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        項目案例 Case
        Case 激光測量案例

        激光三角-小孔内表面在線檢測裝置設計

        日期: 2022-03-15
        浏覽次數: 12

        摘要:針對孔内壁表面上的砂眼 、裂紋等疵病造成的精密零件安裝調試困難問題,提出一種新型疵病檢測系統。首先通過水平運動系統帶動測頭運動到待測小孔上方 ,測頭固定不動,然後通過豎直運動系統帶動測頭并采用内窺鏡的測量原理提取小孔内表面的圖像,最後利用MATLAB進行圖像處理。結果表明,此新型檢測裝置光學測頭長爲150mm,直徑爲14mm,能夠實現内徑爲15~20mm,孔深100mm的細長孔内壁測量,并且能夠标記孔内壁疵病的具體位置,測量準确且可操作性強。

        關鍵詞 :光學系統;結構設計;非接觸式在線測量;MATLAB

        目前,一般工業設備中,很多零件具有深孔結構 ,比較典型的諸如液壓缸筒内孔、主軸軸套内孔等具體結構。這些具有内孔結構的零件,往往是設備中的重要組成部分 。許多内孔直徑隻有15~20mm,而其深度則爲直徑的5~7倍 。這種深細孔的内表面檢測因操作空間的限制具有一定難度,且現有的測量裝置無法實現對此類零件進行在線測量,滿足不了現代生産自動化的需要。本文研制的小孔内表面檢測裝置,采用非接觸式測量方法,操作簡便,功能齊全,測量精度高,自動化程度好,且實現了細孔類零件的在線測量,實用性強,具有良好的應用前景。

        1 系統工作原理

        小孔内表面檢測系統用于對内徑爲15~20mm且深爲100mm的内孔表面進行形貌檢測。該檢測裝置滿足批量檢測以及位移動态檢測等多方面的要求 。檢測系統流程圖如圖1所示,檢測裝置結構如圖2所示。


        激光三角-小孔内表面在線檢測裝置設計

        1檢測系統流程圖

        激光三角-小孔内表面在線檢測裝置設計

        2檢測裝置結構圖

        主要測量原理爲:光學測量系統固定在連接闆上,連接闆安裝在豎直運動系統的導軌上,升降運動系統可通過電機帶動絲杠旋轉,從而帶動連接闆與光學測量裝置在豎直方向上運動,而升降運動系統安裝在連接架上,水平運動系統的絲杠和導軌在電機帶動下可實現連接架在水平方向上運動,綜上,光學測量裝置可在測量基點所在直線上運動,從而可對任意位置的孔類零件的小孔進行對準。但光學測量系統隻能實現在豎直方向上下運動,并且基于内窺鏡原理的光學測量系統隻能測量小孔内有限張角的内壁特征,欲實現對小孔内壁全方位檢測,在光學系統升降運動進行測量的同時 ,安裝在旋轉系統上的零件在旋轉系統的帶動下旋轉,并且旋轉裝置采用槽輪機構,使得當被測零件旋轉到光學系統正下方時才進行自轉,自轉的同時光學測量系統向下運動對小孔進行測量,從而實現對小孔内壁表面的在線檢測。并且在水平運動系統和升降運動系統中加有光栅傳感器,旋轉運動系統中加有角度傳感器,實時記錄小孔内疵病的具體位置 。

        2 測量系統組成

        2.1   光學測頭水平和升降運動系統

        水平運動系統如圖3所示:包括水平導軌、連接架、滾柱絲杠、絲杠螺母、電機以及軸承和軸承蓋。其作用是當被測量件放置在旋轉裝置的旋轉台上時 ,水平運動調整光學測量裝置 ,使其與被測量小孔對中,實現在線測量 。防止光學測量裝置在與小孔不對中的情況下 ,即與小孔内壁産生相對距離,使得光學測量裝置與小孔内壁産生摩擦或者測量時光學測量裝置相對小孔内壁偏心,甚至無法進入小孔進行測量的現象發生;另外 ,當被測零件無法安裝在旋轉台上進行在線測量時,可将其放置在支撐台上,使水平裝置運動,與小孔進行對中,從而實現測量。即水平運動系統作用是配合測量多個測量物 。

        激光三角-小孔内表面在線檢測裝置設計

        3水平運動系統

        激光三角-小孔内表面在線檢測裝置設計

        4升降運動系統

        升降運動系統如圖4所示:水平運動系統帶動升降運動系統及光學測量系統在水平方向上運動,豎直運動系統則帶動光學測量系統在豎直方向上運動,包括豎直導軌、滾珠絲杠、電機及連接闆等 。測量前,調整水平運動系統使得光學測量系統和小孔對中,升降運動系統帶動光學測量系統進行測量,通過豎直光栅尺讀出光學測量系統檢測到的小孔内壁疵病的軸向位置。

        2.2   旋轉驅動系統

        爲達到對小孔内表面360°檢測的目的。本設計方案中将旋轉驅動與光學測量系統升降驅動區分爲兩部分。升降運動由上述升降運動系統控制,而回轉運動由安裝在底座上的回轉裝置完成 。光學測量系統在升降運動的同時,驅動被測物按一定速度旋轉,以滿足測量要求。旋轉驅動系統如圖5所示。


        激光三角-小孔内表面在線檢測裝置設計

        5旋轉驅動系統

        旋轉驅動裝置由支撐台、自轉電機、卡具 、槽輪機構以及驅動電機等組成。測量前,将待測孔類零件安裝在卡具上;測量時,驅動電機旋轉帶動槽輪機構旋轉,槽輪機構通過軸鍵帶動整個旋轉台進行間歇運動,當待測零件到達光學測量系統正下方時,與之對應的自轉電機帶動零部件進行自轉,于此同時,升降運動系統帶動光學測量系統豎直運動,進行測量。當測量頭測量完成并脫離被測小孔時,間歇槽輪機構回轉到初始位置,重複如上運動。并且每個卡具轉台下都有深溝球軸承,減少旋轉阻力;每個測量轉台都有微型驅動電機帶動旋轉;轉台上部安裝有三爪卡盤,對被測物體起到鎖緊與保護作用,本固定裝置可拆卸,若被測物外形爲非圓柱形物體,可更換三爪卡盤爲其他固定鎖緊裝置。間歇槽輪機構如圖6所示。

        激光三角-小孔内表面在線檢測裝置設計

        6槽輪機構

        裝置中設計的槽輪機構用于測量一組(四個)被測物小孔内壁 。此間歇機構能夠留有足夠時間來完成小孔不同位置深度的内壁檢測。并且在槽輪機構不起作用的3/4圈處,可對其他幾個卡具位置進行拆卸和安裝零部件,即完成在線測量。主動輪在電機作用下帶動從動輪,從動輪帶動每個待測小孔運動到指定位置以便測頭檢測。

        同時,旋轉驅動系統中的角度傳感器對小孔内壁疵病的旋轉角度進行檢測,通過測量小孔内疵病的軸向位置和角度位置得到疵病的具體位置 。

        2.3   光學測量裝置

        光學測量裝置采用内窺鏡原理,用于對小孔内壁表面進行圖像采集,且外形尺寸應小于待測小孔最小待測直徑15mm,使得光學測量裝置可深入小孔内部進行測量。裝置主要包括:激光發射器、分光鏡 、成像光學系統、内窺鏡物鏡光學系統、直角棱鏡以及CCD接收裝置。光學測量裝置結構如圖7所示。

        激光三角-小孔内表面在線檢測裝置設計

        7光學系統結構圖

        測量原理爲:由激光器發射激光,分光鏡進行分光,經由成像光學系統和内窺鏡物鏡光學系統 ,并由直角棱鏡對光線進行折轉 ,實現對小孔内壁進行照明;被照明的小孔内壁反射的光通過直角棱鏡折轉,并通過其他幾個分系統傳播 ,由CCD圖像傳感器接收小孔内壁圖像光信号。

        3 内表面缺陷檢測原理

        CCD圖像傳感器接收光信号并轉換爲電信号,通過A/D轉換獲得數字信号。要完成缺陷識别先将已數字化的圖像進行預處理得到二值圖像 ,然後進行特征提取,最後對病竈缺陷進行識别分類。圖8爲内表面缺陷識别過程,具體過程如下:

        激光三角-小孔内表面在線檢測裝置設計

        8内表面缺陷識别過程

        1)圖像的預處理:将數字圖像濾波、去噪,該操作能在盡量保留圖像細節特征的條件下對目标像的噪聲進行抑制。突出圖像中的目标對象濾波的算法很多,中值濾波更爲适合在本文中應用。中值濾波的基本原理是把數字圖像或數字序列中一點的值用該點的一個鄰域中各點值得中值代替,讓周圍的像素值接近的真實值,從而消除孤立的噪聲點。

        2)圖像增強  :圖像增強是指對圖像的某些特征,如邊緣、輪廓、對比度等進行強調或尖銳化,以便于顯示,觀察或進一步分析與處理。在小孔内壁缺陷檢測的圖像中爲了突出邊緣,本文選用Laplacian算子。

        3)特征提取 :根據各區域的灰度不同從而區分出孔内缺陷區域 。通過對待測小孔内表面圖像進行分析,得出各種缺陷的主要特征 ,詳述如下:

        孔洞:孔洞是由于材料撕裂而産生的,這些撕裂狀的孔洞大小和形狀各不相同,切邊緣不規則 。因爲對光的漫反射不同而使其灰度與小孔的背景灰度有明顯的差别。

        裂紋:裂紋呈細長狀,端頭呈尖狀 。其灰度值與缺陷明顯不同 。

        缺陷特征參數:孔洞缺陷的識别特征參數爲缺陷灰度(G),其表示圖像的明亮程度。根據圖像上的孔洞灰度值,可以區分是什麽缺陷。灰度大小與光反射強弱成正比關系。凸面反射強些,所以灰度大些,凹面的灰度則相對較小,裂紋的灰度爲最小 。通過MATLAB進行多次仿真,可以确定區分它們的灰度值。

        4)圖像分割:即把一副圖像分成一些特定的、具有特殊性質的區域并提取出感興趣目标的技術和過程。圖像阈值分割利用圖像中提取的目标物與其背景在灰度特性上的差異 ,把圖像視爲具有不同灰度級的兩類區域的組合,選取一個合适的阈值,以确定圖像中每個像素點應該屬于目标還是背景區域 ,從而産生相應的二值圖像。

        4 結論

        本文針對細長孔類零件内孔疵病檢測技術進行了分析,并考慮到被測孔類零件需批量和動态檢測的特殊性,提出了利用間歇機構實現在線測量的檢測裝置,所設計的檢測裝置爲集光、機 、電、算于一體的檢測裝置  ,實現了對細長孔内壁疵病的檢測,并實現了對内壁疵病的精确定位。


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        • 7
          2020 - 03 - 16
          在工業應用中,經常會使用激光測距傳感器,因爲這種傳感器可以檢測到非常微弱的光信号 ,并且還會記錄、處理從光脈沖發出到返回被接收的時間,從而對目标距離進行準确的測量。那麽,在使用性價比好的激光測距傳感器之時需要注意什麽問題呢?1、注意使用檢查并避免使用有故障的儀器如果激光測距傳感器已經存在故障,或者被猛烈撞擊過、私自改造過,那麽在測距的時候就有可能導緻結果有誤差。因此,在使用激光測距傳感器的時候一定要注意對其進行檢查,在确認傳感器沒有任何異常情況之後再使用,以免出現檢測結果有誤差的問題。2、注意測距時不要瞄準強光源或反光物體表面雖然大家需要獲得準确額距離測量結果  ,但是大家也要注意保護好自己的健康,所以,在使用激光測距傳感器對物體的距離進行檢測的時候,要注意不要将其直接瞄準強烈的光源 ,或者金屬 、鏡面以及棱鏡等可以放光物體的表面,否則 ,操作者的眼睛容易受到反射光的傷害。3、注意避免對不合适的物體表面進行測量對不合适的物體使用激光測距傳感器來測距,獲得測量結果可能不會準确。因此,要想獲得理想的數據結果就要注意避開一些不合适的表面,例如粗糙的表面;透明的表面;潮濕、光滑或高光澤的物表面等等。要想獲得準确的距離測量結果,大家不僅要使用受人稱贊的激光測距傳感器,而且在用其來測量距離的時候還一定要注意先做一番檢查,避免因爲使用有故障的傳感器而導緻測距失誤。此外,還應該注意不要将傳感器瞄準強光和鏡面反...
        • 8
          2020 - 05 - 29
          機器視覺檢測智能化程度高,這一點毋庸置疑,不僅能節約不少人力成本,還對該領域内的檢測格局産生着潛移默化的影響,故銷售态勢一再提升 。一般情況下建議客戶詳細參閱機器視覺檢測的選購事項,容易構建出清晰準确的選購思路,盡可能減少選購期間遇到的誤區。提醒在正式選購前,将該檢測方式的特點掌握到位,能避免遺漏掉細小環節 。1、擁有較高靈敏度令不少客戶反複糾結的問題是如何選擇好的機器視覺檢測,如果能及時明确清楚靈敏度的高低,就能把不達标的檢測儀器剔除在選項之外。機器視覺檢測不像市場中的普通檢測設備,即便被檢測物體的距離隔得很遠,也絲毫不影響檢測功能的正常發揮。2、得出的測量數據精準但凡經過機器視覺檢測後的物品所得出的相應數據相對比較精準,參考價值高,這也是很多客戶選擇它的理由,如果數據存在較大偏差,很有可能會導緻參數出錯。現階段,專門負責研發機器視覺檢測的機構仍在做調試工作 ,旨在進一步升級其性能。3、日常維護工作簡單機器視覺檢測對應的維護工作并沒有想象中那般繁雜,真正操作過的人才感觸較深 ,與普通設備的維護工作并無二緻,定期實施的難度不大。售賣機器視覺檢測的機構也會及時提醒客戶,依次注明需注意的維護重點 ,客戶隻用按部就班執行即可。大多數人從未靜心探究過機器視覺檢測的特點,可在本文的幫助下明晰模糊的認知體系,重新看待機器視覺檢測的獨特之處。很多人在采購期間容易犯的錯誤是違背客觀事實,做不到實事求是,導緻...
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        激光測距傳感器‍的工作原理是怎樣的 2020 - 10 - 26 激光測距傳感器‍可以做到不接觸測量快速出結果,在實際的測量過程當中有許多物體會出現間歇性的位移變化,一些變化并不是勻速變化,同時變化也不具有規律性,所以傳感器需要快速的捕捉變化的情況對被測物體進行移動速度的測量,在不允許接觸的情況下仍可對其實行重點監控,那麽長距激光測距傳感器‍的工作原理是怎樣的呢?1、收光激光三角反射式的測量原理基于簡單的幾何關系,來自激光二極管的激光束照射在被測量物表面 。 由激光測距傳感器反射的光線通過一組透鏡投影到受光元件矩陣上,受光元件可以是CCD/CMOS或PSD元件。反射光線的強度取決于被測物體的表面特性。爲此模拟元件PSD的敏感度需要進行調節,而對數字元件CCD傳感器,使用激光測距傳感器‍實時表面補光技術可以瞬時改變接收光強。2、分析解讀小量程激光測距傳感器‍探頭到被測物體的距離可以由三角計算法則精準得到,采用這種方法能夠得到微米級的分辨率。根據不同型号,測量得到的數據會由外置或内置控制器通過多種接口進行評估。點激光傳感器投射到被測物體上形成一個可見光斑,通過這個光斑可以非常簡便的安裝調試探頭,因此激光測距傳感器‍被應用到非常多的領域,成爲精密距離測量的熱門選擇。根據不同設計,光學測量允許測量距離較寬。根據測量任務的需要,可以選擇非常小的量程,但是具有極高測量精度。或者選擇大量程激光測距傳感器‍,但是測量精度會有所下降。在激光測距傳感器‍工作過程當中會...
        激光位移傳感器的問題介紹 2020 - 10 - 23 關于激光位移傳感器有諸多那單元和細節,比如它可以分爲内部處理單元 、發射回傳單元、激光接收器的接收單元和分析單元等,由于它可以在單位時間内發出大量的激光脈沖,因此需要同樣快速的接收脈沖返回到接收器當中,近些年來爲了大幅縮減激光位移傳感器的處理時間,在傳感器接收器上做了多重優化,使其在長距離檢測時也可以短時間内完成。1、爲什麽用激光位移傳感器激光位移傳感器發展趨勢‍極快,爲了維持玻璃的平坦性,必須在更寬廣的範圍内進行精準的控制溫度,這是因爲如果在玻璃基闆内産生溫度差,那麽将會産生殘留應力,而造成爲彎曲等玻璃變形的,或者在切割時讓玻璃出現變形,影響了玻璃基闆的穩定性,并且還有可能因爲殘留應力的結果,在制程中貼付偏光闆之後,會産生光的相位差,造成LCD模組出現漏光的現象。國産激光位移傳感器‍廠家稱應力作用會造成于玻璃表面的傷痕,也會讓基闆産生破損的結果。2、使用激光位移傳感器有什麽技術優勢通過使用激光位移傳感器可以成功測量透明材質的平坦度,從而彌補了傳統激光位移傳感器在透明材質或鏡面反射測量上的不足,增加了激光位移傳感器新的應用領域。全息傳感器基于獨特的錐光全息專利技術,優于現有各種工業應用的标準距離測量方法。該傳感器可靠、準确,不包含運動部件。與标準的三角法相比,在測量系統中有共線性和低電子噪聲依賴性兩大優勢。非接觸式距離傳感器用于激光打标、焊接、鑽孔和切割系統的自動對焦。另外關于激光位...
        激光位移傳感器的作用有哪些 2020 - 10 - 22 激光位移傳感器可在生産線上進行灌裝水平的檢測,在制造過程中當灌裝産品通過傳感器時可以檢測是否灌裝完畢,當生産線與傳感器的安裝線平行時,傳感器測得的距離差越大物體的直線度越差,該傳感器利用激光束反射面的擴展程序,可以準确識别灌裝産品的灌裝是否合格以及産品的數量是否正确。1、尺寸測定機關位移傳感器在進行尺寸測量的時候采用振動分析,可以對汽車等高等級産品進行相關的測試和實驗,另外對于一些工業産品可以實現實時的動态監測,另外一些中高等級的器件狀态與産品的性價比和價位息息相關,激光位移傳感器可以與機械手或其他的工業附加品相互配合形成一整套的監控系統,既可以對生産器械進行監控來避免其發生故障,又可以對産品進行質量檢驗避免厚度或長度等參數異常。2、均勻度的檢查激光位移傳感器的使用方法相對來說要更加簡單,尤其在測量工件運動的傾斜方向時可以一次性測量多個運動工件,另外它可以迅速甚至實時的将測量值進行輸出,另外它使用軟件計算出的度量值誤差相對來說較小,并可以根據數據輸出情況實時的優化和調整數據的結果以保證結果的長期穩定,除此之外激光位移傳感器還可以與各類掃描儀相互配合使用,一個負責讀出數據另外一個可以及時的對其他的原件尺寸和完整性及精準度進行測試。這對于同類的位移傳感器來說均不可能實現 ,然而激光位移傳感器除了可以測量單組數據外,甚至多組數據共同測量時也可以保證精準性。激光位移傳感器還可測量物體的直線度...
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