CN102601681B - 一种回转腔体的立式在线装卸及精密测量平台及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种在线装卸、精密测量回转腔体的立式平台机构，是将精密测量仪器用于机械加工车间流水线环境的必需辅助装置，属于在线检验、精密测量、振动隔离、机构设计领域。它由易受冲击振动的装卸子平台和精密的测量子平台两部分组成。前者包括托板、两个锥孔和底座，托板可以绕底座水平转动；后者包括减震基座、基准面、活塞、两个顶杯和电机，精密测量仪器将安装在此基准面上。两个子平台的地基之间设置隔振沟。利用本平台，零件能够在流水线传送带与测量子平台之间便捷、高效率地转运；同时，平稳测量子平台与易遭冲击振动的装卸子平台之间完全隔离，这为精密测量仪器的正常运行提供了必要的环境。

Description

一种回转腔体的立式在线装卸及精密测量平台及测量方法

技术领域

本发明涉及一种针对现代机械加工中心流水线作业中的一种空腔回转件的精密测试的平台及方法，辅助实现零件的在线精确测量。

背景技术

现代化数控加工中心早已普遍采用了流水线作业，多道加工工序之间以传送带相连，从原料到半成品再到最终产品的整个加工过程时间短、效率高。然而，最终产品的质量检验工作却只能由人工完成，检验员利用各种量具进行重复、枯燥、繁琐的卡装、读数、记录，不仅效率低，而且检验结果的精度低、可靠性差。

这种原始的检验工序与先进的加工工序非常不协调，成为制约全流程生产效率的瓶颈。检验工序未能在线化、自动化，究其原因在于检验参数众多、各分解动作间的过渡过程灵活多变，稳态高精度测量与动态流水线节奏难以兼顾，平稳的精密测量环境与粗犷的传送带装卸环境难以兼容。为解决这些矛盾，需要设计一种在线精密测量平台，虽然它不是直接的测量仪器，但它能够高效率地装、卸零件，能够提供与流水线完全隔离的稳定平台，因此是实现在线自动化检验的重要保障。

目前涉及零件的在线测量技术的专利有多种，例如【200610037773.2】非接触高精度在线式测量大工件尺寸的方法，将两个高精度测量小尺寸的光传感器通过可调节两传感器间距的机械结构相连接；然后在机械结构间设置一标准刻度尺，并在其中一个光传感器的物镜取景窗前装一个半透镜，使该传感器可同时测量前方待测物与下方标准刻度尺；再用未装半透镜的传感器对准待测物体的一端；调节另一个光传感器，当光传感器对准待测物体的另一端时，通过半透镜测量标准刻度尺，得到两光传感器之间的间距；并同时测量待测物体的另一端。它适用于小尺寸传感器非接触高精度在线测量大工件尺寸。【201010607016.0】一种数控机床加工在线测量方法，将双目立体视觉测量系统与数控机床结合，由数控机床牵引，完成大型工件的整体测量。该方法首先标定摄像机内外参数、将测量系统与数控机床结合；然后进行平移标定和旋转标定，标定出数控机床X轴和Y轴的方向向量以及测量系统旋转后的旋转矩阵和平移向量；进而由数控机床牵引测量系统移动，进行单视场扫描，直至遍历被测工件全部表面；最后，根据所有视场点云数据和数控机床主轴读数进行整体拼接，即完成工件整体测量。【200810152341.5】 一种在线式圆柱体直径测量装置及其测量方法，属于计算机视觉检测领域，它包括放置待测圆柱体的V型槽传送带，驱动V型槽传送带做匀速直线运动的电机和电机驱动器，一台用于采集待测圆柱体图像的摄像机。所述摄像机带有显微摄像头，置于云台上，其所采集的图像被传送至计算机，可以对圆柱体进行快速高精度在线测量。综合现有的发明专利可以看到，它们均没有涉及将精密测试环境与工业现场流水线环境相隔离的问题，因此将精密测量技术用于在线现场环境中是存在局限性的。

在线测量零件的要求之一，是要具备快捷的零件装、卸平台，以保证与传送带的传送节奏相协调。然而，零件的快速装、卸过程势必引起强烈的撞击振动，而这与精密测量仪器所要求的轻搬慢放相矛盾。因此，要求之二是测量平台与传送带完全隔离，具备巧妙的隔振结构，避免精密测试过程受到任何微小扰动。此外，在线测量环境与专业理化室检验环境不同，温度、湿度、灰尘、振动等指标均无法受控。因此，要求之三是测量平台要适应车间生产环境，与尺寸测量相关的仪器部件应能克服温度起伏的影响。

本平台专为回转体的外观尺寸测量而设计，适合于具备上、下回转腔的零件。显然，这是一类常见的零件。对于其他回转件，本平台稍加改动也能适用。

发明内容

本发明的目的在于：针对在现代机械加工中心流水线作业中的一种空腔回转件，给出一种快捷装卸、精密测试的平台机构，辅助实现零件的在线精确测量。

本发明的技术方案如下：

一种回转腔体的立式在线装卸及精密测量平台，所述平台由装卸及测量两个子平台构成，其特征在于：

所述装卸子平台包括托板（3）、双锥孔（4）和底座（5）；所述托板整体呈圆盘形，并对称的开有双锥孔，托板（3）与底座（5）固定安装；

所述测量子平台位于装卸子平台的左侧，呈直立状态，包括减震基座（11）、基准面（12）、活塞（6）、伸缩顶杯（7）、固定顶杯（9）和电机（8）；所述伸缩顶杯（7）安装在活塞（6）上，活塞（6）安装在减震基座（11）的底端；固定顶杯（9）安装在电机（8）的转子上，电机（8）安装在减震基座（11）的顶端；位于基座内侧的基准面（12）承载精密测量仪器。

进一步的：所述减震基座（11）与基准面（12）一体成型，其共振频率远低于车间内振源的频率。

进一步的：所述减震基座（11）和基准面（12）采用高质量、高刚度、低热膨胀系数的材料如铸铁、钢或花岗岩制成。

进一步的：所述伸缩顶杯（7）、固定顶杯（9）的结构相同，安装方向相反；顶杯的前端由间隔120^o的3片刀刃（16）组成，总体呈锥形；当顶杯插入零件内腔后，顶杯与零件之间只有3点接触。

进一步的：所述测量子平台、装卸子平台相互分离，且它们所处的地面之间凿有隔振沟。

一种回转腔体的立式在线装卸及精密测量方法，其特征在于：采用权利要求1所述的平台进行测量，具体方法如下：

将从上游传送带来的回转腔零件被放置在托板右侧的锥孔内，转动托板将零件转移到左锥孔位置，零件被伸缩顶杯顶起后脱离托板并被双顶杯夹持定位，电机带动零件缓慢转动以配合基准面上的精密仪器测量各种外观尺寸，测量完毕后伸缩杯收缩、零件在重力作用下脱离夹持状态并重新回到左锥孔内，再次转动托板将零件转移到右锥孔位置并被卸到下游传送带。

本技术具有如下的技术效果：

第一，零件被上、下顶杯夹持后进入测量子平台，与装卸子平台完全脱离，加之采取的地基隔振措施，保证了基准面精密测量环境与传送带复杂扰动环境的完全分离。第二，测量过程与装卸过程同步进行，节约了时间，避免了零件在传送带上的滞留、积压，适应了现代化流水线作业的快节奏。第三，在产品检验的全过程中，只有三个动作是人工完成的，即将零件从上游传送带搬入锥孔、拨动托板、将零件从锥孔搬到下游传送带，劳动量小，自动化程度高。事实上，若用户有需求，这三个动作也能够轻易地自动完成。

附图说明

图1是回转腔型零件的在线装卸及精密测量平台的主视图。其中1为零件装入方向，2为装卸位置上的零件，3为托板，4为两个锥孔，5为底座，6为活塞，7为伸缩顶杯，8为电机，9为固定顶杯，10为测量位置上的零件，11为减震基座，12为基准面，13为地基，14为隔振沟，15为零件卸出方向。

图2是图1中托板3的主视图和俯视图，其中4为锥孔。

图3是图1中顶杯7、9的主视图和俯视图，其中16为3片刀刃。两个顶杯的结构尺寸完全相同。

图4是零件被顶杯夹持后两个子平台脱离接触的示意。

具体实施方式

本平台由装卸子平台和测量子平台两部分组成，整体结构见图1所示。

（1）装卸子平台

装卸子平台位于右侧，包括托板3、锥孔4和底座5。在这一子平台上实施对零件的装、卸和转移，零件在整个过程中都呈直立状态。该子平台的左侧靠近测量子平台，右侧靠近零件传送带，所以是精密测量环境与粗放流水线环境之间的过渡和桥梁。

托板3的结构见图2所示。它总体上呈圆盘形，具有足够的刚度和厚度。在圆盘的中心开有一个轴承孔，与图1中的底座5相连，因此托板3可以围绕底座5水平转动。在圆盘的对称位置上开有两个锥孔4，用以放置被测零件。锥孔4应具有足够的深度，确保零件能稳定、可靠站立，特别是在托板转动时仍不至于倾倒。两个锥孔轮流用于零件的装卸和就位，以节约总测试时间。

（2）测量子平台

测量子平台位于左侧，呈直立状态，包括减震基座11、基准面12、活塞6、伸缩顶杯7、固定顶杯9和电机8。在这一子平台上实施对零件的精密测量。其中，伸缩顶杯7安装在活塞6上，活塞6安装在减震基座11的底端。固定顶杯9安装在电机8的转子上，电机8安装在减震基座11的顶端。减震基座11由高质量、高刚度、低热膨胀系数的材料如铸铁、钢或花岗岩制成。位于基座内侧的0级平板作为基准面12，将承载精密测量仪器（未画出）。此基准面在交付使用前应该经历足够的应力释放期。此基准面的热膨胀系数是已知的，以便对测量结果进行温度补偿。一体化的减震基座11和基准面12具有足够的质量，其共振频率远低于车间内振源的频率。

伸缩顶杯7、固定顶杯9的结构相同，只是安装方向相反。见图3所示，顶杯的前端由间隔120^o的3片刀刃16组成，总体呈锥形。当顶杯插入零件内腔后，顶杯与零件之间只有3点接触，接触面积小，易于脱离。同时，间隔均匀的3个接触点保证了顶杯与内腔的同心；在上、下顶杯严格对中的前提下，这也保证了回转腔轴线与顶杯轴线的重合，满足了外观尺寸精密测量的要求。

活塞6要具有足够的行程，当零件10被顶起并被夹持后，保证零件10、伸缩顶杯7与锥孔4之间留出足够间隙，确保可靠分离。

装卸子平台和测量子平台所处的地基13以隔振沟14相隔离，避免右侧装、卸过程产生的冲击振动通过地基传递到左侧的精密测量子平台中。

（3）平台的运行

零件首先进入装卸子平台，然后被转移到测量子平台，完成测量后再返回装卸子平台。总的运行过程可以分成6个步骤： 1）零件从上游传送带沿方向1被人工搬运到位置2，站立在托板3的右侧锥孔4内； 2）托板3绕底座5转动180^o，将零件转移到位置10； 3）活塞6推动伸缩顶杯7上升，顶起零件脱离托板3并被上、下顶杯共同夹持； 4）电机8通过固定顶杯9驱动零件10缓慢转动，配合基准面12上的精密仪器实施综合外观测量； 5）测量完毕，顶杯7收缩，零件10重新站立到左锥孔4内； 6）将托板3转动180^o，零件从位置10转移到位置2，然后沿方向15被人工推到下游传送带去。

上述6个步骤循环运行，且某个零件的测量过程与先一个零件的卸载、后一个零件的装载过程同步进行，因此每个运行周期平均测量2个零件。

   零件的装卸和测量过程可以细分为以下6个步骤：

（1）装载零件

见图1，上游传送带上的零件沿箭头1所示的方向到达托板3上的锥孔4附近，再由人工移动到锥孔4内并扶正成直立状态2。此时零件底端的锥度恰好与锥孔4吻合，确保零件稳定站立。

在这个装载过程中，零件仅仅撞击锥孔4，造成托板3和底座5的振动，但此时由于伸缩顶杯7未接触托板3，这种振动就不会传递到测量子平台去，不会危害基准面12上安放的精密测量仪器（未画出）。

（2）零件就位

见图1，人工（或电机）将托板3水平转动180^o，零件将从右端位置2转移到左端位置10。此时，零件的下腔、上腔分别与伸缩顶杯7、固定顶杯9大致对齐。

（3）零件从装卸子平台转移到测量子平台  

见图1，液压（或气压）升降活塞6将伸缩顶杯7升起，伸缩顶杯7从底腔顶起零件，直到零件顶腔与固定顶杯9接触。当零件与固定顶杯9紧密接触后，液压（或气压）将随着接触力的增加而增大。活塞6采用压力限位方式，即当活塞液压（或气压）增大到一定额度、接触力同时也将增加到一定值时，停止活塞继续上升。

此时，见图4，零件10被伸缩顶杯7托起，由于伸缩顶杯7的外径远小于锥孔4的内径，所以零件10与托板3完全分离，彻底摆脱了易振环境；同时，零件10被伸缩顶杯7和固定顶杯9牢固夹持，零件的上、下腔入口锥面受到顶杯刀刃16斜面（见图2）的导向，被准确定位对中，进入到由减震基座11和基准面12所决定的精密测量环境。

（4）在测量子平台实施测量的同时，在装卸子平台实施装卸

见图4，在测量子平台中的电机8缓慢转动，通过固定顶杯9带动零件10绕轴线缓慢旋转。此时，位于基准面12上的精密仪器就可以测量零件10的各种外观尺寸了，例如外径、径跳、长度、锥度、螺纹等。这里仅为精密测量过程提供了一个优良的平台，具体测量仪器和测量过程不属于本技术范围。

与此同时，在托板3的右锥孔4内，人工卸下已测量完毕的前一个零件，然后人工装入后一个待测零件。由于两个子平台已经处于隔离状态，这种装卸过程不会影响到测量过程。

测量过程和装卸过程是同时进行的，所以本平台运行效率高，适合与流水线配套工作。

（5）零件从测量子平台返回到装卸子平台 

    零件在测量子平台完成检验后，活塞6带动伸缩顶杯7收缩，零件10在重力作用下降落，见图4。此时，由于固定顶杯9与零件10的内腔仅为点接触，不会造成粘连。随着伸缩顶杯7的不断收缩，零件10将坐落到锥孔4内，并与伸缩顶杯7脱离。至此，零件退出精密测量环境，重新回到托板3上，见图1所示。

（6）零件卸载

见图1，人工（或电机）将托板3水平转动180^o，已检验完毕的零件将从位置10转移到位置2，同时下一个待测零件将从位置2转移到位置10。此时，就可以将完成检验的零件沿箭头15推到下游传送带去，然后从上游传送带搬入新的零件，重复步骤（1）。

循环执行上述6个步骤，就可以不断地装卸、测量零件，按照与传送带相匹配的速率实施检验了。

Claims (6)

1.一种回转腔体的立式在线装卸及精密测量平台，所述平台由装卸及测量两个子平台构成，其特征在于：

所述装卸子平台包括托板（3）、双锥孔（4）和底座（5）；所述托板整体呈圆盘形，并对称的开有双锥孔，托板（3）与底座（5）固定安装；

所述测量子平台位于装卸子平台的左侧，呈直立状态，包括减震基座（11）、基准面（12）、活塞（6）、伸缩顶杯（7）、固定顶杯（9）和电机（8）；所述伸缩顶杯（7）安装在活塞（6）上，活塞（6）安装在减震基座（11）的底端；固定顶杯（9）安装在电机（8）的转子上，电机（8）安装在减震基座（11）的顶端；位于基座内侧的基准面（12）承载精密测量仪器。

2.根据权利要求1所述的平台，其特征在于：

所述减震基座（11）与基准面（12）一体成型，其共振频率远低于车间内振源的频率。

3.根据权利要求2所述的平台，其特征在于：

所述减震基座（11）和基准面（12）采用铸铁、钢或花岗岩制成。

4.根据权利要求1所述的平台，其特征在于：所述伸缩顶杯（7）、固定顶杯（9）的结构相同，安装方向相反；顶杯的前端由间隔120°的3片刀刃（16）组成，总体呈锥形；当顶杯插入零件内腔后，顶杯与零件之间只有3点接触。

5.根据权利要求1所述的平台，其特征在于：所述测量子平台、装卸子平台相互分离，且它们所处的地面之间凿有隔振沟（14）。

6.一种回转腔体的立式在线装卸及精密测量方法，其特征在于：采用权利要求1所述的平台进行测量，具体方法如下：

将从上游传送带来的回转腔零件放置在托板右侧的锥孔内，转动托板将零件转移到左锥孔位置，零件被伸缩顶杯顶起后脱离托板并被双顶杯夹持定位，电机带动零件缓慢转动以配合基准面上的精密仪器测量各种外观尺寸，测量完毕后伸缩顶杯收缩、零件在重力作用下脱离夹持状态并重新回到左锥孔内，再次转动托板将零件转移到右锥孔位置并被卸到下游传送带。

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