CN101520321B - 精度检测设备 - Google Patents

Abstract

精度检测设备，它涉及一种检测设备。本发明为解决现有样板测量法、非接触式测量法和接触式测量法无法对表面曲率变化大及对深窄槽类零件无法测量的问题。标准球安装在L板上，前后移动机构上的第三底板固装在大平台的台面上，上下移动机构上的支撑板与前后移动机构上的第三滑块连接，左右移动机构上的第一底板与上下移动机构上的第二滑块连接，连接板固装在左右移动机构上的第一滑块上，第二绝缘板固装在连接板的前侧面上，测针安装座固装在第二绝缘板上且位于标准球的一侧，测针安装在测针安装座上，人机交互设备通过电缆与电控柜连接。本发明克服了以往样板测量法精度不高，非接触测量法和接触式测量法不能测量半封闭零件及深窄槽等的缺陷。

Description

精度检测设备

技术领域

本发明涉及一种检测设备。

背景技术

针对表面曲率变化较大，各截面厚度不同的弯扭自由曲面(例如：液体火箭发动机用整体涡轮盘，弯扭叶盘用成型电极等)的测量，通常采用样板测量法、非接触式测量法和接触式测量法等。

样板测量法是利用设计时的截面参数制造数个截面的一维样板，通过在相应截面位置观察其截面样板与被测截面之间的透光量判断其形状误差。该方法简单、直观，是现今工业生产中的最常用的接触式检验手段。由于其检验时需要借助人眼判断透光量，无法精确给出其型面数据。不同的截面形状需要不同的截面样板，样板的需求量很大，成本很高。

非接触式测量法根据采用传感器的不同分为光学测量、超声测量等，目前广泛应用的是光学测量法，光学测量法又可分为被动测量和主动测量两种方法，被动测量法是不向被测物体发射可控光束；主动测量法是向被测物体发射可控光束；无论被动测量法还是主动测量法，均具有非接触、测量速度快的优点，但测量精度比较低；另外，对于工件的半封闭曲面及内部轮廓无法测量。

接触式测量法主要是利用三坐标测量机的触发式测头(有各种不同直径和形状的探针)逐点捕捉工件表面数据。这是目前应用最广的自由曲面三维模型数字化方法之一。当探头上的探针沿工件表面运动时，工件表面的反作用力使探针发生形变。这种形变通过连接到探针上的三个坐标上的弹簧产生位移反应出来，其大小和方向由传感器测出。经模拟转换，将测出的信号反馈给计算机，经相关的处理得到所测量点的三维坐标。采用该方法可以达到很高的测量精度，对被测物体的材质和色泽一般无特殊要求，对于没有复杂内部型腔、特征几何尺寸多，只有少量特征的零件，该测量方法非常有效。其缺点主要表现在：由于该方法是接触式测量，易于损伤探头和划伤被测样件表面，不能对软质材料和超薄形物体进行测量，对细微部分测量精度也受影响，应用范围受到限制，始终需要人工干预，不可能实现全自动测量；由于测头的半径而存在三维补偿问题；价格较高，对使用环境有一定要求；测量速度慢，效率低。而且针对深窄槽类零件，采用触发式测量方法并不理想，甚至由于测球过大或探针太大，根本无法测量。

发明内容

本发明的目的是为解决现有样板测量法、非接触式测量法和接触式测量法无法对表面曲率变化大、弯扭自由曲面的工件进行精确测量及对半封闭零件和深窄槽类零件无法测量的问题，提供一种精度检测设备。

本发明包括电控柜、大平台、安装座、小平台、L板、立柱、转动机构、标准球、测针、测针安装座、第二绝缘板、连接板、左右移动机构、上下移动机构、前后移动机构、电缆和人机交互设备，大平台安装在电控柜的台面上，安装座安装在大平台上，小平台安装在安装座上，L板安装在小平台上，立柱固装在大平台上且位于安装座的后面，转动机构安装在立柱上，标准球安装在L  板上，前后移动机构上的第三底板固装在大平台的台面上，上下移动机构上的支撑板与前后移动机构上的第三滑块连接，左右移动机构上的第一底板与上下移动机构上的第二滑块连接，连接板固装在左右移动机构上的第一滑块上，第二绝缘板固装在连接板的前侧面上，测针安装座固装在第二绝缘板上且位于标准球的一侧，测针安装在测针安装座上，人机交互设备通过电缆与电控柜连接；人机交互设备通过电缆与电控柜连接，使用本装置进行检测时工件(成型电极)与测针不接触，工件(成型电极)、上电钢板及测针安装座均通过导线与电控柜内的接触感知电路连接，由接触感知电路给测针与工件(成型电极)之间提供感知电压。

本发明具有如下有益效果：

一、本发明的精度检测设备，不仅能够对表面曲率变化大、弯扭自由曲面的工件进行精确的测量，同时还能对半封闭零件和深窄槽类零件进行精确的测量，克服了样板测量法、非接触测量法和接触式测量法测量的不足。二、采用本发明的装置通过对工件的精度进行检测，及时判断合格与否，通过检测工件的合格率，对工件进行分类，对部分可以进行修整的不合格工件进行重新加工，避免了浪费。三、采用本发明的装置对液体火箭发动机用带冠涡轮叶盘进行检测，摒弃了试切涡轮叶盘，通过样板比对方法检验合格率的缺陷，可以在加工前知道涡轮叶盘的合格情况，提高了涡轮叶盘的加工效率。

附图说明

图1是本发明的精度检测设备的主视图，图2是图1的左视图，图3是图1的俯视图，图4是左右移动机构18的结构示意图，图5是前后移动机构21的结构示意图，图6是上下移动机构19的结构示意图，图7是测针14校准过程的主视图，图8是图7的俯视图，图9是工件(成型电极)13的主视图，图10是图9的后视图，图11是在工件(成型电极)13上的测量曲面划分截面线的分布图，图12是在工件(成型电极)13上的测量曲面划分的截面线上采集测量数据过程的示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1～图3说明本实施方式，本实施方式包括电控柜1、大平台2、安装座3、小平台4、L板5、立柱7、转动机构、标准球6、测针14、测针安装座15、第二绝缘板16、连接板17、左右移动机构18、上下移动机构19、前后移动机构21、电缆22和人机交互设备23，大平台2通过连接件安装在电控柜1的台面上，安装座3通过连接件安装在大平台2上，小平台4通过连接件安装在安装座3上，L板5通过连接件安装在小平台4上，立柱7通过连接件固装在大平台2上且位于安装座3的后面，转动机构通过连接件安装在立柱7上，标准球6安装在L板5上，前后移动机构21上的第三底板21-1通过连接件固装在大平台2的台面上，上下移动机构19上的支撑板19-9与前后移动机构21上的第三滑块21-5连接，左右移动机构18上的第一底板18-1与上下移动机构19上的第二滑块19-5连接，连接板17通过连接件固装在左右移动机构18上的第一滑块18-5上，第二绝缘板16通过连接件固装在连接板17的前侧面上，测针安装座15通过连接件固装在第二绝缘板16上且位于标准球6的一侧，测针14通过连接件安装在测针安装座15上，人机交互设备23通过电缆22与电控柜1连接。工件(成型电极)13安装在工件夹具12的下端，工件(成型电极)13可以绕转动机构的轴心线作回转运动，测针14通过左右移动机构18、上下移动机构19和前后移动机构21可以在空间完成任意轨迹运动。左右移动机构18、上下移动机构19、前后移动机构21及转动机构上的电机9均通过电缆与电控柜1上的控制器连接，电控柜1通过数据线与人机交互设备23连接，人机交互设备23发出的各种指令控制左右移动机构18、上下移动机构19、前后移动机构21及转动机构上的电机9完成相应动作并实时反馈数据，人机交互设备23依据反馈数据做出相应判断并进一步指导左右移动机构18、上下移动机构19、前后移动机构21及转动机构上的电机9精确运动，通过得到的数据完成数据采集的工作。工件(成型电极)13、上电钢板11及测针安装座15均通过导线与电控柜内的接触感知电路连接，由接触感知电路给测针14与工件(成型电极)13之间提供感知电压。当感知电压低于12V以后，人机交互设备23上的显示器上的数控界面里，提示“感知动作完成”，电控柜1里的有蜂鸣器发出响声。左右移动机构18、上下移动机构19和前后移动机构21在运动过程中的坐标值经由其上的光栅尺反馈至人机交互设备23上。采用本发明的装置对工件(成型电极)13进行测量时，工件(成型电极)13与测针14之间并不接触，所以不存在测量力，测头可以制作的细而长，或者弯曲形状。本发明采用采集测量点的方法，从工件(成型电极)13的轮廓曲面依据一定的采点原则进行特征点采样，根据测量得来的数据构造出模型，该模型再与设计模型相比较，根据不一致的地方，来判断合格性，及时排除次品，保证工件的合格率，同时避免了破坏性检验。

具体实施方式二：结合图5说明本实施方式，本实施方式的前后移动机构21由第三底板21-1、两个第三支撑块21-2、第三丝杠21-3、第三丝杠螺母21-4、第三滑块21-5、第三联轴器21-6、第三安装座21-7、第三电机21-8和第三光栅尺21-10组成，两个第三支撑块21-2分别固装在第三底板21-1的上端面上，第三丝杠21-3的两端分别铰接在两个第三支撑块21-2中且输入端与第三联轴器21-6的输出端连接，第三联轴器21-6的输入端与第三电机21-8的输出端连接，第三电机21-8通过第三安装座21-7固装在第三底板21-1上，第三滑块21-5固装在第三丝杠螺母21-4的顶端，第三光栅尺21-10设置在第三底板21-1的一侧端面上。第三丝杠螺母21-4沿第三丝杠21-3做直线运动。

具体实施方式三：结合图6说明本实施方式，本实施方式的上下移动机构19由立板19-1、两个第二支撑块19-2、第二丝杠19-3、第二丝杠螺母19-4、第二滑块19-5、第二联轴器19-6、第二安装座19-7、第二电机19-8、支撑板19-9和第二光栅尺19-10组成，两个第二支撑块19-2上下固装在立板19-1的侧面上，第二丝杠19-3的两端分别铰接在两个第二支撑块19-2中且输入端与第二联轴器19-6的输出端连接，第二联轴器19-6的输入端与第二电机19-8的输出端连接，第二电机19-8通过第二安装座19-7固装在立板19-1上，第二滑块19-5固装在第二丝杠螺母19-4的外侧端，支撑板19-9的侧面固装在立板19-1的侧面上且与立板19-1相反的一侧，第二光栅尺19-10设置在立板19-1的一侧端面上。支撑板19-9的底面固装在第三滑块21-5上。第二丝杠螺母19-4沿第二丝杠19-3做直线运动。

具体实施方式四：结合图4说明本实施方式，本实施方式的左右移动机构18由第一底板18-1、两个第一支撑块18-2、第一丝杠18-3、第一丝杠螺母18-4、第一滑块18-5、第一联轴器18-6、第一安装座18-7、第一电机18-8和第一光栅尺18-10组成，两个第一支撑块18-2分别固装在第一底板18-1的上端面上，第一丝杠18-3的两端分别铰接在两个第一支撑块18-2中且输入端与第一联轴器18-6的输出端连接，第一联轴器18-6的输入端与第一电机18-8的输出端连接，第一电机18-8通过第一安装座18-7固装在第一底板18-1上，第一滑块18-5固装在第一丝杠螺母18-4的顶端，第一光栅尺18-10设置在第一底板18-1的一侧端面上。第一底板18-1固装在第二滑块19-5的外侧面上。连接板17通过连接件固装在第一滑块18-5上。第一丝杠螺母18-4沿第一丝杠18-3做直线运动。

具体实施方式五：结合图1～图3说明本实施方式，本实施方式的转动机构由减速器8、伺服电机9、第一绝缘板10、上电钢板11和工件夹具12组成，伺服电机9的输出端与减速器8的输入端连接且固装在减速器8上，第一绝缘板10通过连接件安装在减速器8的下端，上电钢板11通过连接件安装在绝缘板10的下端，工件夹具12通过连接件安装在上电钢板11的下端。减速器8通过连接件安装在立柱7上，工件(成型电极)13安装在工件夹具12下面，工件(成型电极)13在转动机构的驱动下，可以实现任意角度旋转。

具体实施方式六：结合图7和图8说明本实施方式，本实施方式的测针14由测头14-1和测杆14-2组成，二者制成一体，测头14-1为球形且直径小于1mm，测杆14-2为细长的直杆或细长的弯曲杆，测杆14-2的长度为30～50mm，测杆14-2的直径为0.3～0.5mm。这样设计使得测针14便于测量深窄槽和半封闭的测量区域。

本发明的工作原理：(1)、首先校准测针14，如图7和图8所示，驱动左右移动机构18、上下移动机构19和前后移动机构21带动测针14接近标准球6上的第一位置M、第二位置N、第三位置O和第四位置P，当测针14距离标准球5～50微米时，测针14与标准球6之间的电压低于额定电压(即12V)时，测针14指示接触感知动作完成，同时，人机交互设备23记录下测针14所在位置的坐标值，人机交互设备23根据测针14的坐标值对测针14的位置进行补偿：当测得坐标值与人机交互设备23中存储的设计工件的位置有偏差时，通过人机交互设备23驱动左右移动机构18、上下移动机构19和前后移动机构21将上述的偏差值进行补偿；(2)、将工件(成型电极)13上的待测量曲面I分割成若干截面线，如图11所示；(3)、每条截面线是这样测量的：测针14先快速进给至第一避障点B，然后低速进给至第一测量点C，测量后慢速沿进给轨迹回退0.5mm，再快速进给至第二避障点D，然后低速进给至第二测量点E，测量后慢速沿进给轨迹回退0.5mm，再快速进给至第三避障点F，然后低速进给至第三测量点G，测量后慢速沿进给轨迹回退0.5mm；第一避障点B、第二避障点D和第三避障点F均距待测截面线1～5mm，如图12所示；(4)、测针14对任一条截面线a按照步骤(3)所述测量方法测得截面线a上第一测量点C、第二测量点E、第三测量点G的坐标值；(5)、重复步骤(3)得到测量面上所有截面线上第一测量点C、第二测量点E、第三测量点G的坐标值；(6)、人机交互设备23根据步骤(5)中测得的各测量点的坐标值模拟出新的测量曲面I；(7)、驱动伺服电机9，通过减速器8、第一绝缘板10、上电钢板11及工件夹具12带动工件(成型电极)13旋转90°，对待测量曲面II进行测量，如图9所示，重复步骤(2)、(3)、(4)、(5)，人机交互设备23模拟出新的测量曲面II；(8)、驱动伺服电机9，通过减速器8、第一绝缘板10、上电钢板11及工件夹具12带动工件(成型电极)13旋转90°，对待测量曲面III进行测量，如图10所示，重复步骤(2)、(3)、(4)、(5)，人机交互设备23模拟出新的测量曲面III；(9)、驱动伺服电机9，通过减速器8、第一绝缘板10、上电钢板11及工件夹具12带动工件(成型电极)13旋转90°，对待测量曲面IV进行测量，重复步骤(2)、(3)、(4)、(5)，人机交互设备23模拟出新的测量曲面IV；(10)、人机交互设备23根据模拟后的新测量曲面I、测量曲面II、测量曲面III、测量曲面IV生成实体工件模型，将实体工件模型与人机交互设备23中存储的设计模型进行比较分类，如实体工件模型在设计模型允许的误差范围内，为合格产品，如超出误差范围很多则实体工件为不合格产品，对部分可以进行修整的不合格实体工件进行重新加工。采用本发明的装置进行检测时工件(成型电极)13件与测针14不接触。

Claims (6)

1.一种精度检测设备，它包括电控柜(1)、大平台(2)、安装座(3)、小平台(4)、L板(5)、立柱(7)和转动机构，大平台(2)安装在电控柜(1)的台面上，安装座(3)安装在大平台(2)上，小平台(4)安装在安装座(3)上，L板(5)安装在小平台(4)上，立柱(7)固装在大平台(2)上且位于安装座(3)的后面，转动机构安装在立柱(7)上，其特征在于：它还包括标准球(6)、测针(14)、测针安装座(15)、第二绝缘板(16)、连接板(17)、左右移动机构(18)、上下移动机构(19)、前后移动机构(21)、电缆(22)和人机交互设备(23)，标准球(6)安装在L板(5)上，前后移动机构(21)上的第三底板(21-1)固装在大平台(2)的台面上，上下移动机构(19)上的支撑板(19-9)与前后移动机构(21)上的第三滑块(21-5)连接，左右移动机构(18)上的第一底板(18-1)与上下移动机构(19)上的第二滑块(19-5)连接，连接板(17)固装在左右移动机构(18)上的第一滑块(18-5)上，第二绝缘板(16)固装在连接板(17)的前侧面上，测针安装座(15)固装在第二绝缘板(16)上且位于标准球(6)的一侧，测针(14)安装在测针安装座(15)上，人机交互设备(23)通过电缆(22)与电控柜(1)连接，人机交互设备(23)通过电缆(22)与电控柜(1)连接，使用本装置进行检测时工件成型电极(13)与测针(14)不接触，工件成型电极(13)、上电钢板(11)及测针安装座(15)均通过导线与电控柜内的接触感知电路连接，由接触感知电路给测针(14)与工件成型电极(13)之间提供感知电压。

2.根据权利要求1所述精度检测设备，其特征在于：前后移动机构(21)由第三底板(21-1)、两个第三支撑块(21-2)、第三丝杠(21-3)、第三丝杠螺母(21-4)、第三滑块(21-5)、第三联轴器(21-6)、第三安装座(21-7)、第三电机(21-8)和第三光栅尺(21-10)组成，两个第三支撑块(21-2)分别固装在第三底板(21-1)的上端面上，第三丝杠(21-3)的两端分别铰接在两个第三支撑块(21-2)中且输入端与第三联轴器(21-6)的输出端连接，第三联轴器(21-6)的输入端与第三电机(21-8)的输出端连接，第三电机(21-8)通过第三安装座(21-7)固装在第三底板(21-1)上，第三滑块(21-5)固装在第三丝杠螺母(21-4)的顶端，第三光栅尺(21-10)设置在第三底板(21-1)的一侧端面上。

3.根据权利要求1或2所述精度检测设备，其特征在于：上下移动机构(19)由立板(19-1)、两个第二支撑块(19-2)、第二丝杠(19-3)、第二丝杠螺母(19-4)、第二滑块(19-5)、第二联轴器(19-6)、第二安装座(19-7)、第二电机(19-8)、支撑板(19-9)和第二光栅尺(19-10)组成，两个第二支撑块(19-2)上下固装在立板(19-1)的侧面上，第二丝杠(19-3)的两端分别铰接在两个第二支撑块(19-2)中且输入端与第二联轴器(19-6)的输出端连接，第二联轴器(19-6)的输入端与第二电机(19-8)的输出端连接，第二电机(19-8)通过第二安装座(19-7)固装在立板(19-1)上，第二滑块(19-5)固装在第二丝杠螺母(19-4)的外侧端，支撑板(19-9)的侧面固装在立板(19-1)的侧面上且与立板(19-1)相反的一侧，第二光栅尺(19-10)设置在立板(19-1)的一侧端面上。

4.根据权利要求3所述精度检测设备，其特征在于：左右移动机构(18)由第一底板(18-1)、两个第一支撑块(18-2)、第一丝杠(18-3)、第一丝杠螺母(18-4)、第一滑块(18-5)、第一联轴器(18-6)、第一安装座(18-7)、第一电机(18-8)和第一光栅尺(18-10)组成，两个第一支撑块(18-2)分别固装在第一底板(18-1)的上端面上，第一丝杠(18-3)的两端分别铰接在两个第一支撑块(18-2)中且输入端与第一联轴器(18-6)的输出端连接，第一联轴器(18-6)的输入端与第一电机(18-8)的输出端连接，第一电机(18-8)通过第一安装座(18-7)固装在第一底板(18-1)上，第一滑块(18-5)固装在第一丝杠螺母(18-4)的顶端，第一光栅尺(18-10)设置在第一底板(18-1)的一侧端面上。

5.根据权利要求1或4所述精度检测设备，其特征在于：转动机构由减速器(8)、伺服电机(9)、第一绝缘板(10)、上电钢板(11)和工件夹具(12)组成，伺服电机(9)的输出端与减速器(8)的输入端连接且固装在减速器(8)上，第一绝缘板(10)安装在减速器(8)的下端，上电钢板(11)安装在绝缘板(10)的下端，工件夹具(12)安装在上电钢板(11)的下端。

6.根据权利要求5所述精度检测设备，其特征在于：所述测针(14)由测头(14-1)和测杆(14-2)组成，二者制成一体，所述测头(14-1)为球形且直径小于1mm，所述测杆(14-2)为细长的直杆或细长的弯曲杆，所述测杆(14-2)的长度为30～50mm，所述测杆(14-2)的直径为0.3～0.5mm。

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