基于激光位移传感器的软管直径在线监测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于激光位移传感器的软管直径在线监测系统，包括机械装置和测控系统，所述机械装置包括上部分传动机构和下部分传动机构。本发明专利技术的有益效果为：（1）本发明专利技术提出的直径测量系统解决了软管的接触式测量造成误差较大的问题；（2）本系统提出的对准方案简单实用，可实现不停机在线监测。（3）本系统提出的直径测量步骤可分时间段多次进行，有效降低工件运行过程中造成的误差。（4）本发明专利技术还可以用于其他高精度管类、轴类零件直径的监测以及零件厚度的测量中，根据实际需求选择不同的激光位移传感器，应用灵活。

On line monitoring system of hose diameter based on laser displacement sensor

The invention discloses a hose diameter on-line monitoring system based on a laser displacement sensor, which comprises a mechanical device and a measuring and controlling system. The mechanical device comprises an upper part transmission mechanism and a lower part transmission mechanism. The invention has the following beneficial effects: (1) the diameter measuring system of the invention solves the problem of large error caused by the contact measurement of the hose; (2) the alignment scheme proposed by the system is simple and practical, and can realize on-line monitoring without stopping the hose. (3) The diameter measurement step proposed by this system can be carried out many times in different time intervals, which can effectively reduce the errors caused by workpiece operation. (4) The invention can also be used for other high-precision pipe and shaft parts diameter monitoring and thickness measurement, according to the actual needs of different laser displacement sensors, flexible application.

【技术实现步骤摘要】
基于激光位移传感器的软管直径在线监测系统
本专利技术涉及一种软管直径在线监测系统。
技术介绍
塑料软管生产过程中，对直径的要求十分严格，塑料软管直径的大小直接影响整个产品的容量。由于软管的特性较软，采用传统的接触式测量如游标卡尺，会造成测量结果偏离实际值，并且耗费人力，不能及时发现不合格产品，造成资源浪费，所以对于生产线上软管直径的监测尤为重要。目前对于外圆直径测量有影像、接触式测头、气动测量等手段。影像测量受制于光学景深，测量精度较差；接触式测头如三坐标测量机，不便于生产线中测量且成本较高；气动测量方式的测量精度高但量程范围小，且对测量环境要求高。激光位移传感器具有非接触、无测量力、响应速度快、测量范围大等优点，目前广泛应用于精密检测以及逆向工程等领域。尤其是在零部件尺寸测量、三维轮廓测量中，激光位移传感器得到了广泛的应用。同时在安装过程中替代常规接触式传感器，既不用标准件，也不用补偿测头半径，有效提高了检测效率。对于激光位移传感器而言，要想得到零件的具体尺寸以及三维轮廓，首先需要将两个激光位移传感器对准在一条直线上。在对准的过程中，通常采用手动将两个传感器对准，存在安装误差，考虑到零件的复杂性以及精度要求，需要实时对准。例如专利《基于激光位移传感器的轴颈轴心测量装置及测量标定方法》（CN107121081A）中提到了将两个激光位移传感器分别安装在测量架的两个交叉平面上，以此测量直径，此方法存在传感器安装的定位误差问题。又如专利《一种基于激光测距的非接触式测量装置》（CN205156851U）公开了一种三轴测量装置，将激光位移传感器安装在两个相对的测量臂上，通过两个激光位移传感器实时测量各自所在测量臂到工件的距离算出尺寸，但是并没有考虑到传感器与轴类工件直径的对准问题，且并未涉及相关数据处理软件。目前，就针对软管直径的非接触式测量，并且能够克服传感器安装时的定位误差以保证较高的精度，实现不停机在线监测，尚未发现相关资料和研究。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种可以对各种大小软管的直径进行在线监测的基于激光位移传感器的软管直径在线监测系统。本专利技术的技术解决方案是：一种基于激光位移传感器的软管直径在线监测系统，包括机械装置和测控系统，其特征是：所述机械装置包括上部分传动机构和下部分传动机构。所述上部分传动机构包括支撑装置和驱动模组，所述支撑装置由横梁和横梁支架固定在工作台上，所述驱动模组安装在横梁上，该模组的移动滑台上安装传感器夹具来固定上激光位移传感器，可以驱动上激光位移传感器沿着X方向移动，所述上激光位移传感器光束发出点附近贴1mm*30mm的标记，用来作为下激光位移传感器的参考物，保证下激光位移传感器沿着Y方向定位。所述下部分传动机构由两个相互垂直的导向轴连接而成，导向轴由两个互相垂直的模组驱动，所述导向轴的连接装置上安装下激光位移传感器，通过连接装置上的直线轴承完成在X和Y方向的移动，每个模组上滑台移动的方向都增加了平行的辅助导向轴，由直线轴承连接，保证了运动的平稳性，其中一个模组和辅助导向轴安装在固定的支撑上，以保证两个导向轴Z方向的高度差。所述测控系统实现运动控制和数据处理，完成对直径的监测；采用数据采集卡和运动控制卡来实现控制，其中数据采集卡采集激光位移传感器测量的数据，拟合出曲线，用以判断激光位移传感器与零件的相对位置。运动控制卡通过上位机给出的脉冲信号控制电机驱动上激光位移传感器沿着X方向移动以及驱动下部分的导向轴沿着X和Y方向移动。进一步，所述上激光位移传感器安装在模组的移动滑台上，可完成X方向自动调节；所述下激光位移传感器安装在导向轴连接装置上，能够在XOY平面内运动，从而满足传感器的测量范围。进一步，所述激光位移传感器通过采集的到传感器距离的数据点来拟合曲线，在曲线上找到峰值，驱动激光位移传感器移动到峰值点处完成上下对准。进一步，所述上激光位移传感器光束采集点附近贴1mm*30mm的标记，通过驱动下激光位移传感器在XOY平面内的移动，与标记的1mm宽度对准，以此实现两个传感器沿着Y方向的对准。进一步，所述两个激光位移传感器在Y方向对准后沿着X方向移动扫描工件，以工件为参考物实现沿着X方向的定位，实时可靠。所述的一种基于激光位移传感器的软管直径在线监测系统及其工作原理，其特征在于包括如下步骤：第一步：开启电源，设置上驱动装置运动参数，将上激光位移传感器移动到初始位置。第二步：驱动下激光位移传感器沿着X方向移动，使上激光位移传感器上的1mm*30mm的标记在探测范围内。第三步：启动程序，系统通过电机驱动下激光位移传感器沿着Y方向移动垂直扫过上激光位移传感器上1mm*30mm的标记，接收下激光位移传感器测量的与上激光位移传感器之间的距离数据拟合出曲线，曲线的峰值点与标记的1mm宽度对应，驱动下激光位移传感器沿着Y方向移动到峰值点处与标记对准，实现沿着Y方向对准。第四步：系统驱动电机分别带动上、下激光位移传感器沿着X方向移动扫过软管，采集两个激光位移传感器接收到的与软管之间距离的数据，利用数据进行最小二乘多项式曲线拟合，拟合出曲线f2、f3，分别驱动电机带动上、下激光位移传感器至曲线峰值点处，实现两个激光位移传感器上下对准在软管轴线上。第五步：通过曲线f1，得到两个传感器沿着Z方向的距离；通过上下激光位移传感器对准在软管轴线上测得的数据，得出直径大小，根据事先设置好的软管直径大小的参数，当测得的直径超出这一范围，程序会自动报警，并且反馈给生产线进行参数调整，使生产的软管直径符合要求，避免不必要的生产材料浪费。本专利技术的有益效果为：（1）本专利技术提出的直径测量系统解决了软管的接触式测量造成误差较大的问题；（2）本系统提出的对准方案简单实用，可实现不停机在线监测。（3）本系统提出的直径测量步骤可分时间段多次进行，有效降低工件运行过程中造成的误差。（4）本专利技术还可以用于其他高精度管类、轴类零件直径的监测以及零件厚度的测量中，根据实际需求选择不同的激光位移传感器，应用灵活。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。图1是本专利技术系统整体结构图图2是本专利技术机械装置下部分传动机构图图3是本专利技术的测量直径流程图图中标号名称：1.横梁支撑，2.横梁，3.驱动模组，4.上传感器夹具，5.上激光位移传感器，6.伺服电机，7.软管，8.工作台，9.运动控制卡，10.数据采集卡，11.下传感器，12.下传感器夹具，13.凸形块，14.辅助直线轴承，15.辅助导向轴，16.L形块，17.L形块支撑，18.直线轴承，19连接装置，20.导向轴，21.模组支撑。具体实施方式由图1可知，一种基于激光位移传感器的直径测量系统及其工作原理，主要由机械装置和测控系统组成。所述机械装置包括上部分传动机构和下部分传动机构。上部分传动机构由单个模组（3）驱动，模组安装在横梁（2）上，可控制滑台带动上激光位移传感器（5）沿着X方向移动。所述测控系统实现运动控制和数据处理，实现在线监测软管直径大小，采用数据采集卡（10）和运动控制卡（9）来实现控制，数据采集卡（10）收集传感器测量的有限点的数据，而运动控制卡（9）通过上位机输出的脉冲实现对电机的行程控制。由图2可知，所述下部分传动机构由两个垂直方向的模组驱动，其中一个模本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于激光位移传感器的软管直径在线监测系统，包括机械装置和测控系统，其特征是：所述机械装置包括上部分传动机构和下部分传动机构；上部分传动机构由单个模组（3）驱动，模组安装在横梁（2）上，可控制滑台带动上激光位移传感器（5）沿着X方向移动；所述测控系统实现运动控制和数据处理，实现在线监测软管直径大小，采用数据采集卡（10）和运动控制卡（9）来实现控制，数据采集卡（10）收集传感器测量的有限点的数据，而运动控制卡（9）通过上位机输出的脉冲实现对电机的行程控制；所述下部分传动机构由两个垂直方向的模组驱动，其中一个模组安装在模组支撑上以保证两个模组Z方向的高度差，模组滑台上安装凸形块（13），用来安装导向轴（20）的一端，导向轴的另一端安装在辅助直线轴承（14）上，辅助导向轴（15）与滑台运动方向平行，保证运动的平稳性；辅助导向轴（15）通过L形块（16）固定在L形块支撑（17）和工作台上，两个导向轴（20）之间用特定连接装置（19）连接，连接装置（19）上安装下激光位移传感器（11），完成X和Y方向的运动。

【技术特征摘要】
1.一种基于激光位移传感器的软管直径在线监测系统，包括机械装置和测控系统，其特征是：所述机械装置包括上部分传动机构和下部分传动机构；上部分传动机构由单个模组（3）驱动，模组安装在横梁（2）上，可控制滑台带动上激光位移传感器（5）沿着X方向移动；所述测控系统实现运动控制和数据处理，实现在线监测软管直径大小，采用数据采集卡（10）和运动控制卡（9）来实现控制，数据采集卡（10）收集传感器测量的有限点的数据，而运动控制卡（9）通过上位机输出的脉冲实现对电机的行程控制；所述下部分传动机构由两个垂直方向的模组驱动，其中一个模组安装在模组支撑上以保证两个模组Z方向的高度差，模组滑台上安装凸形块（13），用来安装导向轴（20）的一端，导向轴的另一端安装在辅助直线轴承（14）上，辅助导向轴（15）与滑台运动方向平行，保证运动的平稳性；辅助导向轴（15）通过L形块（16）固定在L形块支撑（17）和工作台上，两个导向轴（20）之间用特定连接装置（19）连接，连接装置（19）上安装下激光位移传感器（11），完成X和Y方向的运动。2.根据权利要求1所述的基于激光位移传感器的软管直径在线监测系统，其特征是：所述上激光位移传感器（5）安装在模组的移动滑台上，可完成X方向自动调节；所述下激光位移传感器（11）安装在导向轴连接装置（19）上，能够在XOY平面内运动，从而满足传感器的测量范围。3.根据权利要求1所述的基于激光位移传感器的软管直径在线监测系统，其特征是：所述激光位移传感器通过采集的到传感器距离的数据点来拟合曲线，在曲线上找到峰值，驱动激光位移传感器移动到峰值点处完成上下对准。4.根据权利要求1所述的基于激光位移传感器的软管直径在线监测系统，其特征是：所述上激光位移传感器（5...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆观，冯同洋，徐一鸣，邱自学，邓勇，袁江，邵建新，蔡婷，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32