CN107588746B - 一种测针精密快速校核装置及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测针精密快速校核装置及其工作方法，所述的装置包括支座、底座、等高校核模块、测针水平度校核及长度自检模块和微调组件。本发明的测针精密快速校核装置安装在机床移动工作台前端，只需安装前调整好测针精密快速校核装置相对机床磨杆砂轮轴中心的位置，即可在位实时用于对测针位置进行校核，通过采用该装置解除了测针校核精度对操作者技能的依赖，使用方便快捷；本发明的测针精密快速校核装置及其使用方法能实现测针高度位置和水平位置的精密校核，同时采用该装置能快速获得实际的测针有效跨距，避免了传统的通过卡尺等测量测针的跨距引入的不确定性误差，有利于提高测量精度；本发明有利于提高测针校核效率，易于实现自动化。

Description

一种测针精密快速校核装置及其工作方法

技术领域

本发明属于精密磨削及测量领域，特别涉及一种测针精密快速校核装置及其工作方法。

背景技术

大深径比零件广泛应用于火箭发动机筒体、起重器械作动器、飞机起落架等领域，为满足其高性能的装配和使用要求，需要保证零件的尺寸精度满足要求。大深径比零件的精密测量技术是检测和保证该类零件是否满足设计要求的重要技术基础。

当前该类大深径比零件的测量，主要是人工使用内径千分尺测量，测量结果的可信度过度依赖操作者的技术和经验，不同操作者之间，乃至于同一操作者不同时间测量的结果之间一致性差，难以满足产品的装配和使用要求，严重影响了产品的安全可靠性。

为克服以上问题，人们提出了采用卡盘和中心架共同固持工件，然后采用带十字测针的接触式测头进行测量。为保证测量结果的准确度，需要保证测量过程中，测针的运动轨迹与被测孔直径重合，同时要测量测针实际的工作长度，即需要对测针的状态进行检测和校核，所述测针的状态包括测针的高度、水平度和测针实际使用长度，所述测针的水平度是指测针的“十”字头所在平面与水平面之间的夹角。由于该类零件通常是通过人工使用内径量表等手动测量，无需进行测针检测和校核，因此没有如何校核的方法可参考。经查阅相关资料，针对接触式在位测量测针的位置校核，尚未查到很好的解决方案，为此，急需寻找一种适用于接触式在位测量测针的位置校核装置及方法。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种能对测针高度、测针水平度及测针实际使用长度进行精密快速校核及测量的测针精密快速校核装置及其工作方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种测针精密快速校核装置，包括支座、底座、等高校核模块、测针水平度校核及长度自检模块和微调组件；

所述的支座呈“T”字型结构，根据安装需求，支座上设置对应的通孔和螺纹孔，支座通过螺钉E连接固定在机床移动工作台上；

所述的底座上设置燕尾槽结构，底座通过四个螺钉C固定在支座上。

所述的测针水平度校核及长度自检模块设置有斜槽A和斜槽B，斜槽A和斜槽B的斜度及高度一致，测针水平度校核及长度自检模块两侧面的平行度为0.01～0.025mm，两侧面与底面的垂直度为0.01～0.025mm，测针水平度校核及长度自检模块通过底部的燕尾槽与底座配合滑动连接，燕尾槽端面预置一个销孔；

所述的等高校核模块上设置V型槽，且在V型槽上开有两个对角错位布置的矩形窗口，在等高校核模块上中间位置设置两个螺纹孔和两个通孔，两个螺纹孔用于固定压紧块，两个通孔用于将等高校核模块通过螺钉B固定在测针水平度校核及长度自检模块上，且等高校核模块的V型槽与测针水平度校核及长度自检模块的斜槽A和斜槽B存在错位，即V型槽的中心位于斜槽A和斜槽B的斜边中点位置；

所述的微调组件包括微调机构和导向组件，微调机构包括微调螺杆机构和固持法兰，导向组件包括导向杆、顶紧弹簧和导向法兰，所述的固持法兰和导向法兰分别通过螺钉D和螺钉A固定在底座燕尾槽两端，微调螺杆机构安装固定在固持法兰上，用于调整测针水平度校核及长度自检模块和等高校核模块的位置，导向杆安装在测针水平度校核及长度自检模块的燕尾槽端面预置销孔内，顶紧弹簧安装在导向杆上，导向杆与顶紧弹簧共同构成顶紧机构。

进一步地，所述的燕尾槽用交叉滚子导轨代替。

一种测针精密快速校核装置的工作方法，包括以下步骤：

A、安装测针精密快速校核装置

将测针精密快速校核装置的支座、底座、等高校核模块、测针水平度校核及长度自检模块和微调组件按要求安装固定；

B、调整机床卡盘中心与磨杆的砂轮轴中心等高

将预制好的芯棒B安装在机床卡盘上，控制机床的X轴工作台和Z轴工作台使安装好的芯棒B与磨杆前端的砂轮轴靠近，采用千分表或激光位移传感器检测芯棒B与磨杆前端砂轮轴的高低位置关系，并调整使得芯棒B的中心与磨杆前端砂轮轴中心等高；

C、调整等高校核模块的V型槽的中心与磨杆的砂轮轴中心等高

将预制好的芯棒A放在等高校核模块的V型槽中，并通过压紧块压紧，控制机床的X轴工作台和Z轴工作台使安装好的芯棒A与磨杆前端的砂轮轴靠近，采用千分表或激光位移传感器检测芯棒A与磨杆前端砂轮轴的高低位置关系，并通过微调组件的微调机构调整等高校核模块的高低位置，使得等高校核模块的V型槽中安装的芯棒A的中心与砂轮轴中心等高，从而保证V型槽的中心与砂轮轴的中心等高；

D、调整测针球头中心与等高校核模块的V型槽的中心等高

根据测针精密快速校核装置的位置，粗调测杆的位置，使测针球头A大致对准等高校核模块的V型槽中心，控制机床的X轴工作台和Z轴工作台使测针球头A快速移动至等高校核模块的V型槽附近，切换至缓慢移动，先控制机床沿X轴运动至等高校核模块的V型槽区域A，再控制机床沿Z轴方向运动，并注意观察测针球头A与V型槽中心的位置关系，当测针球头A与V型槽接触时，记录此时机床坐标位置(X1,Z1)；再次调整机床沿X轴运动至等高校核模块的V型槽区域B，控制机床沿Z轴方向运动，并注意观察测针球头A与V型槽中心的位置关系，当测针球头A与V型槽接触时，记录此时机床坐标位置(X2,Z2)；比较坐标值Z1和Z2的大小，如果Z1>Z2，则表明测针球头A位置偏低，如果Z1<Z2，则表明测针球头A位置偏高，如果Z1＝Z2，则表明测针球头A位置与V型槽中心等高，即与砂轮轴中心等高，实际操作过程不可能使得Z1和Z2绝对相等，故根据测量精度要求，只需使得|Z1-Z2|<δ1即可，δ1为所允许的等高调整误差，取值范围为0.001～0.003mm；

E、调整测针球头和测针球头C的中心等高，即保证测针球头B和测针球头C在同一水平面内

控制机床沿X轴和Z轴移动，使测针球头B和测针球头C分别与测针水平度校核及长度自检模块的斜槽A和斜槽B的斜边接触，分别记录机床坐标位置(X3,Z3)和(X4,Z4)，并比较坐标值Z3和Z4的大小，如果Z3>Z4，则表明测针球头B的中心位置比测针球头的中心位置高，如果Z3<Z4，则表明测针球头B的中心位置比测针球头C173的中心位置低，如果Z1＝Z2，则表明测针球头B的中心与测针球头C的中心等高，即测针已调至水平，实际操作过程不可能使得Z3和Z4绝对相等，故根据测量精度要求，只需使得|Z3-Z4|<δ2即可，δ2为所允许的水平调整误差，取值范围为0.001～0.003mm；

F、测针球头B和球头C之间的跨距D0自检测

控制机床沿X轴和Z轴移动，使得测针球头B和测针球头C分别和测针水平度校核及长度自检模块的侧面A和侧面B接触，记录此时机床坐标位置(X5,Z5)和(X6,Z6)，并通过精密计量设备计量测针水平度校核及长度自检模块的侧面A和侧面B之间的距离L0，通过计算得测针跨距D0＝|X5-X6|-L0。

进一步地，所述的精密计量设备为三坐标测量机。

与现有技术比较，本发明具有以下优点：

1、本发明的测针精密快速校核装置安装在机床移动工作台前端，只需安装前调整好测针精密快速校核装置相对机床磨杆砂轮轴中心的位置，即可在位实时用于对测针位置进行校核，通过采用该装置解除了测针校核精度对操作者技能的依赖，使用方便快捷；

2、本发明的测针精密快速校核装置及其使用方法能实现测针高度位置和水平度位置的精密校核，同时采用该装置能快速获得实际的测针有效跨距(由于测针安装使用过程中，难以保证测针绝对处于水平位置，故实际的测针有效跨距通常小于测针的实际物理长度)，避免了传统的通过卡尺等测量测针的跨距引入的不确定性误差，有利于提高测量精度；

3、本发明的测针精密快速校核装置及其使用方法操作简单，有利于提高测针校核效率，易于实现自动化。

附图说明

图1为本发明实施例的测针精密快速校核装置示意图。

图2为本发明实施例的测针精密快速校核装置俯视图。

图3为本发明实施例的测针精密快速校核装置A-A视图。

图4为本发明实施例的测针精密快速校核装置B-B视图。

图5为本发明实施例的测针精密快速校核装置与机床位置关系示意图。

图6为本发明实施例的测针等高调整模块俯视图。

图7为本发明实施例的测针等高调整模块A-A图。

图8为本发明实施例的测针等高调整模块B-B图。

图9为本发明实施例的测针与斜槽A接触示意图。

图10为本发明实施例的测针与斜槽B接触示意图。

图11为本发明实施例的测针水平度调整原理图。

图12为本发明实施例的测针跨距测量原理图A。

图13为本发明实施例的测针跨距测量原理图B。

图14为本发明实施例的测针校核方法流程图。

图中：1、支座，2、微调机构，3、固持法兰，4、测针水平度校核及长度自检模块，41、斜槽A，42、斜槽B，43、销孔，44、侧面A，45、侧面B，5、等高校核模块，51、通孔，52、螺纹孔，53、V型槽区域A，54、V型槽区域B，6、导向法兰，7、导向杆，8、顶紧弹簧，9、螺钉A，10、底座，11、螺钉B，12、螺钉C，13、螺钉D，14、螺钉E，15、磨杆，16、测杆，17、测头，171、测针球头A，172、测针球头B，173、测针球头C，18、压紧块，19、芯棒A，20、测针精密快速校核装置，21、芯棒B，22、卡盘。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做详细说明。

如图1-13所示，一种测针精密快速校核装置，包括支座1、底座10、等高校核模块5、测针水平度校核及长度自检模块4和微调组件；

所述的支座1呈“T”字型结构，根据安装需求，支座1上设置对应的通孔51和螺纹孔52，支座1通过螺钉E14连接固定在机床移动工作台上；

所述的底座10上设置燕尾槽结构，底座10通过四个螺钉C12固定在支座1上。

所述的测针水平度校核及长度自检模块4设置有斜槽A41和斜槽B42，斜槽A41和斜槽B42的斜度及高度一致，测针水平度校核及长度自检模块4两侧面的平行度为0.01～0.025mm，两侧面与底面的垂直度为0.01～0.025mm，测针水平度校核及长度自检模块4通过底部的燕尾槽与底座10配合滑动连接，燕尾槽端面预置一个销孔43；

所述的等高校核模块5上设置V型槽，且在V型槽上开有两个对角错位布置的矩形窗口，在等高校核模块5上中间位置设置两个螺纹孔52和两个通孔51，两个螺纹孔52用于固定压紧块18，两个通孔51用于将等高校核模块5通过螺钉B11固定在测针水平度校核及长度自检模块4上，且等高校核模块5的V型槽与测针水平度校核及长度自检模块4的斜槽A41和斜槽B42存在错位，即V型槽的中心位于斜槽A41和斜槽B42的斜边中点位置；

所述的微调组件包括微调机构2和导向组件，微调机构2包括微调螺杆机构和固持法兰3，导向组件包括导向杆7、顶紧弹簧8和导向法兰6，所述的固持法兰3和导向法兰6分别通过螺钉D13和螺钉A9固定在底座10燕尾槽两端，微调螺杆机构安装固定在固持法兰3上，用于调整测针水平度校核及长度自检模块4和等高校核模块5的位置，导向杆7安装在测针水平度校核及长度自检模块4的燕尾槽端面预置销孔43内，顶紧弹簧8安装在导向杆7上，导向杆7与顶紧弹簧8共同构成顶紧机构。

进一步地，所述的燕尾槽用交叉滚子导轨代替。

如图1-13所示，一种测针精密快速校核装置的工作方法，包括以下步骤：

A、安装测针精密快速校核装置20

将测针精密快速校核装置20的支座1、底座10、等高校核模块5、测针水平度校核及长度自检模块4和微调组件按要求安装固定；

B、调整机床卡盘22中心与磨杆15的砂轮轴中心等高

将预制好的芯棒B21安装在机床卡盘22上，控制机床的X轴工作台和Z轴工作台使安装好的芯棒B21与磨杆15前端的砂轮轴靠近，采用千分表或激光位移传感器检测芯棒B21与磨杆15前端砂轮轴的高低位置关系，并调整使得芯棒B21的中心与磨杆15前端砂轮轴中心等高；

C、调整等高校核模块5的V型槽的中心与磨杆15的砂轮轴中心等高

将预制好的芯棒A19放在等高校核模块5的V型槽中，并通过压紧块18压紧，控制机床的X轴工作台和Z轴工作台使安装好的芯棒A19与磨杆15前端的砂轮轴靠近，采用千分表或激光位移传感器检测芯棒A19与磨杆15前端砂轮轴的高低位置关系，并通过微调组件的微调机构2调整等高校核模块5的高低位置，使得等高校核模块5的V型槽中安装的芯棒A19中心与砂轮轴中心等高，从而保证V型槽的中心与砂轮轴的中心等高；

D、调整测针17中心与等高校核模块5的V型槽的中心等高

根据测针精密快速校核装置20的位置，粗调测杆16的位置，使测针球头A171大致对准等高校核模块5的V型槽中心，控制机床的X轴工作台和Z轴工作台使测针球头A171快速移动至等高校核模块5的V型槽附近，切换至缓慢移动，先控制机床沿X轴运动至等高校核模块5的V型槽区域A53，再控制机床沿Z轴方向运动，并注意观察测针球头与V型槽中心的位置关系，当测针球头A171与V型槽接触时，记录此时机床坐标位置(X1,Z1)；再次调整机床沿X轴运动至等高校核模块5的V型槽区域B54，控制机床沿Z轴方向运动，并注意观察测针球头A171与V型槽中心的位置关系，当测针球头A171与V型槽接触时，记录此时机床坐标位置(X2,Z2)；比较坐标值Z1和Z2的大小，如果Z1>Z2，则表明测针球头A171位置偏低，如果Z1<Z2，则表明测针球头A171位置偏高，如果Z1＝Z2，则表明测针球头A位置与V型槽中心等高，即与砂轮轴中心等高，实际操作过程不可能使得Z1和Z2绝对相等，故根据测量精度要求，只需使得|Z1-Z2|<δ1即可，δ1为所允许的等高调整误差，取值范围为0.001～0.003mm；

E、调整测针球头和测针球头C173的中心等高，即保证测针球头B172和测针球头C173在同一水平面内

控制机床沿X轴和Z轴移动，使测针球头B和测针球头C分别与测针水平度校核及长度自检模块4的斜槽A41和斜槽B42的斜边接触，分别记录机床坐标位置(X3,Z3)和(X4,Z4)，并比较坐标值Z3和Z4的大小，如果Z3>Z4，则表明测针球头B172的中心位置比测针球头的中心位置高，如果Z3<Z4，则表明测针球头B的中心位置比测针球头C173的中心位置低，如果Z1＝Z2，则表明测针球头B的中心与测针球头C的中心等高，即测针已调至水平，实际操作过程不可能使得Z3和Z4绝对相等，故根据测量精度要求，只需使得|Z3-Z4|<δ2即可，δ2为所允许的水平调整误差，取值范围为0.001～0.003mm；

F、测针球头B和球头C之间的跨距D0自检测

控制机床沿X轴和Z轴移动，使得测针球头B172和测针球头C173分别和测针水平度校核及长度自检模块4的侧面A44和侧面B45接触，记录此时机床坐标位置(X5,Z5)和(X6,Z6)，并通过精密计量设备计量测针水平度校核及长度自检模块4的侧面A44和侧面B45之间的距离L0，通过计算得测针跨距D0＝|X5-X6|-L0。

进一步地，所述的精密计量设备为三坐标测量机。

本发明不局限于本实施例，任何在本发明披露的技术范围内的等同构思或者改变，均列为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种测针精密快速校核装置，其特征在于：包括支座(1)、底座(10)、等高校核模块(5)、测针水平度校核及长度自检模块(4)和微调组件；

所述的支座(1)呈“T”字型结构，根据安装需求，支座(1)上设置对应的通孔(51)和螺纹孔(52)，支座(1)通过螺钉E(14)连接固定在机床移动工作台上；

所述的底座(10)上设置燕尾槽结构，底座(10)通过四个螺钉C(12)固定在支座(1)上；

所述的测针水平度校核及长度自检模块(4)设置有斜槽A(41)和斜槽B(42)，斜槽A(41)和斜槽B(42)的斜度及高度一致，测针水平度校核及长度自检模块(4)两侧面的平行度为0.01～0.025mm，两侧面与底面的垂直度为0.01～0.025mm，测针水平度校核及长度自检模块(4)通过底部的燕尾槽与底座(10)配合滑动连接，燕尾槽端面预置一个销孔(43)；

所述的等高校核模块(5)上设置V型槽，且在V型槽上开有两个对角错位布置的矩形窗口，在等高校核模块(5)上中间位置设置两个螺纹孔(52)和两个通孔(51)，两个螺纹孔(52)用于固定压紧块(18)，两个通孔(51)用于将等高校核模块(5)通过螺钉B(11)固定在测针水平度校核及长度自检模块(4)上，且等高校核模块(5)的V型槽与测针水平度校核及长度自检模块(4)的斜槽A(41)和斜槽B(42)存在错位，即V型槽的中心位于斜槽A(41)和斜槽B(42)的斜边中点位置；

所述的微调组件包括微调机构(2)和导向组件，微调机构(2)包括微调螺杆机构和固持法兰(3)，导向组件包括导向杆(7)、顶紧弹簧(8)和导向法兰(6)，所述的固持法兰(3)和导向法兰(6)分别通过螺钉D(13)和螺钉A(9)固定在底座(10)燕尾槽两端，微调螺杆机构安装固定在固持法兰(3)上，用于调整测针水平度校核及长度自检模块(4)和等高校核模块(5)的位置，导向杆(7)安装在测针水平度校核及长度自检模块(4)的燕尾槽端面预置销孔(43)内，顶紧弹簧(8)安装在导向杆(7)上，导向杆(7)与顶紧弹簧(8)共同构成顶紧机构。

2.根据权利要求1所述的一种测针精密快速校核装置，其特征在于：所述的燕尾槽用交叉滚子导轨代替。

3.一种测针精密快速校核装置的工作方法，其特征在于：包括以下步骤：

A、安装测针精密快速校核装置(20)

将测针精密快速校核装置(20)的支座(1)、底座(10)、等高校核模块(5)、测针水平度校核及长度自检模块(4)和微调组件按要求安装固定；

B、调整机床卡盘(22)中心与磨杆(15)的砂轮轴中心等高

将预制好的芯棒B(21)安装在机床卡盘(22)上，控制机床的X轴工作台和Z轴工作台使安装好的芯棒B(21)与磨杆(15)前端的砂轮轴靠近，采用千分表或激光位移传感器检测芯棒B(21)与磨杆(15)前端砂轮轴的高低位置关系，并调整使得芯棒B(21)的中心与磨杆(15)前端砂轮轴中心等高；

C、调整等高校核模块(5)的V型槽的中心与磨杆(15)的砂轮轴中心等高

将预制好的芯棒A(19)放在等高校核模块(5)的V型槽中，并通过压紧块(18)压紧，控制机床的X轴工作台和Z轴工作台使安装好的芯棒A(19)与磨杆(15)前端的砂轮轴靠近，采用千分表或激光位移传感器检测芯棒A(19)与磨杆(15)前端砂轮轴的高低位置关系，并通过微调组件的微调机构(2)调整等高校核模块(5)的高低位置，使得等高校核模块(5)的V型槽中安装的芯棒A(19)中心与砂轮轴中心等高，从而保证V型槽的中心与砂轮轴的中心等高；

D、调整测针(17)中心与等高校核模块(5)的V型槽的中心等高

根据测针精密快速校核装置(20)的位置，粗调测杆(16)的位置，使测针球头A(171)大致对准等高校核模块(5)的V型槽中心，控制机床的X轴工作台和Z轴工作台使测针球头A(171)快速移动至等高校核模块(5)的V型槽附近，切换至缓慢移动，先控制机床沿X轴运动至等高校核模块(5)的V型槽区域A(53)，再控制机床沿Z轴方向运动，并注意观察测针球头与V型槽中心的位置关系，当测针球头A(171)与V型槽接触时，记录此时机床坐标位置(X1,Z1)；再次调整机床沿X轴运动至等高校核模块(5)的V型槽区域B(54)，控制机床沿Z轴方向运动，并注意观察测针球头A(171)与V型槽中心的位置关系，当测针球头A(171)与V型槽接触时，记录此时机床坐标位置(X2,Z2)；比较坐标值Z1和Z2的大小，如果Z1>Z2，则表明测针球头A(171)位置偏低，如果Z1<Z2，则表明测针球头A(171)位置偏高，如果Z1＝Z2，则表明测针球头A位置与V型槽中心等高，即与砂轮轴中心等高，实际操作过程不可能使得Z1和Z2绝对相等，故根据测量精度要求，只需使得|Z1-Z2|<δ1即可，δ1为所允许的等高调整误差，取值范围为0.001～0.003mm；

E、调整测针球头和测针球头C(173)的中心等高，即保证测针球头B(172)和测针球头C(173)在同一水平面内

控制机床沿X轴和Z轴移动，使测针球头B和测针球头C分别与测针水平度校核及长度自检模块(4)的斜槽A(41)和斜槽B(42)的斜边接触，分别记录机床坐标位置(X3,Z3)和(X4,Z4)，并比较坐标值Z3和Z4的大小，如果Z3>Z4，则表明测针球头B(172)的中心位置比测针球头的中心位置高，如果Z3<Z4，则表明测针球头B的中心位置比测针球头C173的中心位置低，如果Z1＝Z2，则表明测针球头B的中心与测针球头C的中心等高，即测针已调至水平，实际操作过程不可能使得Z3和Z4绝对相等，故根据测量精度要求，只需使得|Z3-Z4|<δ2即可，δ2为所允许的水平调整误差，取值范围为0.001～0.003mm；

F、测针球头B和球头C之间的跨距D0自检测

控制机床沿X轴和Z轴移动，使得测针球头B(172)和测针球头C(173)分别和测针水平度校核及长度自检模块(4)的侧面A(44)和侧面B(45)接触，记录此时机床坐标位置(X5,Z5)和(X6,Z6)，并通过精密计量设备计量测针水平度校核及长度自检模块(4)的侧面A(44)和侧面B(45)之间的距离L0，通过计算得测针跨距D0＝|X5-X6|-L0。

4.根据权利要求3所述的一种测针精密快速校核装置的工作方法，其特征在于：所述的精密计量设备为三坐标测量机。