一种非接触磁环尺寸及厚度自动检测装置及测量方法

摘要

本发明公开了一种非接触磁环尺寸及厚度自动检测装置及测量方法，包括底座，所述底座的顶部一侧安装有滑台，所述滑台上滑动连接有三个滑座，且每个所述滑座上分别通过支架固定有激光发生器、工业相机和位移传感器，所述底座的顶部另一侧安装有滑轨。本发明结构新颖，构思巧妙，通过控制流水线运动到达指定位置，采用位移传感器进行单点测量相关的厚度信息，与激光传感器所照射的磁体环采集的图像像素厚度信息进行比对，将像素信息转化为实际的尺寸信息，无需进行外部参数的标定和激光传感器照射角度的测量，实现整个磁体环的外观尺寸和厚度测量，检测结果存入数据库，并且能够通过终端显示实际的尺寸信息，方法简便可靠，实用性强。

说明书

技术领域

本发明涉及磁环检测技术领域，具体为一种非接触磁环尺寸及厚度自动检测装置及测量方法。

背景技术

磁体材料作为一种新材料，是当代高新技术的重要基础材料，广泛用于信息和通讯产业、汽车工业及航空航天等工业领域中，具有不可替代的作用，其中，磁环主要通过磁粉压制成型、真空烧结、机械加工、光刻、电镀等工艺加工完成，在产品检测中需要对于磁环的外观尺寸及厚度进行全方位检测。磁环的外观尺寸及厚度是非常重要的性能指标，直接影响到后续产品的装配和使用性能，因此，研究一种非接触磁环尺寸及厚度自动检测装置具有十分重要的作用。

目前，磁环的外观尺寸及厚度的检测主要有接触式测量和非接触式测量，接触式测量主要通过人工方法，使用游标卡尺进行检测，检测强度大，效率低，主观性强，难以保证检测结果一致，同时，由于采用接触式测量，不可避免的产生划痕、污渍等表面缺陷，而磁环主要应用于精密设备，严重影响设备的正常使用，非接触式测量主要通过位移传感器进行单点测量，无法保证整个采样的准确性，并且由于采用单点测量，检测过程繁琐，效率低，无法满足实时性的需要，另外，对于非接触测量，可以通过采用双目立体视觉的方法进行测量，但是由于双目相机匹配的特征点不够，需要额外增加相应的特征信息，造成成本增加，并且测量误差较大，由于双目相机需要进行特征点匹配，耗费大量的时间，无法满足实际流水线的在线需求。因此，设计一种非接触磁环尺寸及厚度自动检测装置及测量方法是很有必要的。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本发明提供一种非接触磁环尺寸及厚度自动检测装置及测量方法，本发明结构新颖，构思巧妙，通过控制流水线运动到达指定位置，采用位移传感器进行单点测量相关的厚度信息，与激光传感器所照射的磁体环采集的图像像素厚度信息进行比对，将像素信息转化为实际的尺寸信息，无需进行外部参数的标定和激光传感器照射角度的测量，实现整个磁体环的外观尺寸和厚度测量，检测结果存入数据库，并且能够通过终端显示实际的尺寸信息，方法简便可靠，实用性强。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种非接触磁环尺寸及厚度自动检测装置，包括底座，所述底座的顶部一侧安装有滑台，所述滑台上滑动连接有三个滑座，且每个所述滑座上分别通过支架固定有激光发生器、工业相机和位移传感器，所述底座的顶部另一侧安装有滑轨，所述滑轨上滑动连接有托盘，所述滑轨的内部安装有驱动托盘运动的执行机构，所述底座的一侧通过数据线连接有控制箱，所述控制箱的外壁安装有显示器，所述显示器的下方安装有指示灯，所述控制箱的内部安装有数据处理单元、可编程控制器、通讯模块和存储器。

优选的，所述执行机构包括滑动模块、电机底座、联轴器、步进电机、编码器和限位开关；

所述滑动模块固定在滑轨的内部，且滑动模块与托盘驱动连接；

所述滑动模块的一端安装有电机底座，所述电机底座上安装有步进电机，所述步进电机通过联轴器与滑动模块驱动连接；

所述步进电机上安装有编码器，所述滑动模块的一侧安装有限位开关，所述限位开关电性连接步进电机。

优选的，所述数据处理单元的输出端通过通讯模块与移动终端通讯连接。

优选的，所述位移传感器采用高精度激光位移传感器。

优选的，所述工业相机采用CMOS成像传感器。

优选的，所述激光发生器采用均匀一字型激光发生器。

一种非接触磁环尺寸及厚度自动检测装置的测量方法，包括如下步骤：

步骤一、磁环放置到托盘后，数据处理单元控制执行机构进行运动，根据限位开关的反馈信号，得到磁环是否到位的信号，并且发送相关指令给数据处理单元，数据处理单元通过控制电路控制位移传感器进行检测，得到相关的磁环厚度信息，并且能够传递到数据处理单元；

步骤二、数据处理单元发送相关的指令给控制电路，执行机构按照控制电路的要求，继续运动到达图像采集位置，按照限位开关反馈的信号得到到位信息，控制激光发生器发出相关的一字条纹，并且进行图像的采集和处理，得到相关的像素尺寸与实际尺寸之间的关系，并且通过工业相机采集磁环图像进行边缘提取与拟合，得到尺寸信息，从而完成检测，检测过程中，所有的信息传递到数据处理单元，并且通过显示器进行显示，检测完成结果存入数据库。

本发明的有益效果为：

1、通过控制流水线运动到达指定位置，采用位移传感器进行单点测量相关的厚度信息，与激光传感器所照射的磁体环采集的图像像素厚度信息进行比对，将像素信息转化为实际的尺寸信息，无需进行外部参数的标定和激光传感器照射角度的测量，实现整个磁体环的外观尺寸和厚度测量，检测结果存入数据库，并且能够通过终端显示实际的尺寸信息，方法简便可靠，实用性强；

2、激光发生器照射出一字均匀的条纹，并且根据环境变化通过调节激光发生器的功率，适应不同的磁环检测的需求；

3、利用位移传感器单点测量的结果与采用三角测量的得到的像素尺寸进行匹配，将像素坐标转化为实际尺寸，从而得到磁环的尺寸和厚度信息，避免进行标定和角度测量，提高系统装置的通用性；

4、整套装置能够测量磁环的不同位置的厚度值，从而得到磁环整个平面的厚度信息，后续可以通过数据拟合，可以得到磁环的更进一步的平面信息，具有重要的推广意义。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明整体三维构示意图；

图2是本发明执行机构平面结构示意图；

图3是本发明控制箱剖视平面结构示意图；

图4为本发明结构模块方框图；

图5为本发明激光测量原理图；

图中标号：1、底座；2、移动终端；3、滑轨；4、驱动托盘；5、执行机构；6、滑台；7、滑座；8、支架；9、激光发生器；10、工业相机；11、位移传感器；12、控制箱；13、显示器；14、指示灯；15、滑动模块；16、电机底座；17、联轴器；18、步进电机；19、编码器；20、限位开关；21、数据处理单元；22、可编程控制器；23、通讯模块；24、存储器。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相正对地重要性。

由图1-4给出，本发明提供如下技术方案：一种非接触磁环尺寸及厚度自动检测装置，包括底座1，底座1的顶部一侧安装有滑台6，用于放置滑座7，并且保证滑座7可以在滑台6上单向移动，滑台6上滑动连接有三个滑座7，且每个滑座7上分别通过支架8固定有激光发生器9、工业相机10和位移传感器11，底座1的顶部另一侧安装有滑轨3，滑轨3上滑动连接有托盘4，可用于放置磁环，滑轨3的内部安装有驱动托盘4运动的执行机构5，底座1的一侧通过数据线连接有控制箱12，控制箱12的外壁安装有显示器13，显示器13的下方安装有指示灯14，控制箱12的内部安装有数据处理单元21、可编程控制器22、通讯模块23和存储器24，激光发生器9发射线性激光，配合工业相机10实现图像的提取，位移传感器11与相关的控制电路，通过可编程控制器22和限位开关20配合，判断是否到位，实现磁环厚度的单点测量。

优选的，执行机构5包括滑动模块15、电机底座16、联轴器17、步进电机18、编码器19和限位开关20；

滑动模块15固定在滑轨3的内部，且滑动模块15与托盘4驱动连接；

滑动模块15的一端安装有电机底座16，电机底座16上安装有步进电机18，步进电机18通过联轴器17与滑动模块15驱动连接；

步进电机18上安装有编码器19，滑动模块15的一侧安装有限位开关20，限位开关20电性连接步进电机18，通过步进电机18的运动，实现托盘4的前进和后退，通过限位开关20，保证运动到位，运动过程中，编码器19实时记录脉冲并且传送给数据处理单元21进行处理，从而保证能够实时检测磁环尺寸及厚度。

优选的，位移传感器11采用高精度激光位移传感器。

优选的，工业相机10采用CMOS成像传感器。

优选的，激光发生器9采用均匀一字型激光发生器，能够产生直线，通过以一定的倾角照射磁环，由于磁环高度会导致出现两条条纹，通过提取条纹，采用三角测量实现磁环厚度的测量。

优选的，数据处理单元21的输出端通过通讯模块23与移动终端2通讯连接，通过设置的移动终端2，方便远程接收数据，便于数据的远程查看。

一种非接触磁环尺寸及厚度自动检测装置的测量方法，包括如下步骤：

步骤一、磁环放置到托盘4后，数据处理单元21控制执行机构5进行运动，根据限位开关20的反馈信号，得到磁环是否到位的信号，并且发送相关指令给数据处理单元21，数据处理单元21通过控制电路控制位移传感器11进行检测，得到相关的磁环厚度信息，并且能够传递到数据处理单元21；

步骤二、数据处理单元21发送相关的指令给控制电路，执行机构5按照控制电路的要求，继续运动到达图像采集位置，按照限位开关20反馈的信号得到到位信息，控制激光发生器9发出相关的一字条纹，并且进行图像的采集和处理，得到相关的像素尺寸与实际尺寸之间的关系，并且通过工业相机10采集磁环图像进行边缘提取与拟合，得到尺寸信息，从而完成检测，检测过程中，所有的信息传递到数据处理单元21，并且通过显示器13进行显示，检测完成结果存入数据库。

参考图5，非接触磁环厚度自动检测主要采用激光三角测量原理，激光发生器以θ角度照射到磁环表面，由于磁环与托盘之间存在高度差，图像采集到的激光条纹会出现两条带状的条纹，通过提取两条条纹的骨架，得到两条条纹之间的像素差，其中的公式如下：

其中，d1—像距，d2—物距，x—条纹横向实际距离，z—磁环厚度，β—激光器照射方向与竖直面之间形成的入射角度，u—横向距离x在图像上沿x轴方向所占像素的个数，δ—每个像素所代表的实际尺寸。

由上述计算公式推导可得工件厚度计算公式如下：

其中，通过位移传感器的测量得到单点的厚度尺寸，图像处理采集相同位置的条纹间隔尺寸，从而得到需要的入射角度，无需进行专门的测量。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。