對于測量數(shù)據(jù)的處理是通過工控機(jī)5內(nèi)部的數(shù)據(jù)處理軟件實(shí)現(xiàn)的，所述的數(shù)據(jù)處理軟件在對數(shù)據(jù)處理過程中，基于非接觸激光三角法原理，利用雙激光器，配合旋轉(zhuǎn)輪轂毛坯6，全方位掃描輪轂毛坯6表面，通過提取輪轂毛坯6的輪緣面17和中心平面18的特征點(diǎn)，計(jì)算輪緣面17和中心平面18的軸向變形。具體計(jì)算方法如下:(I)坐標(biāo)標(biāo)定。在輪轂毛坯6不同位置開始掃描時(shí)，設(shè)定激光器10沿滾珠絲杠11運(yùn)動方向?yàn)閄軸方向。由于兩個(gè)激光器10同時(shí)開始采集數(shù)據(jù)和停止采集數(shù)據(jù)，所以每次掃描兩個(gè)激光器10的采點(diǎn)數(shù)量相等。以激光器10開始運(yùn)動位置為X軸零點(diǎn)位置，則各點(diǎn)的X軸坐標(biāo)為:x=mv/η式中，m為每次掃描一個(gè)激光器10在任意位置的采點(diǎn)數(shù)目，V為激光器10沿滾珠絲杠11的直線運(yùn) 動速度，η為激光器10的采樣率(每秒采點(diǎn)數(shù))。設(shè)定兩激光器10光點(diǎn)連線方向?yàn)镮軸方向。以其中一激光器10開始運(yùn)動位置為y軸零點(diǎn)，則這條掃描線上的所有點(diǎn)I軸坐標(biāo)為0，另一條掃描線上的所有點(diǎn)y軸坐標(biāo)為L(L為光點(diǎn)間距)。設(shè)定激光束照射方向?yàn)閦軸方向，激光器10量程中點(diǎn)為z軸零點(diǎn),各點(diǎn)z軸坐標(biāo)值即為實(shí)際激光器10采集高度值。由此可以得出所采集點(diǎn)的三維坐標(biāo)值。每次掃描都單獨(dú)建立一個(gè)坐標(biāo)系，但是根據(jù)輪轂的旋轉(zhuǎn)角度和幾何關(guān)系，可以將四次掃描的點(diǎn)的坐標(biāo)劃歸同一坐標(biāo)系下。(2)輪轂毛坯表面特征點(diǎn)提取。基于輪轂表面輪廓曲率的變化提取特征點(diǎn)。輪轂毛坯6形狀很不規(guī)則，但在輪轂輪緣面17和中心平面18處均存在平面或者近平面處，在激光器10掃描得到的輪轂毛坯6輪廓上表現(xiàn)為直線(如圖6所示)。激光器10在掃描到輪轂毛坯6之前，處于其量程之外，采集的點(diǎn)顯示值為NULL，為無效值。處理數(shù)據(jù)可以得到，激光器10掃描輪轂表面的直線長度k為:k^v/n其中，Hi1為每次掃描一個(gè)激光器10有效的采點(diǎn)數(shù)目，V為激光器10沿滾珠絲杠11的直線運(yùn)動速度，η為激光器10的采樣率(每秒采點(diǎn)數(shù))。因此以長度k為基準(zhǔn)，可以在確定特征點(diǎn)選點(diǎn)范圍在輪緣面和輪轂中心平面附近，減少數(shù)據(jù)處理量。由于輪轂輪緣面處和輪轂中心處存在平面特征，對于平面的確定:在點(diǎn)i附近，與其附近點(diǎn)(1-nl和i+nl)的z軸高度值存在以下關(guān)系:I Z1-Jll-Zi I < sI Zpnl-Zi I < s其中，nl為設(shè)定點(diǎn)數(shù)(特征點(diǎn)i與附近點(diǎn)之間的采點(diǎn)數(shù)目差值)，一般取40 80 ;S為平面閥值，一般取0.1 0.15 ；Zi為特征點(diǎn)i的Z軸坐標(biāo)。可以認(rèn)為點(diǎn)i附近為平面，則點(diǎn)i為特征點(diǎn)，根據(jù)坐標(biāo)標(biāo)定方法，得到其坐標(biāo)(Xi，Yi，Zi )。根據(jù)以上算法，在整個(gè)測量過程中，共可得到32個(gè)特征點(diǎn)，其中16個(gè)位于輪緣面上，其余位于輪轂中心平面處，分布如圖5所示。( 3 )輪轂毛坯輪緣面平面度計(jì)算.
利用最小二乘法計(jì)算輪緣面平面誤差，即為其變形量。參見文獻(xiàn)《平面度誤差的最小二乘法分析》(張昉，機(jī)械制造與研究，2002，(3):17-19)。根據(jù)第(2)步中在輪緣面處均勻提取了 16個(gè)特征點(diǎn)，并獲得各點(diǎn)坐標(biāo)值。根據(jù)這些點(diǎn)擬合理想平面如下:Ax+By+Cz+D=0A, B, C，D是根據(jù)特征點(diǎn)坐標(biāo)所確定的系數(shù)。利用點(diǎn)到平面的距離方程，計(jì)算輪緣面各特征點(diǎn)到此理想平面的距離。然后輪緣平面變形及平面誤差Λ Z1即為:Δ Z1=Zmax-ZminZfflax為輪緣面各特征點(diǎn)到理想平面的最大距離，Zmin為輪緣面各特征點(diǎn)到理想平面的最小距離。(4)中心平面軸向變形計(jì)算。根據(jù)輪緣面處特征點(diǎn)所確定的理想平面，Ax+By+Cz+D=0`A, B, C，D是根據(jù)輪緣面特征點(diǎn)確定的系數(shù)。利用點(diǎn)到平面的距離方程，計(jì)算毛坯中心處16個(gè)特征點(diǎn)到輪緣面理想平面的距離，可以得到16個(gè)距離值比(i=l, 2，3...16)。在這16個(gè)值中選取最大值hmax和最小值hmin。中心處軸向變形最大值為:hmax_h0中心處軸向變形最小值為:hmin_h0h0為輪轂中心部位到輪緣面的理論距離值。如果中心處軸向變形最大值和最小值均在公差范圍門內(nèi)，輪轂毛坯合格；任意一個(gè)數(shù)值超出公差，輪轂毛坯不合格。本發(fā)明中所述的數(shù)據(jù)處理軟件，利用VC++語言編寫，用于提取輪轂毛坯表面特征點(diǎn)及其坐標(biāo)，計(jì)算輪轂毛坯的輪緣面變形和中心平面的軸向變形。除此之外，所述的數(shù)據(jù)處理軟件還有測量進(jìn)程顯示、測量統(tǒng)計(jì)、設(shè)定、測量歷史記錄和輪轂判別功能。
權(quán)利要求
1.一種汽車鋁合金輪轂毛坯在線變形測量方法，其特征在于包括如下步驟: 第一步，測量前，預(yù)先利用量具調(diào)整激光器在激光器固定裝置上安裝位置，確保兩激光器的激光點(diǎn)的連線方向與激光器沿滾珠絲杠的運(yùn)動方向垂直，調(diào)整并測量兩激光器的激光點(diǎn)的間距，保證間距等于輪轂毛坯冒口最小直徑； 第二步，開啟電源，輪轂毛坯運(yùn)輸?shù)捷伒?3上托板位置； 第三步，PLC控制安裝在檢測臺底部上的氣缸提升輪轂托板，與輥道上的輪轂毛坯接觸；同時(shí)PLC控制氣動夾緊機(jī)構(gòu)夾緊輪轂毛坯； 第四步，輪轂毛坯被提升至測量位置后，PLC向工控機(jī)發(fā)送指令； 第五步，工控機(jī)向激光器發(fā)送指令，激光器開始采集數(shù)據(jù)，PLC控制位于檢測臺上方的伺服電機(jī)帶動滾珠絲杠運(yùn)動，使激光器沿絲杠和導(dǎo)向桿從右端接近開關(guān)位置勻速掃描輪轂毛坯至左端接近開關(guān)位置停止，工控機(jī)向激光器發(fā)送指令，激光器停止采集測量數(shù)據(jù)，并存儲測量數(shù)據(jù)至工控機(jī)； 第六步，PLC控制步進(jìn)電機(jī)帶動與氣動夾緊機(jī)構(gòu)相連接的齒輪轉(zhuǎn)動，使氣動夾緊裝置逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，穩(wěn)定后，工控機(jī)向激光器發(fā)送指令，激光器開始采集數(shù)據(jù)，PLC控制伺服電機(jī)帶動滾珠絲杠運(yùn)動，使激光器從左端接近開關(guān)位置勻速掃描輪轂毛坯至右端接近開關(guān)位置停止，工控機(jī)向激光器發(fā)送指令，激光器停止采集測量數(shù)據(jù)，并存儲測量數(shù)據(jù)到工控機(jī)； 第七步，PLC控制步進(jìn)電機(jī)和齒輪的動作，使氣動夾緊機(jī)構(gòu)繼續(xù)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，穩(wěn)定后，重復(fù)第五步，第六步； 第八步，激光器通過USB線傳輸測量數(shù)據(jù)至工控機(jī)中，經(jīng)過工控機(jī)內(nèi)部數(shù)據(jù)處理軟件處理得到輪轂毛坯的輪廓，根據(jù)輪廓曲線曲率變化分別提取輪緣面和輪轂中心平面處的特征點(diǎn)；根據(jù)特征點(diǎn)計(jì)算出 輪緣面變形和中心平面軸向變形； 第九步，計(jì)算完成，工控機(jī)向PLC發(fā)送指令，PLC控制氣缸使氣動夾緊機(jī)構(gòu)下降，同時(shí)PLC控制氣動夾緊機(jī)構(gòu)松開輪轂毛坯； 第十步，工控機(jī)將第八步得到的結(jié)果與設(shè)定值比較，超差即為不合格品，并發(fā)出警報(bào)，由機(jī)械手分揀出不合格品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量方法，其特征在于:所述的逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，每次旋轉(zhuǎn)45°或者 90。。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量方法，其特征在于:所述的數(shù)據(jù)處理軟件處理，具體步驟如下: (1)坐標(biāo)標(biāo)定: 在輪轂毛坯不同位置開始掃描時(shí)，設(shè)定激光器沿滾珠絲杠運(yùn)動方向?yàn)閄軸方向；設(shè)定兩激光器光點(diǎn)連線方向?yàn)閥軸方向，以其中一激光器開始運(yùn)動位置為y軸零點(diǎn)，則這條掃描線上的所有點(diǎn)I軸坐標(biāo)為O,另一條掃描線上的所有點(diǎn)y軸坐標(biāo)為L, L為光點(diǎn)間距；設(shè)定激光束照射方向?yàn)閦軸方向，激光器量程中點(diǎn)為z軸零點(diǎn)，各點(diǎn)z軸坐標(biāo)值即為實(shí)際激光器采集高度值；由此得出所采集點(diǎn)的三維坐標(biāo)值； (2)輪轂毛坯表面特征點(diǎn)提取: 如果在激光器的掃描點(diǎn)中存在三個(gè)點(diǎn)1、1-nl和i+nl，相鄰兩點(diǎn)在z軸高度值存在以下關(guān)系: Z1-Jll-Zi I < SZi+nl_Zi I〈 S 則點(diǎn)i為特征點(diǎn)，根據(jù)坐標(biāo)標(biāo)定方法，得到其坐標(biāo)(Xi, Ii, Zi);其中，nl為設(shè)定點(diǎn)數(shù)；S為平面閥值'Zi為特征點(diǎn)i的z軸坐標(biāo)； 根據(jù)以上算法提取所需要的特征點(diǎn)； (3)輪轂毛坯輪緣面平面度計(jì)算: 根據(jù)第(2)步中在輪緣面處均勻提取的特征點(diǎn)，獲得各點(diǎn)坐標(biāo)值，根據(jù)這些特征點(diǎn)擬合理想平面如下:Ax+By+Cz+D=0 A，B, C，D是根據(jù)特征點(diǎn)坐標(biāo)所確定的平面系數(shù)； 利用點(diǎn)到平面的距離方程，計(jì)算輪緣面各特征點(diǎn)到此理想平面的距離；然后輪緣平面變形及平面誤差Λ Z1即為輪緣面平面度: ^ Zl_Zmax_Zmin 式中，Zmax為輪緣面各特征點(diǎn)到理想平面的最大距離，Zmin為輪緣面各特征點(diǎn)到理想平面的最小距離； (4)中心平面軸向變形計(jì)算: 根據(jù)輪緣面處特征點(diǎn)所確定的理想平面，Ax+By+Cz+D=0 A，B, C，D是根據(jù)輪緣面特征點(diǎn)確定的系數(shù)。
利用點(diǎn)到平面的距離方程，計(jì)算毛坯中心處16個(gè)特征點(diǎn)到輪緣面理想平面的距離得到距離值hi; i=l, 2，3...16，在這些距離值中選取最大值hmax和最小值hmin，中心處軸向變形最大值為: —In iimax 11O 中心處軸向變形最小值為: —In11Hiin 11O h0為輪轂中心部位到輪緣面的理論距離值；如果中心處軸向變形最大值和最小值均在公差范圍門內(nèi)，輪轂毛坯合格；任意一個(gè)數(shù)值超出公差，輪轂毛坯不合格。
4.一種汽車鋁合金輪轂毛坯在線變形測量裝置，其特征在于:所述的測量裝置包括安裝在檢測臺上的氣缸、步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)、接近開關(guān)、激光器固定裝置、激光器、滾珠絲杠、氣動夾緊機(jī)構(gòu)、輥道、齒輪、導(dǎo)向桿和托板，所述的氣缸設(shè)置在檢測臺的底部中心，氣缸上豎直向上連接托板；所述氣缸的活塞與托板之間固定連接有水平齒輪，齒輪與步進(jìn)電機(jī)的輸出軸之間齒輪傳動，齒輪可以在步進(jìn)電機(jī)的帶動下在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動，進(jìn)而調(diào)節(jié)托板上的輪轂毛坯的角度；在所述的檢測臺的上方設(shè)置滾珠絲杠，滾珠絲杠的上下兩側(cè)還設(shè)置有導(dǎo)向桿，所述的滾珠絲杠和導(dǎo)向桿位于同一個(gè)豎直面內(nèi)；激光器通過激光器固定裝置連接在滾珠絲杠上，保證激光器在豎直面內(nèi)的掃描；在所述的滾珠絲杠的兩端設(shè)置有接近開關(guān)；所述的滾珠絲杠由檢測臺上設(shè)置的伺服電機(jī)帶動轉(zhuǎn)動傳動，滾珠絲杠轉(zhuǎn)動帶動激光器固定裝置的移動，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)激光器的移動掃描。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種汽車鋁合金輪轂毛坯在線變形測量裝置，其特征在于:所述的測量裝置還包括PLC、工控機(jī)及其內(nèi)部的數(shù)據(jù)處理軟件，其中工控機(jī)與激光器之間USB連接，與PLC之間串口連接，所述氣動夾緊裝置和氣缸含有電磁閥，所述PLC與電磁閥通過導(dǎo)線連接，電磁閥位于氣路中間，PLC向電磁閥發(fā)出不同的指令，控制閥門的不同位置的開關(guān)，進(jìn)而控制氣動夾緊裝置的夾緊和松開動作，以及氣缸的提升的下降動作；所述伺服電機(jī)與伺服驅(qū)動器連接，所述PLC與伺服驅(qū)動器通過導(dǎo)線連接，所述PLC向伺服驅(qū)動器發(fā)送指令，控制伺服電機(jī)的動作·。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種汽車鋁合金輪轂毛坯在線變形測量方法及測量裝置，涉及自動化測控領(lǐng)域。所述裝置包括檢測臺、氣動夾緊裝置、氣缸提升裝置、輪轂旋轉(zhuǎn)裝置、2臺激光傳感器、運(yùn)動控制模塊、用于數(shù)據(jù)存儲和處理工控機(jī)和數(shù)據(jù)處理軟件。所述的測量裝置通過全方位掃描輪轂毛坯，可以同時(shí)測量輪轂毛坯輪緣面和中心軸向變形，測量精度高、測點(diǎn)多、速度快、可靠性好，實(shí)現(xiàn)輪轂毛坯自動化的在線測量，提高企業(yè)生產(chǎn)效率。本發(fā)明測量過程自動進(jìn)行，測量適應(yīng)惡劣環(huán)境，不受振動、煙霧和濕度的影響，測量總時(shí)間為30s，測量精度為0.02mm，滿足實(shí)際測量需求。
文檔編號G01B11/16GK103234474SQ201310135298
公開日2013年8月7日 申請日期2013年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月19日
發(fā)明者張虎, 孫少波, 王力剛 申請人:北京東方鼎鑫科技有限公司