王曉勤 曹東旭 楊德樹 崔志軍
摘要:為解決傳統(tǒng)中大口徑彈體尺寸檢測手段落后、人工成本高且檢測結(jié)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(xiàn)對彈體主要尺寸的自動檢測,且檢測結(jié)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(zhuǎn)型升級的重要因素。傳統(tǒng)生產(chǎn)模式中,大部分產(chǎn)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(chǎn)成本增加、產(chǎn)品質(zhì)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(tǒng)檢測工藝,采用機器視覺技術(shù)、激光傳感技術(shù)等先進檢測手段,實現(xiàn)對彈體尺寸的自動檢測和數(shù)據(jù)采集,裝置運行安全、穩(wěn)定、可靠,對于提升軍工裝備生產(chǎn)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(jié)構(gòu)具有相似性,檢測的主要尺寸和位置基本相同。按彈體結(jié)構(gòu),將彈體需檢驗的尺寸分為彈體內(nèi)膛尺寸及彈體外形尺寸。彈體內(nèi)膛尺寸主要檢測距口部端面不同距離處的內(nèi)徑、彈體內(nèi)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(nèi)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(jié)構(gòu)相似類型的彈體,檢測機使用過程中,通過調(diào)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(diào)用預先設置的軟件,實現(xiàn)不同產(chǎn)品的兼容檢測。
2 設備檢測原理
2.1? ? 內(nèi)膛尺寸檢測機
2.1.1? ? 設備結(jié)構(gòu)設計
設計內(nèi)膛尺寸檢測機,用于彈體內(nèi)膛尺寸檢測,包括距口部端面不同距離處的內(nèi)徑、彈體內(nèi)膛深度、底凹直徑。
內(nèi)膛尺寸檢測機由物料轉(zhuǎn)運機構(gòu)及主檢測單元組成。物料轉(zhuǎn)運機構(gòu)完成被檢彈體的上料、檢測單元間轉(zhuǎn)運及下料,實現(xiàn)彈體檢測的自動化。檢測機的主檢測單元由彈體內(nèi)膛深度檢測工位、內(nèi)徑檢測工位、壁厚工位等主要單元構(gòu)成。
2.1.2? ? 檢測運行原理
(1)彈體內(nèi)膛深度檢測如圖1所示。
檢測時,轉(zhuǎn)運機構(gòu)夾持彈體放置在固定基座上,測桿移動機構(gòu)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(nèi)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(nèi)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(nèi)部噴漆造成損傷。
(2)內(nèi)徑檢測如圖2所示。
內(nèi)徑檢測原理:內(nèi)徑測量機構(gòu)帶動接觸式電子內(nèi)徑卡規(guī)移動至指定測量位置→觸發(fā)內(nèi)徑測量,分別測量出不同位置處的內(nèi)徑→電子內(nèi)徑卡規(guī)將測量結(jié)果傳輸至系統(tǒng)處理器→處理器對卡規(guī)傳輸結(jié)果進行處理,得出內(nèi)徑尺寸并顯示在讀數(shù)顯示器上→內(nèi)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(xiàn),輔助定位桿移動接觸腔體底部,系統(tǒng)讀取初始位置,卡規(guī)移動機構(gòu)依次向外移動增加指定距離,實現(xiàn)定位。彈體中心的找正,通過輔助仿形機構(gòu)實現(xiàn),仿形機構(gòu)參照現(xiàn)人工量具的實踐經(jīng)驗,并輔助柔性機構(gòu)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(gòu)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(jié)果傳輸至系統(tǒng)處理器,處理器對卡規(guī)傳輸結(jié)果進行處理,得出內(nèi)徑尺寸并顯示在讀數(shù)顯示器上,電子塞規(guī)復位,完成檢測動作。系統(tǒng)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(zhuǎn)90°,再次檢測相同位置處的內(nèi)徑尺寸,通過兩次抽樣檢測,保證檢測結(jié)果的可靠性。
2.2? ? 外形尺寸檢測機
2.2.1? ? 設備結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)運機構(gòu)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(gòu)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(lián)動安裝,同步移動);采集完成后,旋轉(zhuǎn)基座帶動彈體旋轉(zhuǎn)60°,相機采集彈體另一截面的輪廓圖像;旋轉(zhuǎn)基座帶動彈體再次旋轉(zhuǎn)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(chǎn)品→對產(chǎn)品進行軸向定位→通過壓緊氣缸對產(chǎn)品進行徑向定位→相機驅(qū)動組件驅(qū)動相機單元對產(chǎn)品進行拍照→產(chǎn)品繞自身軸線等間隔轉(zhuǎn)動多截面采集產(chǎn)品輪廓→相機單元復位→處理器利用專用算法得出產(chǎn)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(jié)合高精度的工業(yè)相機和專用算法,保證檢測結(jié)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(jié)果的可靠性。
在軸向及徑向定位過程中,通過帶驅(qū)動單元的V型支撐組件和可浮動式壓緊滾輪等特殊結(jié)構(gòu)來保證定位的準確性,轉(zhuǎn)產(chǎn)時無需更換工裝,只需更換系統(tǒng)配置和更改固定基準的安裝位置。
3 結(jié)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(tǒng)檢測工藝,采用機器視覺技術(shù)、激光測距技術(shù)等先進的測量手段,實現(xiàn)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(shù)量,提高了產(chǎn)品質(zhì)量。經(jīng)在某型彈體上驗證,該檢測設備能夠滿足彈體內(nèi)膛及外形尺寸自動檢測要求,檢測結(jié)果可靠,可實現(xiàn)彈體尺寸檢測自動化及信息自動采集和數(shù)據(jù)處理,對于全面促進企業(yè)制造技術(shù)轉(zhuǎn)型升級具有重大意義。
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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(shù)及檢驗技術(shù)。