王曉勤 曹東旭 楊德樹 崔志軍

摘要：為解決傳統中大口徑彈體尺寸檢測手段落后、人工成本高且檢測結果不準確的問題，設計了一種中大口徑彈體尺寸自動檢測裝置。該裝置利用核心檢測元器件激光位移傳感器和工業(yè)相機配合，實現對彈體主要尺寸的自動檢測，且檢測結果準確，裝置運行高效、穩(wěn)定。

關鍵詞：自動檢測;中大口徑彈體;激光測距;機器視覺

0 引言

在機械制造領域，檢測手段一直是制約該領域制造模式轉型升級的重要因素。傳統生產模式中，大部分產品的關鍵尺寸檢測、螺紋檢測等仍然采用人工檢測方式，檢測手段落后，勞動強度大，檢測精度差，最終造成生產成本增加、產品質量低下等一系列問題。

基于以上情況，本文設計了一種中大口徑彈體尺寸自動檢測裝置，改變了傳統檢測工藝，采用機器視覺技術、激光傳感技術等先進檢測手段，實現對彈體尺寸的自動檢測和數據采集，裝置運行安全、穩(wěn)定、可靠，對于提升軍工裝備生產檢測過程的自動化水平具有重大意義。

1 總體思路

中大口徑彈體結構具有相似性，檢測的主要尺寸和位置基本相同。按彈體結構，將彈體需檢驗的尺寸分為彈體內膛尺寸及彈體外形尺寸。彈體內膛尺寸主要檢測距口部端面不同距離處的內徑、彈體內膛深度、底凹直徑;彈體外形尺寸主要檢測彈體外徑、定心部尺寸及位置度、銅帶尺寸及位置度、端口直徑。

按檢測尺寸需求，將檢測設備分為內膛尺寸檢測機和外形尺寸檢測機。檢測機的設計，兼容檢測不同口徑、結構相似類型的彈體，檢測機使用過程中，通過調整相機單元安裝位置、更換工裝夾具、更換量規(guī)測頭、更換仿形測桿、更換彈體基座等硬件，調用預先設置的軟件，實現不同產品的兼容檢測。

2 設備檢測原理

2.1? ? 內膛尺寸檢測機

2.1.1? ? 設備結構設計

設計內膛尺寸檢測機，用于彈體內膛尺寸檢測，包括距口部端面不同距離處的內徑、彈體內膛深度、底凹直徑。

內膛尺寸檢測機由物料轉運機構及主檢測單元組成。物料轉運機構完成被檢彈體的上料、檢測單元間轉運及下料，實現彈體檢測的自動化。檢測機的主檢測單元由彈體內膛深度檢測工位、內徑檢測工位、壁厚工位等主要單元構成。

2.1.2? ? 檢測運行原理

（1）彈體內膛深度檢測如圖1所示。

檢測時，轉運機構夾持彈體放置在固定基座上，測桿移動機構帶動仿形測桿移動，仿形測桿接觸腔體底端（通過傳感器反饋是否接觸），相機單元采集測桿露出腔體端口位置的圖像信息，處理器通過專用算法，處理得到彈體內膛深度信息。其中，仿形測桿上設計了刻度標志線，用于彈體內膛深度計算。仿形測桿使用特殊材料制作，長時間使用不會變形，在保證檢測精度的同時，確保不會對炮彈內部噴漆造成損傷。

（2）內徑檢測如圖2所示。

內徑檢測原理：內徑測量機構帶動接觸式電子內徑卡規(guī)移動至指定測量位置→觸發(fā)內徑測量，分別測量出不同位置處的內徑→電子內徑卡規(guī)將測量結果傳輸至系統處理器→處理器對卡規(guī)傳輸結果進行處理，得出內徑尺寸并顯示在讀數顯示器上→內徑卡規(guī)復位完成檢測動作。此處，指定測量位置的確定，通過專門設計的輔助定位桿實現，輔助定位桿移動接觸腔體底部，系統讀取初始位置，卡規(guī)移動機構依次向外移動增加指定距離，實現定位。彈體中心的找正，通過輔助仿形機構實現，仿形機構參照現人工量具的實踐經驗，并輔助柔性機構進行設計。

（3）底凹直徑檢測如圖3所示。

檢測時，使用電子塞規(guī)檢測，自動測量機構帶動電子塞規(guī)移動至指定位置測量，塞規(guī)直接將測量結果傳輸至系統處理器，處理器對卡規(guī)傳輸結果進行處理，得出內徑尺寸并顯示在讀數顯示器上，電子塞規(guī)復位，完成檢測動作。系統工作時，完成一次測量后，工位上的彈體夾持基座帶動彈體旋轉90°，再次檢測相同位置處的內徑尺寸，通過兩次抽樣檢測，保證檢測結果的可靠性。

2.2? ? 外形尺寸檢測機

2.2.1? ? 設備結構設計

外形尺寸檢測機如圖4所示。

外形尺寸檢測機，用于彈體外形尺寸檢測，包括彈體指定位置處的外徑，定心部尺寸、位置度及同軸度，銅帶尺寸、位置度及同軸度，端口直徑。

外形尺寸檢測機由物料轉運機構及主檢測單元組成。

2.2.2? ? 檢測運行原理

外形尺寸檢測示意圖如圖5所示。檢測時，相機單元移動機構帶動相機單元沿彈體軸向移動，相機采集彈體口部至底部的截面輪廓圖像（光源與相機單元聯動安裝，同步移動）;采集完成后，旋轉基座帶動彈體旋轉60°，相機采集彈體另一截面的輪廓圖像;旋轉基座帶動彈體再次旋轉60°，相機采集另一截面的輪廓圖像;采集完成后，相機單元復位;處理器使用專用算法，處理采集到的輪廓圖像，得出彈體定心部的位置度、指定位置外徑。

主要檢測流程如下：放置產品→對產品進行軸向定位→通過壓緊氣缸對產品進行徑向定位→相機驅動組件驅動相機單元對產品進行拍照→產品繞自身軸線等間隔轉動多截面采集產品輪廓→相機單元復位→處理器利用專用算法得出產品尺寸信息→不合格品剔除并噴碼→檢測完成。

檢測過程中，相機單元從3個截面采集彈體的輪廓圖像，提高了取樣的代表性，結合高精度的工業(yè)相機和專用算法，保證檢測結果的可靠性。對于銅帶及定心部的檢測，采集定心部及銅帶位置的圖像時，相機連續(xù)觸發(fā)，連續(xù)多張采集圖像，保證圖像取樣的可靠性，算法處理時，基于連續(xù)圖像處理，得出銅環(huán)及定心部的尺寸信息，保證檢測結果的可靠性。

在軸向及徑向定位過程中，通過帶驅動單元的V型支撐組件和可浮動式壓緊滾輪等特殊結構來保證定位的準確性，轉產時無需更換工裝，只需更換系統配置和更改固定基準的安裝位置。

3 結語

本文設計的中大口徑彈體尺寸自動檢測裝置，改變了傳統檢測工藝，采用機器視覺技術、激光測距技術等先進的測量手段，實現對中大口徑彈體主要尺寸的自動檢測，減少檢驗工序的人員數量，提高了產品質量。經在某型彈體上驗證，該檢測設備能夠滿足彈體內膛及外形尺寸自動檢測要求，檢測結果可靠，可實現彈體尺寸檢測自動化及信息自動采集和數據處理，對于全面促進企業(yè)制造技術轉型升級具有重大意義。

[參考文獻]

[1] 成大先.機械設計手冊[M].北京：化學工業(yè)出版社，2004.

[2] 章煒.機器視覺技術發(fā)展及其工業(yè)應用[J].紅外，2006（2）：11-17.

收稿日期：2020-07-01

作者簡介：王曉勤（1967—），女，山西芮城人，高級工程師，研究方向：機械加工工藝技術及檢驗技術。