[发明专利]管形零件内轮廓自动检测系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种检测技术领域的设备，具体地说，是涉及一种管形零件内轮廓自动检测系统。

背景技术

管形零件是机械制造业的常见零件，其加厚段的内轮廓尺寸对管形零件内流体的流动状态影响很大。目前加厚段的加工工艺普遍采用热挤压成型方法，分为内加厚和外加厚两个部分，因而内轮廓的具体尺寸参数存在不确定性和随意性。由于管形零件加厚段的内轮廓属于三维内尺寸，内径尺寸为不完全规则变化，测量难度较大，精度不易保证，在线测量困难，因此缺少有效和实用的测量手段。

经对现有技术的文献检索发现，目前国内只有宝钢集团钢管厂推出一种钻杆内加厚轨迹测绘仪(中国专利号02215180.X)，该测绘仪包括探头、探杆、连杆传动机构、记录装置等部分，探头(为接触式)固定于探杆的一端，该探杆的另一端与连杆传动机构固定联接，所述记录装置(常用百分表等)亦与该连杆传动机构相连。检测时，人工手持该测绘仪，使得探头与钻杆内外表面相接触，沿钻杆轴向方向拉动测绘仪，则记录装置可以反映钻杆的内外轮廓参数变化。但是，这种方法存在严重的问题：一是该测绘仪实际上是检测钻杆的壁厚，因此外加厚轮廓尺寸将影响内加厚轮廓尺寸的测量结果；二是手持拖动测绘仪，用目测方法寻找轮廓变化的拐点位置，精度无法保障；三是钻杆粗糙表面对接触式测头产生严重的磨损，个别表面质量缺欠(例如毛刺、氧化皮、铁屑、灰尘等)的存在将会影响测量结果的准确性。

除了上述机械方法之外，还有漏磁方法、涡流方法、γ射线方法、电磁方法和超声方法等。这些方法和装置大多数用于缺陷检测与定位，属于无损检测范畴。对管形零件内部进行尺寸检测的系统或者装置，可以为光电式、接触式、气动式几种，主要用于管形零件直径测量，均不能测量内轮廓的三维尺寸参数。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的上述不足，提出一种管形零件内轮廓自动检测系统，采用结构光技术和计算机视觉技术，实现三维内轮廓自动检测，满足管形零件实际生产需求。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括测量臂、驱动箱、控制柜和定位机构。被测零件固定于定位机构之上，驱动箱位于零件一侧并靠近端部，控制柜位于驱动箱附近，通过电缆与驱动箱相连。驱动箱内部安装有可以往复运动的测量臂，测量臂与被测零件等高而且轴线重合。在控制柜的控制下，测量臂可以进入零件内部进行探测，但是与被测零件不接触。被测管形零件通过生产传输线送入定位机构上，并被夹具固定后，生产线向控制柜发出准备好信号，控制柜随后向驱动箱发出控制指令，驱动箱带动测量臂快速向前移动并进入被测管形零件的内部，连续对内轮廓进行采样和测量，测量结束后，驱动箱带动测量臂快速回退至原先位置，经过控制柜数据处理，检测结果将在控制柜的显示器上显示，同时存储在内部存储器内，上述工作结束后，控制柜向生产线发出完成信号，检测工作结束。

所述测量臂是系统的关键部件，包括光源、光学镜组、工业摄像机、测量窗等组成，光源发出一组环形光束，投射到一个镀膜的光学镜组，经过光学镜组反射后，透过测量窗，在被测管形零件内表面沿圆周方向形成一组环形分布的多个光斑，每个光斑代表管形零件内轮廓上某个点。这些光斑通过专用镜头成像后，通过摄像机获取该光斑图像，通过传输电缆送入后面的控制柜中，通过计算机进行图像处理和数据处理，可以获得这些光斑所在点的空间坐标。当测量臂沿着管形零件轴线移动时，每个光斑可以扫描出管形零件内表面的一条母线轮廓，因此测量系统可以获得多个母线轮廓的离散点坐标，通过对这些三维点进行重构，从而获得准确的管形零件三维内轮廓尺寸参数。

所述光源由若干个独立的半导体激光器组成，这些激光器沿镜筒的轴向均匀分布。因此由这些激光器发出的是一组平行的环形光束，在空间形成一个圆柱形区域。为了保证测量精度，数量至少为4束。光学镜组是多面锥棱镜，表面镀膜，棱镜的反射面数量与激光器的数量相同，反射面与轴线呈一定角度。由激光器发射的一组光束首先投射到光学镜组右侧反射面上，经过反射后，激光束透过保护镜片(即测量窗)，在被测管形零件内表面沿圆周方向形成一组环形分布的多个光斑。这些光斑成像在摄像机的CCD上，满足测量要求。

所述驱动箱中设置有若干接近传感器，可以通过检测直线导轨和基座之间的相互位置来检测测量臂和管形零件之间的相互位置，避免产生碰撞，提高测量系统的安全性和可靠性。