CN104990490A - 车用管类零件形位公差检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机械加工检测技术领域，公开了一种车用管类零件形位公差检测装置，包括固定夹具、多个位移传感器和微机，所述固定夹具用于固定所述管类零件，所述多个位移传感器分别设置在所述管类零件的多个位置，所述位移传感器通过分集线器、主集线器和COM串口与所述微机连接，所述微机根据多个位移传感器的位移量计算出所述管类零件该位置的形位公差值。本发明还公开了对形位公差的检测方法。本发明的位置度、圆度、平面度、同轴度等指标的检测，在一次装夹下快速完成，检测设备对环境要求低，可在车间生产线上连线使用。

Description

车用管类零件形位公差检测装置及方法

技术领域

本发明涉及机电一体化机械加工检测技术领域，特别是一种车用管类零件形位公差检测装置及检测方法。

背景技术

随着汽车工业的发展对配套产品的加工质量提出越来越高的要求，原有的终检设备大多用通规方式进行，对于刚度不理想的管类零件，这种方法不太理想，容易错判。而有些指标(如平面度、圆度、同轴度等)因测试仪器对环境的要求，或测试时太费时等因素，而无法在生产现场流水线上与生产同步检测。往往只能以抽检形式，在实验室检测。但越来越多的厂家希望能这些指标也能全检。

汽车用管类零件由于其加工精度要求的特殊性，其位置度检测范围较大(约1-3毫米)，而圆度、平面度和同轴度检测允差约为0.1-0.3毫米，但检测面的位置度误差较大。

现有技术采用传统的检测夹具来进行检测，位置度采用机械限制(如同通规)和目测方法，圆度、平面度和同轴度采用抽检，在实验室内高精度的机械扫描方式进行检测。

传统位置度检测采用通规方式，精度差，且存在有误判现象。而传统位移传感器精度虽高，但检测范围小，仅有数百微米，无法用于变化量为0-3毫米范围的位置度检测。

圆度、平面度和同轴度检测设备精度高、检测花费时间长、对环境要求高， 因此，不适应于在车间与生产线连线检测。以往通常只能抽检。但越来越多的用户要对图纸上标注的技术指标全检，传统检测设备不能满足用户的要求。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种车用管类零件形位公差检测装置及检测方法，能够用于生产线上对管类零件的快速检测，并达到检测精度要求。

本发明采取的技术方案是：

一种车用管类零件形位公差检测装置，其特征是，包括固定夹具、多个位移传感器和微机，所述固定夹具用于固定所述管类零件，所述多个位移传感器分别设置在所述管类零件的多个位置，所述位移传感器通过分集线器、主集线器和COM串口与所述微机连接，所述微机根据多个位移传感器的位移量计算出所述管类零件该位置的形位公差值。

进一步，所述检测装置还包括打标机，所述打标机将检测完成的管类零件进行标记。

进一步，所述位移传感器为数字式容栅位移传感器，所述位移传感器的检测范围为0-10mm。

进一步，所述位移传感器的精度值小于0.015mm。

进一步，所述形位公差为位置度公差，所述位移传感器为两个，分别设置在检测位置的两个相互垂直方向。

进一步，所述形位公差为平面度公差，所述传感器为4至8个，设置在所述管类零件的端面，任三个传感器不在同一直线上。

进一步，所述形位公差为圆度公差，所述传感器为4个，分别设置在所述管类零件的相互垂直的两个直径的两端。

进一步，所述形位公差为同轴度公差，所述传感器为3个，分别设置在所述管类零件的同一截面内的管壁上，3个传感器呈120度均布。

一种利用检测装置对管类零件进行位置度公差的检测方法，其特征是，包括如下步骤：

(1)在所述管类零件的每个检测点按垂直方向设置两个位移传感器；

(2)所述位移传感器将检测的一组坐标值传送至微机；

(3)所述微机将所述一组坐标值加上管类零件的管半径得到位置度公差值。

一种利用检测装置对管类零件进行平面度公差的检测方法，其特征是，包括如下步骤：

(1)在所述管类零件的检测端面设置多个位移传感器，位移传感器在端面上垂直设置；

(2)所述多个位移传感器将检测的位移值传送至微机；

(3)所述微机将接收到的位移值的最大值减去最小值得到平面度公差值。

一种利用检测装置对管类零件进行圆度公差的检测方法，其特征是，包括如下步骤：

(1)在所述管类零件的相互垂直的两个直径的两端各设置2个位移传感器；

(2)4个位移传感器将检测的位移值传送至微机；

(3)所述微机将接收到的位移值计算出两个直径值，将大直径值减去小直径值得到圆度公差值。

一种利用检测装置对管类零件进行圆度公差的检测方法，其特征是，包括如下步骤：

(1)在所述管类零件的同一截面内的管壁上呈120度均布设置3个位移传感器；

(2)3个位移传感器将检测的位移值传送至微机；

(3)所述微机根据以下公式计算出同轴度公差值Δ_t：

${\mathrm{\Δ}}_t=\sqrt{{\mathrm{\ΔX}}^2+{\mathrm{\ΔY}}^2}$

公式中ΔR₁、ΔR₂和ΔR₃分别为3个位移传感器检测的位移量。

本发明的有益效果是：

(1)位置度、圆度、平面度、同轴度等指标的检测，在一次装夹下快速完成；

(2)检测设备对环境要求低，可在车间生产线上连线使用；

(3)能够满足汽车用管类零件的检测，位置度检测范围较大(约1-3毫米)，而圆度、平面度和同轴度检测允差约为0.1-0.3毫米；

(4)检测数据能保存，以便产品后期的跟踪等质保服务；

(5)提高生产率，杜绝漏检；

(6)提高检测正确率，避免了人工检测时要发生的误判的人为故障；

(7)采用大测量范围，高精度的数字传感器，避免了，传统传感器高精度小测量范围无法实现管类零件的位置度等参数的电测。

附图说明

附图1为传感器在管类零件上的布置示意图；

附图2为***电气原理框图；

附图3为传感器布置图的细节图；

附图4为平面度原理示意图；

附图5为菱形端面的传感器布置示意图；

附图6为圆度检测原理图；

附图7为同轴度检测原理及传感器布置图；

附图8为同轴度检测原理图；

附图9为打标机的电磁铁控制电路图；

附图10为打标机的气缸控制原理图；

附图11为检测装置电气硬件***原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明车用管类零件形位公差检测装置及检测方法的具体实施方式作详细说明。

检测装置由机械机构和电气部分组成，机械机构包含夹具、打标机构、传感器支架等零部件构成。电气硬件由工业微机、数字位移传感器、集线器、通讯接口和电源等元器件构成。

机械机构中夹具用来固定管类被测件，使被测件占用正确的检测位置，并在检测过程中保持这个位置。传感器支架用来固定位移传感器，使传感器的夹持架在检测时处于零位，测过程中能保持这个零位不变。

这里所说的零位是指：检测零误差样件时，传感器读数恰好为零的理想位置。实际使用时是将标准样件放在三坐标测量仪上测一遍，测出各处的实际误差，并记录。然后，将样件放在此夹具上，调节各点传感器位置，使其读数与实际误差相等。

参见附图1，图中的一个箭头表示一个位移传感器，位置度检测每个点布置两个传感器，分别检测两个坐标，如：检测X和Y轴的坐标。检测一段管子 的坐标，可在管两端各布置二个传感器，如：分别检测X1、Y1和X2、Y2坐标。

检测平面度可设置四个以上的传感器，如P1、P2、P3和P4等。并将这些传感器的检测点布置在同一个理想平面内，所谓理想平面是指误差为零的被测表面平面。

检测圆度可设置四个传感器R1、R2、R3和R4，分别检测被测截面中两个互相垂直的直径。一个直径需要两个传感器，共计需要四个传感器。

检测同轴度可设置三个传感器，如，T1、T2和T3，三个均布在被测截面的周围，用三点可确定一个圆的原理，用三个传感器检测被测截面的圆心。

参见附图2，电气控制***的微机通过COM串口与主集线器、分集线器以及数字传感器相连接。检测用数字式容栅位移传感器，该传感器检测精度高，检测范围大，但是数字式，要配有显示设备才能观察到测量值。实例中采用位置度检测采用SH-141，其检测精度在全程范围内不低于0.015毫米，检测范围0-10毫米。平面度、圆度和同轴度采用SH-341，其检测精度在全程范围内不低于0.004毫米，检测范围0-10毫米。主集线器型号为SH-421、分集线器型号为SH-411，通信线全部采用RS232。

下面分别对各形位公差测量方法进行详细说明。

参见附图3，位置度检测实施方法如下，在任何一点的位置度原则上有X、Y和Z三个坐标，但一般情况下传感器测量横截面的径向坐标。图中是一根三段管其端点和弯折点分别是A、B、C和D，三段分别称为La、Lb和Lc。

对于每一段管心线位置需要检测两个管截面圆心坐标，而每个圆心需要两个检测两个轴的坐标。如A端的截面圆心用X1和Z1两个传感器，分别检测该圆心的X轴和Z轴坐标值，由于正式的圆心无法检测，因此，改为检测管外壁，然后加上管半径。这里忽略了管半径尺寸误差和形状误差，因为这些误差对于 毫米级别的位置度误差来说都是小量。用X2和Z2两个传感器分别检测La管B端(严格讲是Lb直线段的截面)圆心的X轴和Z轴坐标。

对于Lb端的位置，同样选择两个截面，放置四个传感器X3、Z3、X4和Z4，分别该端管两端的圆心位置X轴和Z轴的坐标。

对于Lc段同样选两个截面，设四个传感器X6、Z6、X7和Z7，分别检测该段管两端的X轴和Z轴坐标。

参见附图4，平面度检测实施方法如下，平面度检测原理比较简单，设有N个检测点Δ₁、Δ₂…Δ_N，每个传感器垂直于检测表面，如，各传感器的零点均在零误差的理想平面内，则平面度误差W_平面度：

W_平面度＝(Δ_max-Δ_min)

${\mathrm{\Δ}}_{max}=\underset{1\≤j\≤N}{Max}\left\{{\mathrm{\Δ}}_j\right\}$

${\mathrm{\Δ}}_{min}=\underset{1\≤j\≤N}{Min}\left\{{\mathrm{\Δ}}_j\right\}$

传感器A1、A2…A5分布于平面在不同一直线的不图点上，各传感器垂直于被测表面，其最大值与最小值之差可以作为平面度误差，这个方法适用于磨或铣加工形成的平面。

参见附图5，由于实际生产中端面采用铣或磨加工形成的，端面面积也不大，因此，实例中采用了接近于菱形四个角方式分布的四个传感器来检测，图中A1、A2、A3和A4，所表示的四个点。

参见附图6，圆度检测实施方法如下，造成管类零件圆度误差的基本的主要原因是弯曲管子时造成的变形，因此，可以检测两个互相正交的管径，一般布置与弯曲方向一致的方向(图7所示)，圆度误差可用大小直径差Δ＝(D_max-D_min)的为其圆度误差。四个传感器分别测得Δ₁、Δ₃、Δ₂和Δ₄。则圆度误差W_圆度：

W_圆度＝|D_max-D_min|＝|(Δ₁+Δ₃)–(Δ₂+Δ₄)|。

实例中，检测D端的圆度(参见图3的D端)，布置了四个位移传感器X7、Z7、X8和Z8，分别检测两个互相垂直的直径差。其中X7和Z7是和上述的位置度检测共用的传感器。

参见附图7，同轴度检测实施方法如下，同轴度误差，原则上就是检测两段管的中心线之间的偏离量，但对于汽车用的管类零件，通常是检测位于管端部的内孔与管外壁的中心线之间的位置偏差。对于内孔的心线很难检测，因此，以内锥孔为基准，图中1是锥形定位元件，2是被测管，管定位后夹紧，传感器A1、A2和A3三个传感器分布在同一个截平面内，两个传感器之间的夹角为120°。

参见附图8，设三个传感器分别测得被测管外壁的半径增量为ΔR1、ΔR2和ΔR3。则同轴度误差Δt可用下式表示：

${\mathrm{\Δ}}_t=\sqrt{{\mathrm{\ΔX}}^2+{\mathrm{\ΔY}}^2}$

具体实例中，参见附图3中LC段的R1、R2和R3三个传感器，两个相邻传感器之间成120度夹角。其检测该外壁对D端内孔的同轴度，此时，D端内孔必须是该被测管的定位孔。

参见附图9、10，检测装置还配有打标机构对合格产品进行标记，打标机构的作用是检测完成后，如是合格产品，则打上标记。其作用是防止漏检。打标机由气缸和记号笔等组成，当微机通过检查、判断后，认为是合格的产品，就通过I/O接口，输出D1低电平，D2为高电平，继电器J1得电，电磁铁1DT 得电。而继电器J2失电，2DT也失电。此时，三位阀移动，左边逻辑有效，气缸向右移动，推动记号笔，在被测管上做表示“合格”的记号。然后，微机输出D2高电平，D1为低电平。J1失电、J2得电，于是，电磁铁1DT失电，2DT得电，三位阀右边逻辑有效，记号笔随气缸退回原处。

在实际应用中，检测装置的电气硬件由工业微机、数字位移传感器、集线器和通讯线等元器件组成。

工业微机是硬件的核心，其通过接口连接传感器、打标机，以及人机对话的显示屏和键盘等硬件，运行测控软件，完成检测、运算、判断等工作。

数字位移传感器原来检测被测件各检测点的位置变化量，然后，通过集线器、通信线向工业微机发送实测数据。

参见附图11，工业微机通过自身的COM1串口用RS232通信线与主集线器连接，主集线器通过RS232通信线与一至八个(实例中用了六个)分集线器，每个分集线器通过RSR232通信线与一至八个传感器连接。因此，该***用一个串口可组成最少一个位移传感器，最多可达64个位移传感器的检测***。实例中采用41个传感器。其中10个X坐标，10个Y坐标，10个Z坐标，4个用于圆度，4个用于平面度，3个用于同轴度检测。

微机通过I/O的输出接口D1和D2控制继电器J1和J2，J1和J2又控制打标机移动的三位四通阀的电磁铁线圈的得电或失电，电磁阀控制气缸的移动，气缸移动推动记号笔进行打印标记。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种车用管类零件形位公差检测装置，其特征在于：包括固定夹具、多个位移传感器和微机，所述固定夹具用于固定所述管类零件，所述多个位移传感器分别设置在所述管类零件的多个位置，所述位移传感器通过分集线器、主集线器和COM串口与所述微机连接，所述微机根据多个位移传感器的位移量计算出所述管类零件该位置的形位公差值。

2.根据权利要求1所述的车用管类零件形位公差检测装置，其特征在于：所述检测装置还包括打标机，所述打标机将检测完成的管类零件进行标记。

3.根据权利要求1所述的车用管类零件形位公差检测装置，其特征在于：所述位移传感器为数字式容栅位移传感器，所述位移传感器的检测范围为0-10mm。

4.根据权利要求3所述的车用管类零件形位公差检测装置，其特征在于：所述位移传感器的精度值小于0.015mm。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的车用管类零件形位公差检测装置，其特征在于：所述形位公差为位置度公差，所述位移传感器为两个，分别设置在检测位置的两个相互垂直方向。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的车用管类零件形位公差检测装置，其特征在于：所述形位公差为平面度公差，所述传感器为4至8个，设置在所述管类零件的端面，任三个传感器不在同一直线上。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的车用管类零件形位公差检测装置，其特征在于：所述形位公差为圆度公差，所述传感器为4个，分别设置在所述管类零件的相互垂直的两个直径的两端。

8.根据权利要求1至4中任一项所述的车用管类零件形位公差检测装置，其特征在于：所述形位公差为同轴度公差，所述传感器为3个，分别设置在所述管类零件的同一截面内的管壁上，3个传感器呈120度均布。

9.一种利用如权利要求5所述的检测装置对管类零件进行位置度公差的检测方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)在所述管类零件的每个检测点按垂直方向设置两个位移传感器；

(2)所述位移传感器将检测的一组坐标值传送至微机；

(3)所述微机将所述一组坐标值加上管类零件的管半径得到位置度公差值。

10.一种利用如权利要求6所述的检测装置对管类零件进行平面度公差的检测方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)在所述管类零件的检测端面设置多个位移传感器，位移传感器在端面上垂直设置；

(2)所述多个位移传感器将检测的位移值传送至微机；

(3)所述微机将接收到的位移值的最大值减去最小值得到平面度公差值。

11.一种利用如权利要求7所述的检测装置对管类零件进行圆度公差的检测方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)在所述管类零件的相互垂直的两个直径的两端各设置2个位移传感器；

(2)4个位移传感器将检测的位移值传送至微机；

(3)所述微机将接收到的位移值计算出两个直径值，将大直径值减去小直径值得到圆度公差值。

12.一种利用如权利要求8所述的检测装置对管类零件进行圆度公差的检测方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)在所述管类零件的同一截面内的管壁上呈120度均布设置3个位移传感器；

(2)3个位移传感器将检测的位移值传送至微机；

(3)所述微机根据以下公式计算出同轴度公差值Δ_t：

${\mathrm{\Δ}}_t=\sqrt{{\mathrm{\ΔX}}^2+{\mathrm{\ΔY}}^2}$

公式中ΔR₁、ΔR₂和ΔR₃分别为3个位移传感器检测的位移量。