CN107202562A - 一种基于多点支撑内腔式定位的三坐标测量机及测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了包括一种基于多点支撑内腔式定位的三坐标测量机及测量方法,所述测量机包括：测头、移动机构、控制装置以及筒状件定位部；所述筒状件定位部包括：芯轴，胀紧定位机构；所述胀紧定位机构包括，固定限位套，其固设在芯轴上，所述固定限位套包括朝外开口的周向侧壁；胀紧限位套，位于固定限位套外侧，其受驱动沿芯轴的轴向进退，所述胀紧限位套上设有朝内开口的环周侧壁；环周侧壁可匹配***所述的周向侧壁；胀紧部，包括形成在周向侧壁上的多个通孔和设置于通孔内的定位部件，其中，当环周侧壁***周向侧壁时，所述定位部件被环周侧壁顶出，突出于通孔与筒状件内腔顶持，形成支撑点实现定位。本发明具有结构简单，安装方便的优点。

Description

一种基于多点支撑内腔式定位的三坐标测量机及测量方法
技术领域
本发明涉及机械设计技术领域，特别是涉及一种基于多点支撑内腔式定位的三坐标测量机及测量方法。
背景技术
筒状件是常见的机械设计产品，对于其直径、圆度、垂直度、跳动等几何尺寸及形位公差的测量，通常需要借助一些定位装置对其进行测量定位，常用的定位方式可大致分为外圆定位和内腔定位两种，特别是当需要以内腔为基准，对外圆参数进行评定时，就需要对内腔进行稳固支撑，从而可以建立轴线测量基准，而且，当所需检测工件长度较大时，更需一种可实现内腔固定的定位装置对筒状件进行测量定位。为此，需设计一种检测定位具对筒状件进行测量辅助定位，从而完成对各几何量的准确测量。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种基于多点支撑内腔式定位的三坐标测量机及测量方法，可以实现对筒状件几何量检测的辅助定位。
为实现本发明的目的所采用的技术方案是：
一种基于多点支撑内腔式定位的三坐标测量机，包括：测头，其用于测量被测量物；移动机构，其使上述测头移动；控制装置，其控制上述移动机构；以及筒状件定位部，其用于固定筒状件；
所述筒状件定位部通过V型支承架设置在大理石平板的顶端，所述测头设置在横梁的底端，所述横梁通过气浮导轨设置在大理石平板的顶端；
所述筒状件定位部包括：芯轴，对称设置在所述芯轴左右两端的胀紧定位机构；
所述胀紧定位机构包括，
固定限位套，其固设在芯轴上，以芯轴中部为内，两端为外，所述固定限位套包括朝外开口的周向侧壁，所述周向侧壁呈环形与芯轴同轴设置；
胀紧限位套，位于固定限位套外侧，其受驱动沿芯轴的轴向进退，所述胀紧限位套上设有朝内开口的环周侧壁；环周侧壁可匹配***所述的周向侧壁；
胀紧部，包括形成在周向侧壁上的多个通孔和设置于通孔内的定位部件，其中，当环周侧壁***周向侧壁时，所述定位部件被环周侧壁顶出，突出于通孔与筒状件内腔顶持，形成支撑点实现定位。
优选的，所述通孔内嵌设有内锥套，内锥套的外圆与通孔过盈装配，所述内锥套的中心位置设有锥面孔，所述的定位部件设置在锥面孔内。
优选的，所述锥面孔的大口径端设有用于限定定位部件防止其脱出的限位部件。
优选的，所述胀紧限位套由锁紧螺母推进，锁紧螺母与芯轴螺纹连接。
优选的，所述支撑点设有三个。
优选的，所述定位部件为钢球或包胶钢球。
优选的，所述芯轴两端设置定位顶尖孔，用于将芯轴定位夹持在V型支承架。
优选的，所述周向侧壁的外缘内侧或所述环周侧壁的外缘外侧择其一为锥面，另一个为平面，或者两者都为锥面。
优选的，所述固定限位套外缘内侧锥面的锥度为13°-15°，所述胀紧限位套外缘外侧锥面包括两段锥面，位于下部的第一锥面的锥度为4°-6°，位于上部的第二锥面的锥度为2°-3°，所述第一锥面为装配导向锥，用于导向，所述第二锥面为配合锥度，用于控制轴向装配位置。
优选的，所述芯轴为阶梯轴，包括设置在中心位置的第三定位段，所述第三定位段的两端设有直径依次减小的第二定位段和第一定位段，所述第一定位段为定位具支承于V型轴承架的工作段。
优选的，所述固定限位套的中心位置过盈设置在第二定位段，其轴向位置由第三定位段端面限制，所述胀紧限位套间隙设置在第二定位段。
优选的，所述胀紧限位套与固定限位套之间设有压簧，所述压簧用于辅助胀紧限位套从固定限位套内退出。
另一方面，所述测量机的测量方法，包括以下步骤：
(1)将固定限位套固装在芯轴上，将胀紧限位套套在芯轴上；
(2)将固定部件装入到周侧侧壁上的通孔内，将胀紧限位套***到固定限位套内，使得固定部件不凸出于固定限位套外圆为准；
(3)套上筒状件，确定好定位胀紧位置后，继续向固定限位套内推进胀紧限位套，至固定部件与筒状件内腔相抵为止，此时筒状件无法在外力作用下沿轴向蹿动，实现定位；
(4)将定位好的筒状件放置于V型支承架上，可进行筒状件的几何量检测；
(5)测头由气浮导轨带动进行测量采点，采集到的测量元素通过控制***进行拟合运算，最终得到筒状件的各类几何尺寸及形位误差。
优选的，所述步骤(1)中将三个内锥套压入固定限位套侧壁的三个通孔内，所述两个胀紧限位套的外端均旋入锁紧螺母，所述步骤(2)中的固定部件为钢球，将钢球放置于内锥套的锥面孔内，所述步骤(2)和步骤(3)中，通入旋入锁紧螺母实现胀紧限位套向固定限位套内的推进。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、内锥套、活动限位套及钢球，可实现对筒状件的三点同时接触定位，使筒状件受力点一致，符合“三点圆”定位原理；工装结构简单，安装方便；可换式内锥套，满足不同直径筒状件的定位需要。
2、整个测量过程通过编程形成专用测量程序，运行程序自动完成测量。
附图说明
图1为测量机的结构示意图。
图2为多点支撑内腔式筒状件定位装置结构图；
图3为图2中A的放大图；
图4为芯轴结构图；
图5为固定限位套结构图；
图6为胀紧限位套结构图；
图7为内锥套结构图；
图8为锁紧螺母结构图；
图中：1-固定限位套，2-胀紧限位套，3-芯轴，4-内锥套，5-锁紧螺母，6-钢球，7-第三定位段，8-第二定位段，9-第一定位段，10-通孔，11-锥面孔，12-大理石平板，13-气浮导轨，14-横梁，15-测头。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1～8所示，一种基于多点支撑内腔式定位的三坐标测量机，包括：测头15，其用于测量被测量物；移动机构，其使上述测头移动；控制装置，其控制上述移动机构；以及筒状件定位部，其用于固定筒状件；
所述筒状件定位部通过V型支承架16设置在大理石平板12的顶端，所述测头设置在横梁14的底端，所述横梁通过气浮导轨13设置在大理石平板的顶端；
所述筒状件定位部包括包括：芯轴3，对称设置在所述芯轴3的左右两端的胀紧定位机构；所述胀紧定位机构包括固定限位套1、胀紧限位套2和胀紧部，所述固定限位套1固设在芯轴3上，以芯轴3中部为内，两端为外，所述固定限位套包括朝外开口的周向侧壁，所述周向侧壁呈环形与芯轴同轴设置；所述胀紧限位套2可沿芯轴的轴向进退，所述胀紧限位套2上设有朝内开口的环周侧壁；环周侧壁可匹配***所述的周向侧壁，所述胀紧部包括形成在周侧侧壁上的多个通孔10和可突出于通孔的定位部件，其中，当环周侧壁***周向侧壁时，所述定位部件被环周侧壁顶出，形成支撑点，实现定位。
左右两端设置的胀紧定位机构，使得筒状件的支撑平衡稳定性好。所述胀紧限位套2和胀紧限位套3为轴承钢材质，且经过淬火处理，提高硬度，增加耐磨性。
作为优选方案，所述通孔10内嵌设有内锥套4，内锥套4的外圆与通孔10过盈装配，所述内锥套4的中心位置设有锥面孔，所述定位部件可突出于锥面孔。如此，可换式内锥套，满足不同直径筒状件的定位需要。
所述定位部件，置于固定限位套与胀紧限位套2外锥面之间，向固定限位套内推进胀紧限位套时，定位部件可突出于固定限位套的外壁，形成支撑点，与固定筒状件内腔接触。
作为优选方案，所述锥面孔的大口径端设有用于限定定位部件位置的限位部件，比如：卡簧或卡片。如此，可以初步限定定位部件的位置，防止其装配时从锥面孔内脱落。
作为优选方案，所述胀紧限位套由锁紧螺母推进，锁紧螺母与芯轴螺纹连接。如此，可以稳定推进胀紧限位套。所述的锁紧螺母，内孔前段加工为光孔，满足不同长度筒状件的测量定位需要，后段加工为高精度内螺纹，用于与芯轴上的外螺纹配合，紧固筒状件和定位具。
作为优选方案，所述支撑点设有三个。可实现对筒状件的三点同时接触定位，使筒状件受力点一致，符合“三点圆”定位原理。
作为优选方案，所述定位部件为钢球或包胶钢球，所述锥面孔的外端口口径小于钢球的直径，所述锥面孔的内端口径大于钢球的直径。由钢球或包胶钢球进行定位，定位稳定性良好。使钢球6凸出或凹于进固定限位套1外圆母线，从而胀紧或脱开筒状件，实现对筒状件的多点定位，所述钢球，为标准零级钢球。
作为优选方案，所述芯轴两端设置符合国标的定位顶尖孔，用于将芯轴定位夹持在V型支承架。便于配合三坐标测量机进行测试。芯轴3采用高精度磨削加工，加工完成后，以两端顶尖孔定位夹持在三坐标测量机的V型支承架上，测量各直径段的径向跳动量，均小于0.01mm。
作为优选方案，所述固定限位套的外缘内侧或所述胀紧限位套的外缘外侧择其一为锥面，为两者都为锥面。锥面间的相互匹配，使得胀紧限位套可顺畅的推入到胀紧限位套内，操作方便。
作为优选方案，所述固定限位套外缘内侧锥面的锥度为13°-15°，优选为15°，所述胀紧限位套外缘外侧锥面包括两段锥面，位于下部的第一锥面的锥度为2°-3°，优选为2°15′，位于上部的第二锥面的锥度为4°-6°，优选为6°，所述第一锥面为装配导向锥，用于导向，所述第二锥面为配合锥度，用于控制轴向装配位置。
优选的，所述锥面孔的内侧锥面为10°。
作为优选方案，所述芯轴为阶梯轴，所述芯轴为阶梯轴，包括设置在中心位置的第三定位段，所述第三定位段的两端设有直径依次减小的第二定位段和第一定位段，所述第一定位段为定位具支承于V型轴承架的工作段。所述固定限位套的中心位置过盈设置在第二定位段，其轴向位置由第三定位段端面限制，所述胀紧限位套间隙设置在第二定位段。所述第一定位段的直径为11mm，所述第二定位段的直径为20mm，所述第三定位段的直径为22mm。
所述芯轴通过高精度磨削加工而成，各不同直径段的同轴度达到0.001mm级，两端面中心加工有符合国标要求的顶尖孔，用于磨削加工定位；两端加工有高精度外螺纹，用于与紧固螺母配合。
本发明的所述测量机的测量方法，包括以下步骤：
(1)将固定限位套固装在芯轴3上，
(2)将固定部件装入到周侧侧壁上的通孔内，将胀紧限位套***到固定限位套内，使得固定部件不凸出于固定限位套1外圆为准；
(3)套上筒状件，确定好定位胀紧位置后，继续向固定限位套内推进胀紧限位套，直到筒状件无法在外力作用下沿轴向蹿动为止；
(4)将定位好的筒状件放置于V型支承架上，可进行筒状件的几何量检测。
(5)测头由气浮导轨带动进行测量采点，采集到的测量元素通过控制***进行拟合运算，最终得到筒状件的各类几何尺寸及形位误差。
最为优选方案：
(1)将三个内锥套4压入固定限位套1侧壁的三个通孔10内；
(2)将两个装配有内锥套4的固定限位套1通过过盈方式与芯轴3的第二定位段装配，轴向以芯轴3的第一定位段端面限位；将六个钢球6放置于内锥套4的锥面孔10内；分别将两个胀紧限位套2套在芯轴3上，两端均旋入锁紧螺母5，旋入位置以钢球6不凸出于固定限位套1外圆为准；
(3)套上筒状件，确定好定位胀紧位置后，继续旋入锁紧螺母5，直到筒状件无法在外力作用下沿轴向蹿动为止；
(4)将定位好的筒状件放置于V型支承架上，可进行筒状件的几何量检测。
(5)测头由气浮导轨带动进行测量采点，采集到的测量元素通过控制***进行拟合运算，最终得到筒状件的各类几何尺寸及形位误差。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，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 (14)

1.一种基于多点支撑内腔式定位的三坐标测量机，其特征在于，包括：测头，其用于测量被测量物；移动机构，其使上述测头移动；控制装置，其控制上述移动机构；以及筒状件定位部，其用于固定筒状件；
所述筒状件定位部包括芯轴，对称设置在所述芯轴左右两端的胀紧定位机构；
所述胀紧定位机构包括，
固定限位套，其固设在芯轴上，以芯轴中部为内，两端为外，所述固定限位套包括朝外开口的周向侧壁，所述周向侧壁呈环形与芯轴同轴设置；
胀紧限位套，位于固定限位套外侧，其受驱动沿芯轴的轴向进退，所述胀紧限位套上设有朝内开口的环周侧壁；环周侧壁可匹配***所述的周向侧壁；
胀紧部，包括形成在周向侧壁上的多个通孔和设置于通孔内的定位部件，其中，当环周侧壁***周向侧壁时，所述定位部件被环周侧壁顶出，突出于通孔与筒状件内腔顶持，形成支撑点实现定位。
2.根据权利要求1所述的一种基于多点支撑内腔式定位的三坐标测量机，其特征在于，所述筒状件定位部通过V型支承架设置在大理石平板的顶端，所述测头设置在横梁的底端，所述横梁通过气浮导轨设置在所述大理石平板的正上方。
3.根据权利要求1所述的一种基于多点支撑内腔式定位的三坐标测量机，其特征在于，所述通孔内嵌设有内锥套，内锥套的外圆与通孔过盈装配，所述内锥套的中心位置设有锥面孔，所述的定位部件设置在锥面孔内。
4.根据权利要求3所述的一种基于多点支撑内腔式定位的三坐标测量机，其特征在于，所述锥面孔的大口径端设有用于限定定位部件防止其脱出的限位部件。
5.根据权利要求1所述的一种基于多点支撑内腔式定位的三坐标测量机，其特征在于，所述胀紧限位套由锁紧螺母推进，锁紧螺母与芯轴螺纹连接。
6.根据权利要求1所述的一种基于多点支撑内腔式定位的三坐标测量机，其特征在于，所述支撑点设有三个。
7.根据权利要求1所述的一种基于多点支撑内腔式定位的三坐标测量机，其特征在于，所述定位部件为钢球或包胶钢球。
8.根据权利要求1所述的一种基于多点支撑内腔式定位的三坐标测量机，其特征在于，所述芯轴两端设置定位顶尖孔，用于将芯轴定位夹持在V型支承架上。
9.根据权利要求1所述的一种基于多点支撑内腔式定位的三坐标测量机，其特征在于，所述周向侧壁的外缘内侧或所述环周侧壁的外缘外侧择其一为锥面，另一个为平面，或者两者都为锥面。
10.根据权利要求1所述的一种基于多点支撑内腔式定位的三坐标测量机，其特征在于，所述固定限位套外缘内侧锥面的锥度为13°-15°，所述胀紧限位套外缘外侧锥面包括两段锥面，位于下部的第一锥面的锥度为2°-3°，位于上部的第二锥面的锥度为4°-6°，所述第一锥面为装配导向锥，用于导向，所述第二锥面为配合锥度，用于控制轴向装配位置。
11.根据权利要求1所述的一种基于多点支撑内腔式定位的三坐标测量机，其特征在于，所述芯轴为阶梯轴，包括设置在中心位置的第三定位段，所述第三定位段的两端设有直径依次减小的第二定位段和第一定位段，所述第一定位段为定位具支承于V型轴承架的工作段。
12.根据权利要求11所述的一种基于多点支撑内腔式定位的三坐标测量机，其特征在于，所述固定限位套的中心位置过盈设置在第二定位段，其轴向位置由第三定位段端面限制，所述胀紧限位套间隙设置在第二定位段。
13.根据权利要求1所述的一种基于多点支撑内腔式定位的三坐标测量机，其特征在于，所述胀紧限位套与固定限位套之间设有压簧，所述压簧用于辅助胀紧限位套从固定限位套内退出。
14.根据权利要求1-13任一项所述的三坐标测量机的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将固定限位套固装在芯轴上，将胀紧限位套套在芯轴上；
(2)将固定部件装入到周侧侧壁上的通孔内，将胀紧限位套***到固定限位套内，使得固定部件不凸出于固定限位套外圆为准；
(3)套上筒状件，确定好定位胀紧位置后，继续向固定限位套内推进胀紧限位套，至固定部件与筒状件内腔相抵为止，此时筒状件无法在外力作用下沿轴向蹿动，实现定位；
(4)将定位好的筒状件放置于V型支承架上，可进行筒状件的几何量检测。
(5)测头由气浮导轨带动进行测量采点，采集到的测量元素通过控制***进行拟合运算，最终得到筒状件的各类几何尺寸及形位误差。
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