凸轮轮廓检测系统

摘要

本发明提供了一种结构简单、检测精度和效率较高的基于直驱式电机的凸轮轮廓检测系统，其包括：直驱式电机、同轴固定设于直驱式电机的转子上的用于带动凸轮同步同轴旋转的心轴、水平设于凸轮一侧的丝杠螺母副、设于该丝杠螺母副的活动螺母上的激光测量头、用于测量所述活动螺母的水平位移量的光栅尺位移传感器、设于直驱式电机的固定座中的用于检测所述转子的旋转角度的圆光栅、以及工控机；所述工控机控制所述直驱式电机和丝杠螺母副动作，并根据所述激光测量头、光栅尺位移传感器和圆光栅测得的数据得出凸轮的外轮廓数据。

主权项

一种凸轮轮廓检测系统，其特征在于包括：直驱式电机(1)、同轴固定设于直驱式电机(1)的转子(1‑2)上的用于带动凸轮(10)同步同轴旋转的心轴(5)、水平设于凸轮(10)一侧的丝杠螺母副(3)、设于该丝杠螺母副(3)的活动螺母(3‑1)上的激光测量头(2)、用于测量所述活动螺母(3‑1)的水平位移量的光栅尺位移传感器(4)、设于直驱式电机(1)的固定座(1‑1)中的用于检测所述转子(1‑2)的旋转角度的圆光栅、以及工控机；所述工控机控制所述直驱式电机(1)和丝杠螺母副(3)动作，并根据所述激光测量头(2)、光栅尺位移传感器(4)和圆光栅测得的数据得出凸轮(10)的外轮廓数据；所述丝杠螺母副(3)的丝杆(3‑2)与一步进电机(7)传动相连；丝杠螺母副(3)的丝杆(3‑2)的中心线、以及激光测量头(2)输出的激光与所述心轴(5)的轴线垂直相交；所述工控机包括：用于实时控制所述直驱式电机(1)和步进电机(7)动作的运动控制卡，与所述激光测量头(2)相连的用于实时检测激光测量头(2)与凸轮(10)的外轮廓的间距的激光位移传感器采集卡，与所述光栅尺位移传感器(4)和圆光栅相连的编码器计数卡，以及通过系统总线与所述运动控制卡、激光位移传感器采集卡和编码器计数卡相连的CPU单元；所述运动控制卡通过一伺服驱动器与所述直驱式电机(1)相连，所述圆光栅的检测信号输出端(1‑3)与该伺服驱动器的反馈信号输入端相连；运动控制卡同时通过一步进电机驱动器控制步进电机(7)动作；在所述凸轮(10)的旋转角度为θ_i时，测得的凸轮(10)的外轮廓与激光测量头(2)的间距即第一间距测量值为l_Ti；同时，光栅尺位移传感器(4)测量得的所述活动螺母(3‑1)在水平方向与光栅尺位移传感器(4)的硬零位(l₀)的间距即第二间距测量值为l_Mi，i＝1，2，3...n；i为凸轮(10)旋转一周的过程中同时检测所述第一、第二间距测量值l_Ti、l_Mi的次数，0°≤θ_i＜360°；所述凸轮轮廓检测系统的检测方法包括：A)、将激光测量头(2)与心轴(5)的外圆的间距即第一间距l_T0控制在激光测量头(2)的量程内，然后检测并记录所述第一间距l_T0，同时检测并记录所述活动螺母(3‑1)在水平方向与所述硬零位(l₀)的间距即第二间距l_M0；B)、若已知凸轮(10)的外轮廓数据ρ＝ρ(θ)，则在开始控制凸轮(10)旋转一周的同时，控制激光测量头(2)相对凸轮(10)的外轮廓按照ρ＝ρ(θ)+l_T0的轨迹运动；同时，控制所述第一间距测量值l_Ti始终处于激光测量头(2)的量程内，并获取与凸轮(10)的旋转角度θ_i相对应的所述第一、第二间距测量值l_Ti、l_Mi；C)、由心轴直径φd和所述l_T0、l_M0、l_Ti、l_Mi，计算出凸轮(10)的极径测量值ρ_i(θ_i)：${\rho }_i\left({\theta }_i\right)=\frac{1}{2}\mathrm{\phi d}+(l_{T0}-l_{\mathrm{Ti}})+(l_{M0}-l_{\mathrm{Mi}})$D)、将所述极径测量值ρ_i(θ_i)与所述外轮廓数据ρ＝ρ(θ)相比较，得出凸轮(10)的外轮廓加工误差。