CN110044299A - 一种柱状零件外圆周尺寸及形位误差非接触智能检测仪 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种柱状零件外圆周尺寸及形位误差非接触智能检测仪，主要由底板、电机端工件装夹台、电机端被测工件、传感器姿态调整台、顶尖端工件装夹台、前后滑轨组、螺栓、左右滑轨、传感器姿态调整台底座组成。本检测仪可以通过计算机控制改变传感器测量位置和测量倾角，利用电机丝杠组实现激光位移传感器对被测零件表面信息的连续测量，并且凭借光栅尺以及编码器反馈的信号，形成闭环控制***，实现自动化、智能化测量。通过调节左右滑轨与前后滑轨组上的滑块可以满足不同尺寸的测量需求。该检测仪具有较高的测量效率以及测量精度，可以实现对各类柱状零件外圆周尺寸及形位误差非接触智能柔性检测。
Description
技术领域
本发明属于零部件形位误差测量领域，具体涉及一种柱状零件外圆周尺寸及形位误差非接触智能检测仪。
背景技术
柱状零件是工业生产中最常见的一类零件之一，例如齿轮轴、花键轴、凸轮轴、偏心轴、异形轴等在工业生产中扮演者极为重要的角色。然而这些零件在加工过程中因为加工工艺的问题，或经过热处理后难免会出现不同程度的几何偏差和弯曲变形，难以保证在尺寸公差和圆柱度、圆度、轴线的直线度等形位公差等方面上的精度要求。随着我国社会经济的不断发展，汽车、机械等制造行业对轴类等柱状零件在的需求越来越大，精度要求也越来越高，对柱状零件的检测技术和评定方法提出了更高的要求。作为支撑传动零件、承受载荷、传递扭矩的机械零件，如果柱状零件不能满足精度的需要，会严重影响设备整体的精度以及强度，对后续的生产会产生不可估量的影响并且造成直接的经济损失。柱状零件常规检测方法有卡尺、千分尺、百分表等手动检测方法以及基于三坐标的检测方法。这些方法都是接触式测量，检测效率低且存在磨损的问题。现有柱状零件非接触检测装置，有些需要用多个传感器来实现对柱状零件截面的扫描，价格十分高昂；由于结构限制和可搭载的传感器单一，一些检测装置仅适用于固定材质、形状和尺寸零件的若干项误差检测，应用范围非常窄；由于传感器工作位置不可调节，一些检测装置在一些台阶和突变等特殊位置检测精度不理想；受制于量程的问题，一些检测装置无法实现对大型工件检测。
因此，设计开发一种具有较高测量效率以及测量精度的、能针对各类柱状零件普遍适用的外圆周尺寸及形位误差非接触智能柔性检测仪，具有重要的意义与实际应用价值。
发明内容
本发明的目的是提供一种柱状零件外圆周尺寸及形位误差非接触智能检测仪，可以测量不同材质、形状和尺寸柱状零件的几何尺寸及形位误差。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种柱状零件外圆周尺寸及形位误差非接触智能检测仪，主要由底板、电机端工件装夹台、被测工件、传感器姿态调整台、顶尖端工件装夹台、前后滑轨组、螺栓、左右滑轨、传感器姿态调整台底座组成。传感器姿态调整台固定在传感器姿态调整台底座上，传感器姿态调整台底座固定在底板上；电机端工件装夹台固定在左右滑轨的左侧滑块上，顶尖端工件装夹台固定在左右滑轨的右侧滑块上，通过调节滑块的位置实现不同长度零件的测量；左右滑轨固定在前后滑轨组的滑块上，调节前后滑块位置可调节传感器与被测零件的距离；前后滑轨组通过螺栓连接固定在底板上；被测工件通过电机端工件装夹台的三爪卡盘与顶尖端工件装夹台的顶尖组合进行装夹。
所述的电机端工件装夹台中，工件装夹台板架Ⅰ通过螺栓固定在左右滑轨左侧，将步进电机固定在工件装夹台板架Ⅰ的侧面上。将法兰轴Ⅰ法兰端与步进电机输出端连接，轴端与弹性联轴器左端连接，弹性联轴器右端与传动轴左端连接，传动轴右端与卡盘连接杆左端连接，卡盘连接杆右端与连接三爪卡盘连接。弹性联轴器右端与卡盘连接杆左端之间从左往右依次为编码器Ⅰ和两个带座轴承，编码器Ⅰ通过编码器固定板Ⅰ与工件装夹台板架Ⅰ固定，实现步进电机驱动三爪卡盘旋转，通过编码器Ⅰ测得转角和转速，并通过轴承座保证了结构强度。为了节省空间，控制器组利用螺栓固定在工件装夹台板架Ⅰ的肋板上。
所述的顶尖端工件装夹台中，工件装夹台板架Ⅱ下底板通过螺栓固定在左右滑轨的右侧，实现工件装夹台板架Ⅱ在零件轴线方向上的位置调节。顶尖通过顶尖安装板与工件装夹台板架Ⅱ固定在一起，用顶尖顶在被测零件的另一端防止被测零件因自重而下垂。
所述的传感器姿态调整台安装在传感器姿态调整台底座上。前后滑台安装板与电机丝杆组滑台固连，前后滑台与前后滑台安装板固连，实现传感器的前后位移，短光栅尺固定板、上下滑台安装板与前后滑台固连，短光栅尺安装板与前后滑台安装板固连，短光栅尺与短光栅尺安装板固连，短光栅尺移动部件与短光栅尺固定板固连，实现传感器在前后方向上的位移，并通过短光栅尺测量传感器前后位移的量长光栅尺与传感器姿态调整台底座固连，电机丝杆组与传感器姿态调整台底座固连，长光栅尺移动部件与前后滑台安装板固连，实现电机丝杠组带动传感器沿被测件轴向方向的位移，并利用长光栅尺测量传感器在轴向方向上的位移量。
上下滑台与上下滑台安装板固连，z转台、编码器固定板Ⅱ、位移传感器安装板与上下滑台固连。位移传感器与位移传感器安装板固连，实现传感器在z方向上的移动，并通过位移传感器测量传感器在z方向上的位移量。编码器轴与L形安装板架固连。L形安装板架与z转台固连。编码器Ⅱ内圈与编码器轴固连。编码器Ⅱ外圈与编码器固定板Ⅱ固连，实现z转台驱动传感器旋转，并通过编码器Ⅱ测量传感器的旋转角度。x转台定位轴与L形安装板架固连。x转台与L形安装板架固连。激光位移传感器与传感器安装板固连。编码器固定板Ⅲ与L形安装板架固连。编码器Ⅲ内圈与法兰轴Ⅱ固连。编码器Ⅲ外圈与编码器固定板Ⅲ固连，实现x转台驱动传感器旋转，并通过编码器Ⅲ测量传感器的旋转角度。
整个检测仪的检测流程为：开始时，将被测工件一端通过三爪卡盘夹持，另一端通过顶尖支撑；调整好激光位移传感器与被测工件之间的大致位置，利用传感器姿态调整台上的电机丝杠组使激光位移传感器测点位于被测工件测量起点位置，并利用上下滑台、前后滑台、x转台与z转台对激光位移传感器进行微调，使激光位移传感器具有最佳的测量角度与测量位置。然后通过程序控制实现激光位移传感器对被测工件的自动测量，测量得到的数据由采集卡送至计算机，并借助软件对所采集的数据进行分析和处理，得到被测零件的圆周尺寸和形位误差等结果。
本发明的优势在于：通过调节前后滑轨组上的滑块改变被测工件与传感器之间的距离，可以适应不同截面尺寸零件的测量；通过调节左右滑轨上的滑块，可以适应不同长度尺寸零件的测量。可以通过电控的方式对传感器姿态调整台实现三个移动自由度以及两个转动自由度的调整，改变测量位置和倾角，并且凭借光栅尺以及编码器反馈的信号，形成闭环控制***，能更准确的完成对被测工件的测量；而且根据不同需求，可以对指定截面或者整体轮廓进行测量。因此，本发明的检测仪可根据不同被测零件几何和材质特征，搭载不同类型的非接触位移传感器，例如基于三角测量法和回波分析法的各类点/线激光位移传感器、光谱共焦式位移传感器、电涡流式位移传感器、霍尔效应式位移传感器等等，可实现对多种形状、材质、类型零件的测量，满足不同零件的测量需求，具有广泛的适用性，而且被测件更换方便，检测效率高。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图
图2为本发明电机端工件装夹台结构示意图
图3为本发明顶尖端工件装夹台结构示意图
图4为本发明传感器姿态调整台结构示意图
图5为本发明传感器姿态调整台下半部分结构示意图
图6为本发明传感器姿态调整台上半部分结构示意图
具体实施方式
以下结合附图对本发明进行进一步说明：
如附图1所示，本发明提供一种柱状零件外圆周尺寸及形位误差非接触智能检测仪，各部分依次为：底板(1)、电机端工件装夹台(2)、被测工件(3)、传感器姿态调整台(4)、顶尖端工件装夹台(5)、前后滑轨组(6)、螺栓(7)、左右滑轨(8)、螺栓(9)、传感器姿态调整台底座(10)；其他诸如计算机、采集卡、直流稳压电源、继电器、导线等部件并未在图中表示。传感器姿态调整台(4)底面通过螺栓连接固定在传感器姿态调整台底座(10)上表面，传感器姿态调整台底座(10)通过螺栓连接(9)固定在底板(1)上；电机端工件装夹台(2)通过螺栓连接固定在左右滑轨(8)的左侧滑块上，顶尖端工件装夹台(5)通过螺栓连接固定在左右滑轨(8)的右侧滑块上；左右滑轨(8)通过螺栓连接固定在前后滑轨组(6)的滑块上；前后滑轨组(6)通过螺栓连接(7)固定在底板(1)上；被测工件(3)通过电机端工件装夹台(2)的三爪卡盘与顶尖端工件装夹台(5)的顶尖组合进行装夹。电机端工件装夹台(2)上三爪卡盘回转中心线与顶尖端工件装夹台(5)上顶尖回转中心线重合；传感器姿态调整台(4)传感器测点高度与被测工件(3)轴线高度一致，并且垂直于被测工件(3)；传感器姿态调整台(4)导轨方向与被测工件(3)方向平行。
如附图2所示，工件装夹台板架Ⅰ(2-2)通过螺栓(2-1)固定在左右滑轨(8)左侧。利用步进电机(2-13)的内孔通过电机定位轴(2-9)定位，并用螺栓(2-10)和螺母(2-8)将步进电机(2-13)固定在工件装夹台板架Ⅰ(2-2)的侧面上。法兰轴Ⅰ(2-14)法兰端通过螺栓(2-16)与步进电机(2-13)输出端连接，轴端与弹性联轴器(2-15)左端连接，弹性联轴器(2-15)右端与传动轴(2-22)左端连接，传动轴(2-22)右端与卡盘连接杆(2-19)左端连接，卡盘连接杆(2-19)右端与三爪卡盘(2-20)连接。弹性联轴器(2-15)右端与卡盘连接杆(2-19)左端之间从左往右依次为编码器Ⅰ(2-17)和两个带座轴承(2-18)，编码器Ⅰ(2-17)通过编码器固定板Ⅰ(2-7)与工件装夹台板架Ⅰ(2-2)固定，其中编码器固定板Ⅰ(2-7)上端通过两个螺栓(2-12)与编码器Ⅰ(2-17)上的螺纹孔连接，编码器固定板Ⅰ(2-7)下端通过两个螺栓(2-11)与工件装夹台板架Ⅰ(2-2)上的螺纹孔连接；带座轴承(2-18)通过螺栓(2-6)连接与轴承安装板(2-5)固定，轴承安装板(2-5)通过螺栓(2-4)、螺母(2-3)与工件装夹台板架Ⅰ(2-2)固定。控制器组(2-22)利用螺栓固定在工件装夹台板架Ⅰ(2-2)的肋板上。
附图3所示，工件装夹台板架Ⅱ(5-2)下底板通过螺栓(5-1)固定在左右滑轨(8)的右侧。顶尖(5-6)通过螺栓(5-4)与顶尖安装板(5-3)固定在一起，顶尖安装板(5-3)通过螺栓(5-5)与工件装夹台板架Ⅱ(5-2)上底板固定在一起。
如附图4、附图5所示，传感器姿态调整台(4)安装在传感器姿态调整台底座(10)上。螺栓(4-16)通过长光栅尺(4-1)两端的通孔，旋进传感器姿态调整台底座(10)的螺纹孔中，实现长光栅尺(4-1)与传感器姿态调整台底座(10)的固连。螺栓(4-17)穿过传感器姿态调整台底座(10)的通孔，旋进电机丝杆组(4-2)底部T型槽中的螺母中，实现电机丝杆组(4-2)与传感器姿态调整台底座(10)的固连。螺栓(4-10)穿过前后滑台安装板(4-9)的沉头通孔，旋进电机丝杆组(4-2)滑台上的螺纹孔中，实现前后滑台安装板(4-9)与电机丝杆组(4-2)滑台的固连。螺栓(4-18)穿过前后滑台安装板(4-9)前侧的通孔，旋进长光栅尺(4-1)移动部件的螺纹孔中，实现长光栅尺(4-1)移动部件与前后滑台安装板(4-9)的固连。螺栓(4-3)穿过前后滑台(4-4)地板的沉头通孔，旋进前后滑台安装板(4-9)的螺纹孔中，实现前后滑台(4-4)与前后滑台安装板(4-9)的固连。螺栓(4-8)穿过短光栅尺固定板(4-6)的长条孔和上下滑台安装板(4-7)的通孔，旋进前后滑台(4-4)的螺纹孔中，实现短光栅尺固定板(4-6)、上下滑台安装板(4-7)与前后滑台(4-4)的固连。螺栓(4-15)穿过短光栅尺安装板(4-12)的通孔，旋进前后滑台安装板(4-9)侧面的螺纹孔中，实现短光栅尺安装板(4-12)与前后滑台安装板(4-9)的固连。螺栓(4-13)穿过短光栅尺(4-14)两端的通孔和短光栅尺安装板(4-12)的通孔，旋进螺母(4-11)中，实现短光栅尺(4-14)与短光栅尺安装板(4-12)的固连。螺栓(4-5)穿过短光栅尺固定板(4-6)侧面的通孔，旋进短光栅尺(4-14)移动部件的螺纹孔中，实现短光栅尺(4-14)移动部件与短光栅尺固定板(4-6)的固连。
如附图4、附图6所示，螺栓(4-47)穿过上下滑台(4-19)底部的沉头通孔，旋进上下滑台安装板(4-7)中，实现上下滑台(4-19)与上下滑台安装板(4-7)的固连。螺栓(4-24)穿过z转台(4-22)、编码器固定板Ⅱ(4-21)、位移传感器安装板(4-20)的通孔，旋进上下滑台(4-19)顶部的螺纹孔中，实现z转台(4-22)、编码器固定板Ⅱ(4-21)、位移传感器安装板(4-20)与上下滑台(4-19)的固连。螺栓(4-44)穿过位移传感器(4-45)的沉头通孔、位移传感器安装板(4-20)侧面的长条孔，旋进螺母(4-46)中，实现位移传感器(4-45)与位移传感器安装板(4-20)的固连。螺栓(4-23)穿过厚挡圈(4-25)、L形安装板架(4-28)底部中间的通孔，旋进编码器轴(4-27)底部的螺纹孔中，实现编码器轴(4-27)与L形安装板架(4-28)的固连。螺栓(4-26)穿过L形安装板架(4-28)底部的通孔，旋进z转台(4-22)顶部的螺纹孔中，实现L形安装板架(4-28)与z转台(4-22)的固连。编码器Ⅱ(4-43)落在编码器轴(4-27)的第一段轴段上，通过编码器Ⅱ(4-43)自带的锁紧螺钉锁紧，实现编码器Ⅱ(4-43)内圈与编码器轴(4-27)的固连。螺栓(4-42)穿过编码器固定板Ⅱ(4-21)顶部的通孔，旋进编码器Ⅱ(4-43)外圈的螺纹孔中，实现编码器Ⅱ(4-43)外圈与编码器固定板Ⅱ(4-21)的固连。x转台定位轴(4-36)通过L形安装板架(4-28)上的一个圆形凹槽定位，通过焊接实现x转台定位轴(4-36)与L形安装板架(4-28)的固连。螺栓(4-34)穿过x转台(4-36)通孔、L形安装板架(4-28)通孔，旋进螺母(4-29)，实现x转台(4-36)与L形安装板架(4-28)的固连。螺栓(4-39)穿过激光位移传感器(4-38)的沉头通孔，旋进传感器安装板(4-37)的螺纹孔中，实现激光位移传感器(4-38)与传感器安装板(4-37)的固连。螺栓(4-40)穿过法兰轴Ⅱ(4-41)的通孔、传感器安装板(4-37)的通孔，旋进x转台(4-36)的螺纹孔，实现法兰轴Ⅱ(4-41)、传感器安装板(4-37)与x转台(4-36)的固连。螺栓(4-33)穿过编码器固定板Ⅲ(4-32)后侧的通孔，旋进L形安装板架(4-28)的螺纹孔中，实现编码器固定板Ⅲ(4-32)与L形安装板架(4-28)的固连。编码器Ⅲ(4-30)落在法兰轴Ⅱ(4-41)的最后一个轴段上，通过编码器Ⅲ(4-30)自带的锁紧螺钉锁紧，实现编码器Ⅲ(4-30)内圈与法兰轴Ⅱ(4-41)的固连。螺栓(4-31)穿过编码器固定板Ⅲ(4-32)前侧的通孔，旋进编码器Ⅲ(4-30)外圈的螺纹孔中，实现编码器Ⅲ(4-30)外圈与编码器固定板Ⅲ(4-32)的固连。
整个检测仪的检测流程为：开始时，将被测工件(3)一端通过三爪卡盘(2-20)夹持，另一端通过顶尖(5-6)支撑；调整好激光位移传感器(4-38)与被测工件(3)之间的大致位置，利用传感器姿态调整台(4)上的电机丝杠组(4-2)使激光位移传感器(4-38)测点位于被测工件(3)测量起点位置，并利用上下滑台(4-19)、前后滑台(4-4)、x转台(4-36)与z转台(4-22)对激光位移传感器(4-38)进行微调，使激光位移传感器(4-38)具有最佳的测量角度与测量位置。然后通过程序控制实现激光位移传感器(4-38)对被测工件(3)的自动测量，测量得到的数据由采集卡送至计算机，并借助软件对所采集的数据进行分析和处理，得到被测柱状零件外圆周尺寸和形位误差等结果。
Claims (7)
1.一种柱状零件外圆周尺寸及形位公差非接触智能检测仪，其特征在于：由底板(1)、电机端工件装夹台(2)、被测工件(3)、传感器姿态调整台(4)、顶尖端工件装夹台(5)、前后滑轨组(6)、螺栓(7)、左右滑轨(8)、螺栓(9)、传感器姿态调整台底座(10)等组成。
2.根据权利要求1所述的一种柱状零件外圆周尺寸及形位公差非接触智能检测仪，其特征在于：电机端工件装夹台(2)通过螺栓连接固定在左右滑轨(8)的左侧滑块上，顶尖端工件装夹台(5)通过螺栓连接固定在左右滑轨(8)的右侧滑块上，可以调整电机端工件装夹台(2)和顶尖端工件装夹台(5)之间的距离以应对不同长度被测工件(3)；左右滑轨(8)通过螺栓连接固定在前后滑轨组(6)的滑块上，前后滑轨组(6)通过螺栓连接(7)固定在底板上(1)，用以调节传感器位置，测量不同外径的被测工件(3)。
3.根据权利要求1所述的一种柱状零件外圆周尺寸及形位公差非接触智能检测仪，其特征在于：弹性联轴器(2-15)右端与卡盘连接杆(2-19)左端之间从左往右依次为编码器Ⅰ(2-17)和两个带座轴承(2-18)，编码器Ⅰ(2-17)通过编码器固定板Ⅰ(2-7)与工件装夹台板架Ⅰ(2-2)固定，其中编码器固定板Ⅰ(2-7)上端通过两个螺栓(2-12)与编码器Ⅰ(2-17)上的螺纹孔连接，编码器固定板Ⅰ(2-7)下端通过两个螺栓(2-11)与工件装夹台板架Ⅰ(2-2)上的螺纹孔连接；带座轴承(2-18)通过螺栓(2-6)连接与轴承安装板(2-5)固定，轴承安装板(2-5)通过螺栓(2-4)、螺母(2-3)与工件装夹台板架Ⅰ(2-2)固定，通过编码器Ⅰ(2-17)测得转角和转速，并通过带座轴承(2-18)保证了结构强度。
4.根据权利要求1所述的一种柱状零件外圆周尺寸及形位公差非接触智能检测仪，其特征在于：传感器姿态调整台(4)由长光栅尺(4-1)、电机丝杆组(4-2)、短光栅尺(4-14)、上下滑台(4-19)、z转台(4-22)、编码器Ⅱ(4-43)、x转台(4-36)、编码器Ⅲ(4-30)等部件组成。
5.根据权利要求4所述的一种柱状零件外圆周尺寸及形位公差非接触智能检测仪，其特征在于：传感器姿态调整台(4)的左右移动由电机丝杠组(4-2)控制，前后移动由前后滑台(4-4)控制，上下移动由上下滑台(4-19)控制，z转动由z转台(4-22)控制，x转动由x转台(4-36)控制，由以上模块实现对激光位移传感器三个移动及两个转动自由度的控制。
6.根据权利要求4所述的一种柱状零件外圆周尺寸及形位公差非接触智能检测仪，其特征在于：利用螺栓(4-16)将长光栅尺(4-1)固连在传感器姿态调整台底座(10)上，利用螺栓(4-18)将长光栅尺(4-1)移动部件固连在前后滑台安装板(4-9)上，利用螺栓(4-13)、螺母(4-11)将短光栅尺(4-14)固连在前后滑台安装板(4-9)的侧面，利用螺栓(4-5)将短光栅尺(4-14)移动部件固连在短光栅尺固定板(4-6)上，利用螺栓(4-44)将位移传感器(4-45)固连在位移传感器安装板(4-20)的侧面，从而利用这些传感器实现对激光位移传感器三个移动自由度的监测和反馈。
7.根据权利要求4所述的一种柱状零件外圆周尺寸及形位公差非接触智能检测仪，其特征在于：利用编码器Ⅱ(4-43)自带的锁紧螺钉将编码器Ⅱ(4-43)内圈与编码器轴(4-27)的固连，利用螺栓(4-42)将编码器Ⅱ(4-43)外圈固连在编码器固定板Ⅱ(4-21)上，利用编码器Ⅲ(4-30)自带的锁紧螺钉将编码器Ⅲ(4-30)内圈固连在法兰轴Ⅱ(4-41)上，利用螺栓(4-31)将编码器Ⅲ(4-30)外圈固连在编码器固定板Ⅲ(4-32)上，从而利用这些编码器实现对激光位移传感器两个转动自由度的监测和反馈。
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