一种端面装配微小间隙非接触测量装置的测量方法

技术领域

本发明涉及间隙精度测量技术领域，具体涉及一种端面装配微小间隙非接触测量装置的测量方法。

背景技术

在汽车工业、航空航天等行业中，有效的控制产品装配过程中的端面装配间隙十分重要。对装配端面间隙的高精度测量已成为影响装配质量的关键因素。现有的间隙检测通常采用塞尺、电涡流传感器、线激光传感器、视觉测量等方法。采用塞尺测量时，需要选择不同规格的塞尺片进行不断测试，测量过程繁琐且效率低，且测量精度受人为的影响，精度不高。此外，塞尺可能会对形成间隙的材料造成损伤。电涡流法测量过程需要植入被检测间隙，但是植入时需要在被测对象上增加安装孔，极易造成测量工件的损坏。线激光传感器通过线激光的横向分辨率测量间隙宽度，不会对工件造成损伤，但是其横向分辨率在数十微米量级，难以实现五十微米以下的微小间隙测量。视觉测量利用工业相机拍摄间隙图像，提取间隙边缘，利用图像处理计算间隙宽度，易受打光方式，被测件表面纹理及环境光照条件等因素的影响，适用范围小。因此，现有的测量方式存在测量效率低、测量精度低、测量过程易受环境影响、普适性差和难以测量五十微米以下的微小间隙等技术问题。

发明内容

本发明为解决上述问题，提供了一种端面装配微小间隙非接触测量装置的测量方法，采用本方案，利用光谱共焦传感器进行测量，光谱共焦位移传感器是基于波长位移调制的非接触式位移传感器，工作频率达上千赫兹，对于被测件表面纹理、倾斜和颜色不敏感，适用范围广，同时其测量精度高，分辨率可达纳米级。

本发明采用的技术方案为：一种端面装配微小间隙非接触测量装置，包括控制主机和检测主体；

所述控制主机包括光谱控制器和位移控制器，所述检测主体包括升降平台、位移台和光谱传感器；

所述光谱控制器和光谱传感器连接，所述光谱传感器设于位移台上，所述位移台设于升降平台上，所述光谱传感器用于测量间隙宽度，所述位移台用于控制光谱传感器在位移台上移动，所述升降平台用于控制位移台的升降；

所述位移控制器和位移台连接，所述位移控制器用于控制光谱传感器的移动和升降。

本方案具体运作时，通过安装检测主体扫查间隙，可通过专用工装调节检测主体，只要保证位移台及光谱传感器与间隙平行，扫查方向与间隙垂直即可，并不限于垂直方向的间隙，任意方向的间隙均可测量；因此，本方案由控制主机控制检测主体的运行，其中光谱控制器通过光纤线连接光谱传感器，其中光谱传感器优选采用光谱探头，光谱传感器安装在位移台上，位移台上有设有竖向安装板，竖向安装板上带有通孔，通孔的尺寸和光谱传感器的尺寸相匹配，光谱传感器穿过通孔，使光谱传感器被固设在位移台上，而在升降平台侧面设有横向安装板，位移台设置于横向安装板上，位移台自身可在横向安装板上位移，并带动光谱传感器，而横向安装板可沿升降平台上下滑动，并带动位移台和光谱传感器，最终实现光谱传感器的升降，光谱传感器的的移动通过位移控制器控制，光谱传感器可通过水平和竖直方向的移动测量装配端面间隙的宽度；

其中控制主机和检测主体底部均设置有底板，便于放置；控制主机和检测主体上均还设有外壳框架，外壳框架用于罩住并保护控制主机和检测主体内部的配件；在检测主体的底板上还设有专用工装，优选为调平螺栓，可根据专用工装安装，使光谱探头扫查方向与间隙垂直，实现任意方向间隙的测量。

进一步优化，所述控制主机还包括平板主机，平板主机通过网线和光谱传感器连接，所述平板主机通过网络协议设置光谱传感器的参数，并接收光谱传感器的回传数据。

本方案具体运作时，在控制主机还包括平板主机，平板主机优选设置在外壳框架外侧，便于工作人员进行操作平板主机，平板主机通过网线和光谱传感器连接，平板主机作为主控件，经过工作人员操作，能通过网络协议设置光谱传感器的参数，并接收光谱传感器的回传数据，其中网络协议可优选为TCP/IP协议。

进一步优化，所述平板主机和位移控制器连接，所述平板主机用于设置位移控制器的参数，并通过相关指令完成对位移台的控制。

本方案具体运作时，平板主机可优选通过串口和位移控制器连接，工作人员可通过平板主机设置位移控制器的参数，并通过相关指令完成对位移台的控制，其控制方式包括循环控制及运动速度控制等，使位移台带动光谱传感器进行移动和升降，并使光谱传感器以一定的速度扫查端面装配间隙。

进一步优化，所述位移台为微调装置，所述升降平台为粗调装置。

本方案具体运作时，为保证光谱传感器的测量精度，需使位移台属于微调装置，为快速设定位移台的初始位置等，需使升降机构属于粗调装置。

进一步优化，为使光谱传感器的初始位置靠近端面间隙，设置为：所述升降平台上还设有调节旋钮，所述调节旋钮用于调节位移台的初始位置。

进一步优化，为使平板主机、光谱控制器和位移控制器正常运行，设置为：所述控制主机还包括电源，所述电源提供电能。

进一步优化，一种端面装配微小间隙非接触测量装置的测量方法，包括以下步骤：

S1：打开电源，并使位移台和光谱传感器参数初始化；

S2：通过调节旋钮调节升降平台，使光谱传感器的光斑位于间隙周围；

S3：通过平板主机设置位移台循环扫查位移坐标(X1，X2)、移动速度V和光谱采样频率F，使光谱传感器能对间隙进行循环扫查；

S4：光谱传感器开始采集数据，并将数据回传给平板主机；

S5：平板主机检测回传数据是否超出量程；

S6：统计超出量程的数据点个数C；

S7：最终得出间隙值＝C*V/F。

工作原理：打开电源，使平板主机、光谱控制器和位移控制器正常运行，并使位移台和光谱传感器参数初始化，再通过调节旋钮调节升降平台，使光谱传感器聚焦的点处于缝隙周围，在调节过程中，通过安装检测主体扫查间隙，可通过专用工装调节检测主体，如调平螺栓等，只要保证位移台及光谱传感器与间隙平行，扫查方向与间隙垂直即可，并不限于垂直方向的间隙，任意方向的间隙均可测量；然后工作人员通过平板主机设置位移台循环扫查位移坐标(X1，X2)、移动速度V和光谱采样频率F，然后控制主机上的平板主机发送指令给位移控制器，其中位移控制器控制位移台与安装在其上的光谱传感器以速度V开始对缝隙进行循环扫查，同时平板主机实时接收由光谱控制器传回的光谱传感器采样数据，平板主机会检测回传数据是否会超出量程，当超出量程时，会显示为非有效数据，且光谱传感器扫查到间隙时，其回传数据会发生明显变化，即不能获取到有效信号，通过相关算法，获得间隙特征信号与位移台位置之间的映射关系，从而可以提取到间隙宽度的特征值。

进一步优化，根据光谱传感器的测量特性，实际待测间隙宽度与位移测量信号中的间隙宽度特征值之间存在如下关系：

W

其中，W

进一步优化，测量误差δ

进一步优化，当测量系统与间隙边缘特征一定时，测量误差δ

ΔW

本发明具有以下有益效果：

1、本方案提供了一种端面装配微小间隙非接触测量装置的测量方法，采用本方案，利用光谱共焦传感器进行测量，光谱共焦位移传感器是基于波长位移调制的非接触式位移传感器，工作频率达上千赫兹，对于被测件表面纹理、倾斜和颜色不敏感，适用范围广，同时其测量精度高，分辨率可达纳米级。

2、非接触式测量方式，不会对被测件造成损伤。

3、控制主机与检测装置分离设计，测量过程简单可靠，适用性强，能在平板主机上完成对光谱传感器与位移控制器的参数设置，并进行一键测量；同时检测装置安装方式简单，具备粗调与微调功能，能够适用于复杂的现场工况。

4、测量效率高，控制位移台以指定速度对间隙进行循环扫查，能够实时的自动对间隙进行检测及计算，当间隙发生变化时，也可监测到间隙的变化情况，能够自动进行间隙的相对测量；

5、测量精度高，可满足重复测量和相对测量；

6、抗干扰能力强，光谱共焦传感器不易受被测物体倾斜角度和纹理的影响，且还具有较强的抗杂光影响。

7、可根据检测主体安装方式，测量任意方向的间隙。

附图说明

图1为本发明提供的一种端面装配微小间隙非接触测量装置的主视图；

图2为本发明提供的一种端面装配微小间隙非接触测量装置的结构示意图；

图3为本发明提供的一种端面装配微小间隙非接触测量装置的测量方法的运行图；

图4为本发明提供的一种端面装配微小间隙非接触测量装置的测量方法的流程图。

图中附图标记为：1-控制主机，2-检测主体，3-光谱控制器，4-位移控制器，5-升降平台，6-位移台，7-光谱传感器，8-平板主机，9-调节旋钮，10-电源，11-外壳框架，12-调平螺栓，13-端面间隙。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。

实施例：如图1至图4所示，一种端面装配微小间隙非接触测量装置，包括控制主机1和检测主体2；

所述控制主机1包括光谱控制器3和位移控制器4，所述检测主体2包括升降平台5、位移台6和光谱传感器7；

所述光谱控制器3和光谱传感器7连接，所述光谱传感器7设于位移台6上，所述位移台6设于升降平台5上，所述光谱传感器7用于测量间隙宽度，所述位移台6用于控制光谱传感器7在位移台6上移动，所述升降平台5用于控制位移台6的升降；

所述位移控制器4和位移台6连接，所述位移控制器4用于控制光谱传感器7的移动和升降。

本实施例中，通过安装检测主体2扫查间隙，可通过专用工装调节检测主体2，只要保证位移台6及光谱传感器7与间隙平行，扫查方向与间隙垂直即可，并不限于垂直方向的间隙，任意方向的间隙均可测量；因此，本方案由控制主机1控制检测主体2的运行，其中光谱控制器3通过光纤线连接光谱传感器7，其中光谱传感器7优选采用光谱探头，光谱传感器7安装在位移台6上，位移台6上有设有竖向安装板，竖向安装板上带有通孔，通孔的尺寸和光谱传感器7的尺寸相匹配，光谱传感器7穿过通孔，使光谱传感器7被固设在位移台6上，而在升降平台5侧面设有横向安装板，位移台6设置于横向安装板上，位移台6自身可在横向安装板上位移，并带动光谱传感器7，而横向安装板可沿升降平台5上下滑动，并带动位移台6和光谱传感器7，最终实现光谱传感器7的升降，光谱传感器7的移动通过位移控制器4控制，光谱传感器7可通过水平和竖直方向的移动测量装配端面间隙13的宽度；

本实施例中，其中控制主机1和检测主体2底部均设置有底板，便于放置；控制主机1和检测主体2上均还设有外壳框架11，外壳框架11用于罩住并保护控制主机1和检测主体2内部的配件；在检测主体2的底板上还设有专用工装，优选为调平螺栓12，可根据专用工装安装，使光谱探头扫查方向与间隙垂直，实现任意方向间隙的测量。

进一步优化，所述控制主机1还包括平板主机8，平板主机8通过网线和光谱传感器7连接，所述平板主机8通过网络协议设置光谱传感器7的参数，并接收光谱传感器7的回传数据。

本实施例中，在控制主机1还包括平板主机8，平板主机8优选设置在外壳框架11外侧，便于工作人员进行操作平板主机8，平板主机8通过网线和光谱传感器7连接，平板主机8作为主控件，经过工作人员操作，能通过网络协议设置光谱传感器7的参数，并接收光谱传感器7的回传数据，其中网络协议可优选为TCP/IP协议。

进一步优化，所述平板主机8和位移控制器4连接，所述平板主机8用于设置位移控制器4的参数，并通过相关指令完成对位移台6的控制。

本实施例中，平板主机8可优选通过串口和位移控制器4连接，工作人员可通过平板主机8设置位移控制器4的参数，并通过相关指令完成对位移台6的控制，其控制方式包括循环控制及运动速度控制等，使位移台6带动光谱传感器7进行移动和升降，并使光谱传感器7以一定的速度扫查端面装配间隙。

进一步优化，所述位移台6为微调装置，所述升降平台5为粗调装置。

本实施例中，为保证光谱传感器7的测量精度，需使位移台6属于微调装置，为快速设定位移台的初始位置等，需使升降机构属于粗调装置。

本实施例中，为使光谱传感器7的初始位置靠近端面间隙13，设置为：所述升降平台5上还设有调节旋钮9，所述调节旋钮9用于调节位移台6的初始位置。

本实施例中，为使平板主机8、光谱控制器3和位移控制器4正常运行，设置为：所述控制主机1还包括电源10，所述电源10提供电能。

本实施例中，一种端面装配微小间隙非接触测量装置的测量方法，包括以下步骤：

S1：打开电源10，并使位移台6和光谱传感器7参数初始化；

S2：通过调节旋钮9调节升降平台5，使光谱传感器7的光斑位于间隙周围；

S3：通过平板主机8设置位移台6循环扫查位移坐标(X1，X2)、移动速度V和光谱采样频率F，使光谱传感器7能对间隙进行循环扫查；

S4：光谱传感器7开始采集数据，并将数据回传给平板主机8；

S5：平板主机8检测回传数据是否超出量程；

S6：统计超出量程的数据点个数C；

S7：最终得出间隙值＝C*V/F。

工作原理：打开电源10，使平板主机8、光谱控制器3和位移控制器4正常运行，并使位移台6和光谱传感器7参数初始化，再通过调节旋钮9调节升降平台5，使光谱传感器7聚焦的点处于缝隙周围，在调节过程中，通过安装检测主体2扫查间隙，可通过专用工装调节检测主体2，如调平螺栓12等，只要保证位移台6及光谱传感器7与间隙平行，扫查方向与间隙垂直即可，并不限于垂直方向的间隙，任意方向的间隙均可测量；然后工作人员通过平板主机8设置位移台6循环扫查位移坐标(X1，X2)、移动速度V和光谱采样频率F，然后控制主机1上的平板主机8发送指令给位移控制器4，其中位移控制器4控制位移台6与安装在其上的光谱传感器7以速度V开始对缝隙进行循环扫查，同时平板主机8实时接收由光谱控制器3传回的光谱传感器7采样数据，平板主机8会检测回传数据是否会超出量程，当超出量程时，会显示为非有效数据，且光谱传感器7扫查到间隙时，其回传数据会发生明显变化，即不能获取到有效信号，通过相关算法，获得间隙特征信号与位移台6位置之间的映射关系，从而可以提取到间隙宽度的特征值。

本实施例中，根据光谱传感器7的测量特性，实际待测间隙宽度与位移测量信号中的间隙宽度特征值之间存在如下关系：

W

其中，W

本实施例中，测量误差δ

本实施例中，当测量系统与间隙边缘特征一定时，测量误差δ

ΔW

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。