[发明专利]一种光幕式轴类零件测量仪测头装置及其测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及轴类零件直径测量领域，具体为一种光幕式轴类零件测量仪测头装置。

背景技术

在机械工业中，轴类零件是组装合成机械机器的常见典型零件之一，对轴类零件关键尺寸的精密测量对保证轴类零件的加工、装配质量起着非常重要的作用。

接触式测量是较为传统的测量方法，通过与零件表面直接接触测量得出直径尺寸，但由于对工件进行直接接触会造成工件表面的划伤进而影响尺寸精度。基于扫描法的非接触式测量需要高稳定性的微型电机和扫描棱镜，成本较高，难以在工业生产中大范围使用。基于衍射法的非接触式测量随着工件直径的增大测量精度降低，因此只能测量较小直径工件。基于影像法的非接触式测量相对于衍射法测径范围更广，能够检测轴径更大的零件轴，相对于扫描法测径的装置结构更为简单，成本更低。

而现有的基于影像法的光幕式轴类零件测量仪的具有单个线阵CCD传感器的测头装置主要受限于单个线阵CCD传感器的有效工作长度和平行光源长度。如图1所示，采用单个线阵CCD传感器的测头装置，光源1照射在待测轴类零件2上，被其遮挡产生光斑的上下边缘由线阵CCD传感器3采集，线阵CCD传感器3将采集的信号传递给计算机4，找出线阵CCD传感器上被遮挡的光敏原件个数就能求出待测轴类零件直径，由于单个线阵CCD传感器本身长度有限，从而无法测量直径较大的轴类零件。如图2所示，采用两个线阵CCD传感器3的测头装置，可以测量直径较大的轴类零件，但是由于每个线阵CCD传感器3自身存在一定长度，其所能测量的最小尺寸大于两个线阵CCD传感器的安装距离。

发明内容

针对现有技术中对轴类零件测量范围受限的缺陷，本发明提供一种光幕式轴类零件测量仪测头装置，其结构简单、成本低，对轴类零件直径测量精度高且测量范围广。

本发明通过以下技术方案实现：

一种光幕式轴类零件测量仪的测头装置，其关键在于：包括具有两根支撑杆的U型基架和沿光线方向依次设置的平行光源、位于同一竖直方向上的两个平面镜组、位于同一竖直方向上的两个线阵CCD传感器；所述平面镜组由两个平行且镜面相对设置的平面镜组成，其中所述平面镜与光线之间的夹角为45度；平行光源产生低发散角的平行光，被待测量轴类零件遮挡并且经过两个平面镜组光路改造后产生光斑的上下边缘由两个线阵CCD传感器采集；

所述两个平面镜组、两个线阵CCD传感器沿U型基架上一根支撑杆的精密丝杆导轨相向滑动和锁定，其中平行光源的照射方向与线阵CCD传感器的导轨面垂直，线阵CCD传感器的光轴与线阵CCD传感器的导轨面垂直。

通过上述技术方案可知，平行光源对待测轴类零件进行照射，被零件直径部分遮挡后的光斑分别照入上、下两个平面镜组，其光路被上下两个平面镜组改造后，光斑的上下边缘由两个线阵CCD传感器采集。线阵CCD传感器采集到的信号传递给计算机，计算当前状态下待测轴类零件的上下边缘位置以及工件直径。在测量过程中，根据实际零件直径大小，调整两个线阵CCD传感器的位置。相比于传统测头装置，克服了单个线阵CCD传感器自身长度有限不能测量较大轴类零件直径的问题，同时也克服了两个线阵CCD传感器测量轴类零件直径的最小尺寸大于两个线阵CCD传感器的安装距离的问题，测量范围更广，通用性更强。

进一步的，沿所述平行光源的光线方向设有用于放大平行光源光线的第一放大镜片组，该第一放大镜片组位于平行光源和待测量轴类零件之间。有效缩小光源元件尺寸，减小测头装置体积，提高测量精度。

进一步的，所述对应的平面镜组和线阵CCD传感器之间分别设有第二放大镜片组，该第二放大镜片组用于放大经平面镜组改造后的光线。对光路进行放大处理，提高测头装置的分辨率，提高测量精度。

进一步的，所述第二放大镜片组和线阵CCD传感器之间设置有滤光片。

进一步的，所述第一放大镜组和第二放大镜组均由两块平行的平凸透镜组成，所述两块平凸透镜的平面相对，球面相背。

进一步的，所述测头装置还包括用于固定平行光源和第一放大镜片组的光源架以及两个用于固定平面镜组、第二放大镜片组和线阵CCD传感器的CCD传感器架；所述光源架和两个CCD传感器架分别套设在U型基架的不同支撑杆上并且沿支撑杆的精密丝杆导轨相向滑动和锁定。

所述光源架为矩形腔体结构，其从前到后依次开设有用于放置平行光源的圆形定位槽以及与第一放大镜片组形状相适配的第一弧形通槽，所述平行光源固定在圆形定位槽内，所述第一放大镜片组固定在第一弧形通槽内。