一种利用激光的非接触锻件直径在线测量的方法

摘要

一种利用激光的非接触锻件直径在线测量的方法，包括一对安装于锻件两侧的等高且相互平行的直线式导轨，其特征是在一个导轨上安装激光发射装置，另一个导轨上安装激光接收装置，由两台步进电机分别驱动其行走，行走时始终保持激光发射装置与激光接收装置位置同步，通过步进电机的行走距离和激光接收装置信号地通断，可以快速计算出激光与锻件截面圆相切的两点间距离，从而得到锻件直径尺寸。由于采用两个相互独立的直线导轨，只要选择合适的导轨长度，就可以测量更宽范围内的锻件直径，如风力发电机主轴、冶金用轧辊等；测量人员不用接触高温环境，不用手工测量，可快速得知当前锻件的直径，精确度高，避免了手工测量耗时长、误差大的缺点，提高了锻造的速度和精度；有效避免了根据经验预留出较大的冷加工余量的缺点，减少了锻件余量损耗，实现节能降耗。

主权项

一种利用激光的非接触锻件直径在线测量的方法，包括一对安装于锻件两侧的等高且相互平行的直线式导轨，其特征是在一个导轨上安装激光发射装置，另一个导轨上安装激光接收装置，由两台步进电机分别驱动其行走，行走时始终保持激光发射装置与激光接收装置位置同步，通过步进电机的行走距离和激光接收装置信号地通断，可以快速计算出激光与锻件截面圆相切的两点间距离，从而得到锻件直径尺寸，同时，在操作室控制柜内安装PLC控制器，通过通信电缆将各种信息显示在操作面板显示器上；PLC控制器的运算原理是：激光发射装置与激光接收装置在步进电机的驱动下由导轨一端同步向另一端行走，当激光束刚好与锻件截面圆相切时，光束被锻件遮挡，激光接收装置输出未接收到激光信号，此时，系统记录下光束与锻件截面圆相切的入口位置A(10)，激光发射装置与激光接收装置继续沿行走方向运动，当激光束刚好与锻件截面圆的另一端相切时，光束从被遮挡转换为未被遮挡状态，激光接收装置接收到激光输出接收到激光信号，此时，系统记录下光束与锻件截面圆相切的出口位置B(11)，至此一次测量过程完成；在该过程中，由PLC控制激光接收、发射装置的位移，通过对步进电机的运动监控，可以精确得到相切的入口位置A与出口位置B，进而计算出相切的入口位置A和出口位置B之间的距离X，|A‑B|＝X，X为理想条件下锻件截面圆直径；最后，由PLC对所有数据进行分析与处理，并将测量结果送至显示，同时，准备开始执行下一次测量任务，整个测量及显示过程由PLC自动控制完成；将步进电机的旋转运动转化为直线运动的传动部分采用丝杠传动方式，丝杠的一端与电机轴直接相连，另一端通过轴承支撑固定于导轨支架上，导轨上安装有滑块，步进电机做旋转运动时，滑块在沿导轨方向上做直线运动，激光发射装置与激光接收装置分别固定在两台丝杠的滑块上，直线式导轨为激光发射装置与激光接收装置提供运动路径，保证激光发射装置与激光接收装置沿垂直方向做上下运动，使激光束在运动过程中不发生晃动，使其始终能被激光接收装置正确接收；步进电机采用开环位置控制，不设置位置反馈回路，动力传递方向为单向；在直线式导轨(1)下端安装卷轴(6)，方便激光发射装置与激光接收装置的连接电缆在运动过程中收放；在基座(8)上还设置有调整螺丝(13)，调整螺丝(13)安装在基座的四个角上，通过调整螺丝的长度，可以调整直线式导轨的垂直度和平行度，以保证激光光束(2)水平；电机驱动器选用SD328；PLC控制器选用S7‑300；通信模块选用CP341；所测的锻件直径 范围为50mm‑2800mm；由于受到PLC数据处理延迟、通信延迟、继电器动作延迟及机械误差所产生的影响，实际锻件的直径应当使用以下修正算法予以修正：X+σ＝φ，σ为误差补偿量，选用固定误差补偿方式对测量数据进行修正，σ＝1.32，φ为实际锻件截面圆直径。