CN104154888B - 一种小型零件精密检测平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小型零件精密检测平台，其包括基准台板、架体、倾斜放大机构和调平机构；所述基准台板由架体的多根支柱通过弹性体水平支撑；所述倾斜放大机构贴附在基准台板的底面、由调平机构支撑，倾斜放大机构主要由硬质托盘、柔性囊体和平衡钢球构成，用于给调平机构施加调平重力；所述调平机构以杠杆原理布置在架体的支柱与倾斜放大机构之间，用于对失衡倾斜的基准台板进行自动复位校准。本发明能够将失衡倾斜的基准台板在架体上自动复位到水平平衡状态，水平校准动作高效且快捷。

Description

一种小型零件精密检测平台

技术领域

本发明涉及机械加工中零件加工精度检测的检测基准平台，具体是一种小型零件精密检测平台。

背景技术

在机械加工中，所加工零件为了满足使用要求，需要对零件进行平面度、垂直度、微观表面纹理等加工精度的检测，这其中尤以小型的精密零件最为普遍。前述小型零件的各种加工精度检测主要是通过检测平台实现的，即将加工好的零件放置在检测平台上、通过检测平台对零件形成基准定位，再辅以相应检测装置实现对应的加工精度检测。这种检测方式，其检测精度在很大程度上是取决于检测平台基准台板的水平校准的，即检测平台的基准台板若无法实现水平校准，则后续的一切检测操作均为无用功，无法准确、真实、可靠的检测体现出零件的加工精度，也就是说，对检测平台基准台板的水平校准，是对利用该检测平台进行零件加工精度检测操作的核心基础。

目前，常用的检测平台主要由基准台板和水平支撑基准台板的架体构成，该架体的构成主要有两种，一种为多根、支撑在基准台板不同支撑点（通常为基准台板的四角）上的千斤顶，另一种为多根、支撑在基准台板不同支撑点（通常为基准台板的四角）上的丝杆副。然而，无论是检测平台采用哪种架体，其基准台板的水平校准是通过工人对架体的反复微调、及对基准台板的反复水平测量实现的，这种水平校准操作不仅非常麻烦，而且很难使基准台板在短期操作内实现完全的水平校准，进而存在操作难度大、效率低等缺陷，影响了企业生产效益。

发明内容

本发明的目的在于：针对机械加工中零件加工精度检测的特殊性及现有检测平台的不足，提供一种能够自动水平校准的小型零件精密检测平台。

本发明采用的技术方案是，一种小型零件精密检测平台，所述检测平台包括：

-基准台板，所述基准台板具有平整且相互平行的顶面和底面；

-架体，所述架体具有多根中空的支柱，这些支柱分散在基准台板的不同支撑点上，每根支柱的顶部与基准台板的底面之间设有弹性体，架体的多根支柱通过弹性体将基准台板水平支撑；

-倾斜放大机构，所述倾斜放大机构主要由硬质托盘、柔性囊体和平衡钢球构成，所述硬质托盘具有平整的顶面，硬质托盘支撑在调平机构上、用于支撑柔性囊体，初始状态的硬质托盘顶面与基准台板的底面相平行，所述柔性囊体内填充有膨胀气体、柔性囊体呈扁状结构，初始状态的柔性囊体顶、底面与基准台板的底面和硬质托盘的顶面对应形成面接触，所述平衡钢球放置在柔性囊体内、平衡钢球的直径小于柔性囊体的空腔高度；

-调平机构，所述调平机构设置在架体的支柱与倾斜放大机构之间，该调平机构主要由传力杆、杠杆和顶升子机构构成，所述传力杆的上端连接在倾斜放大机构的硬质托盘上、下端铰接在杠杆的内端，所述杠杆的外端延伸进支柱的中空内、并与布置在支柱中空内的顶升子机构下端铰接，杠杆铰接在支柱上，所述顶升子机构与初始状态的基准台板底面以间隙配合。

作为优选方案，所述调平机构的顶升子机构主要由从下到上布置在架体的支柱中空内的下活塞、静压流体、上活塞、复位弹簧构成，所述下活塞的活塞杆与杠杆的外端铰接，所述上活塞的活塞杆与初始状态的基准台板底面间隙配合，所述复位弹簧套装在上活塞的活塞杆上、并由固定在支柱中空内的弹簧挡板或限位凸台抵接复位弹簧的上端。

进一步的，所述架体的支柱布置调平机构顶升子机构的中空孔为下小上大的台阶孔，所述顶升子机构的下活塞的行程处在支柱的小孔段内，所述顶升子机构的上活塞的行程处在支柱的大孔段内。

进一步的，所述调平机构与初始状态的基准台板底面的配合间隙度为0.5～3mm。

进一步的，所述调平机构的杠杆以铰接在架体支柱上的铰轴为界、分成内节段和外节段，所述内节段的长度大于外节段的长度。

作为优选方案，所述架体的各支柱之间连接有、处在基准台板下方的支座，该支座上设有球铰座，在球铰座上装配有关节球，该关节球上连接有、与倾斜放大机构的硬质托盘相连接的支承杆，在支承杆上连接有放大机构倾斜传感器。

进一步的，所述架体的各支柱底端分别以螺纹方式连接有调平螺钉。

进一步的，所述架体的支座上以螺纹方式连接有、竖向进给的微调螺钉，该微调螺钉的上端与支座上的球铰座连接、用于升降球铰座。

作为优选方案，所述基准台板上设有台板倾斜传感器。

作为优选方案，所述倾斜放大机构的柔性囊体内设有呈十字状或米字状的钢球滚动轨迹。

本发明的有益效果是：

1. 基准台板由架体的多根支柱通过弹性体水平支撑、且在架体的支柱与基准台板底面的倾斜放大机构之间设置了杠杆原理的调平机构，即以架体支柱上的弹性体作为调平机构的触发器，从而在水平校准（即初始状态）的基准台板发生打破水平平衡状态的倾斜时，弹性体触发对应的调平机构动作，将失衡倾斜的基准台板在架体上自动地复位到水平平衡状态，这尤其在倾斜放大机构的作用下更为稳定、明显，从而有效避免了反复无效的人工调整操作，使基准台板实现了自动水平校准，水平校准动作高效且快捷，人为干涉的因素较少、工人劳动强度轻，对零件加工精度的检测效率高；

2. 在架体支柱台阶孔内所布置的调平机构的顶升子机构，使倾斜放大机构的平衡钢球重量对应台阶孔的上、下面积比而放大，从而使调平机构能够将承载有大于倾斜放大机构平衡钢球重量（根据面积比的不同、其重量可以是平衡钢球的数倍）的小型零件的基准台板顶起，使其自动地复位到水平平衡状态；

3. 调平机构杠杆的内长外短结构，既能和架体支柱台阶孔形成配套使用，也可以二择一使用，择一使用的效果类似于上述第2点所述；二者配套使用，将会使平衡钢球所对应的小型零件重量进一步对应增大，即形成类似于秤砣效应；

4. 架体上、连接在基准台板下方的状态显示装置（即球铰组件及倾斜传感器等）能够清楚显现出倾斜放大机构失衡与否，若倾斜放大机构失衡、无法自动复位，则借助人工对架体支柱底端的调平螺钉进行相应的旋转操作，从而利用简单的人工辅助操作来补偿失衡倾斜的倾斜放大机构，使其可靠复位，以保障基准台板的水平校准初始状态；

5. 布置在基准台板上的台板倾斜传感器能够清楚显示出基准台板失衡与否，根据显示结果进行相应的微调，即能确保基准台板可靠复位。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明的一种结构示意图。

图2是图1中倾斜放大机构柔性囊体内钢球滚动轨迹的一种布置示意图。

图中代号含义：1—基准台板；11—台板倾斜传感器；2—架体；21—弹性体；22—调平螺钉；23—支柱；24—支座；25—微调螺钉；26—球铰座；27—关节球；28—支承杆；29—放大机构倾斜传感器；3—调平机构；31—传力杆；32—杠杆；33—下活塞；34—静压流体；35—上活塞；36—复位弹簧；37—弹簧挡板；4—倾斜放大机构；41—柔性囊体；42—平衡钢球；43—钢球滚动轨迹；44—托盘。

具体实施方式

参见图1和图2：本发明包括基准台板1、架体2、倾斜放大机构4和调平机构3。

其中，基准台板1作为零件加工精度检测的操作台板，其为矩形结构，顶面和底面均平整光滑、二者相平行。基准台板1的四角为支撑点，为了确保自动水平校准复位的可靠性，要求各支撑点距离基准台板1边部的位置一致，即四个支撑点以基准台板1的中心点为中心、均布在基准台板1的四角。在前述基准台板1上设置有倾斜角度传感器，即台板倾斜传感器11，通过该传感器检测基准台板1在下述架体2上的失衡与否；为了不影响基准台板1正常使用及方便观察，台板倾斜传感器11设置在基准台板1的侧面上，且该传感器具有显示表盘。

架体2主要由四根支柱23和连接在四根支柱23下部的支座24构成。四根支柱23的高度一致，每根支柱23为中空结构（至少中、上部为中空结构），其中空上部为下小上大的台阶孔结构，小孔段与大孔段的面积比根据使用要求合理确定为整数比值，例如1:1.5～5等（其中1.5～5的区间为整数，如1.5、2、2.5或3等）；这四根支柱23分散对应在基准台板1的四个支撑点上，每根支柱23的顶部与基准台板1的底面之间设有橡胶材质制成（也可以是螺旋弹簧）的弹性体21，即弹性体21的顶面与基准台板1的底面固定、弹性体21的底面与支柱23的顶面固定，架体2的四根支柱23通过各自的弹性体21将基准台板1水平支撑；为了确保基准台板1自动水平校准复位的可靠性，要求前述四根支柱23上的弹性体21厚度、弹性量均一致。固定在四根支柱23下部的支座24处在基准台板1的下方，即架体2的这种结构类似于传统圆式餐桌的架体（支柱23类似于桌腿，支座24类似于增加桌腿结构强度、防止变形、方便脚登的筋板）；在前述支座24的中央放置有球铰座26，在球铰座26上装配有关节球27，该关节球27上连接有、与下述倾斜放大机构4的硬质托盘44底面连接的支承杆28，在支承杆28上连接有放大机构倾斜传感器29（即倾斜角度指示表），通过该传感器检测下述倾斜放大机构4失衡与否；为了方便球铰座26升降、满足相应的调节需求，在球铰座26位置的支座24上以螺纹方式连接有、竖向进给的微调螺钉25，该微调螺钉25的上端与支座24上的球铰座26连接，通过微调螺钉25在支座24上的螺纹进给、进而相应的升降球铰座26。同时，为了适应并满足人工辅助的、对基准台板1和/或倾斜放大机构4的水平校准复位，在架体2的每根支柱23的底端、以螺纹方式连接有调平螺钉22。

倾斜放大机构4设置在基准台板1的底面，即其处在基准台板1与下述的调平机构3之间，用于在基准台板1失衡倾斜后、对调平机构3施加较大的倾斜重力、迫使调平机构3可靠地对基准台板1进行水平校准复位。倾斜放大机构4主要由硬质托盘44、柔性囊体41和平衡钢球42构成。其中，硬质托盘44为对应基准台板1轮廓的矩形盘状结构，其具有平整的顶面，硬质托盘44的底面与上述架体2的支承杆28和下述的调平机构连接，即硬质托盘44支撑在调平机构3上、用于支撑柔性囊体41（不与基准台板1形成直接接触），初始状态的硬质托盘44顶面与基准台板1的底面相平行。柔性囊体41采用橡胶等密封材料制成，其内填充有膨胀气体，膨胀后的柔性囊体41呈扁状结构，其顶、底面近似相互平行，类似方形面饼状，柔性囊体41放置在前述硬质托盘44上，初始状态的柔性囊体41顶、底面与基准台板1的底面和硬质托盘44的顶面对应形成面接触。平衡钢球42放置在膨胀的柔性囊体41内，为了确保基准台板1的失衡倾斜不影响平衡钢球42的平衡调整，平衡钢球42的直径小于柔性囊体41的空腔高度；平衡钢球42在本发明中类似于秤砣，只要其重量确定，通过下述调平机构3上的杠杆放大部和/或顶升子机构的放大部放大后，其能够使调平机构3顶起基准台板1所承载的数倍于平衡钢球42重量的零件。

调平机构3设置在架体2的支柱23与倾斜放大机构4之间，用于对架体2上的失衡倾斜的基准台板1进行自动水平校准复位。调平机构3主要由传力杆31、杠杆32和顶升子机构构成。具体是，传力杆31的上端连接在支柱23内侧的、上述倾斜放大机构4硬质托盘的底部，传力杆31的下端铰接在杠杆32的内端。杠杆32的外端延伸进支柱23的中空内（即架体2的支柱23上开设有相应的杠杆穿装孔）、并与布置在支柱23中空内的顶升子机构下端铰接；杠杆32通过销轴铰接在支柱23上，为了使杠杆32对上述平衡钢球42的重量放大，要求以销轴为界，将杠杆32划分成不等长的内节段和外节段，即内节段的长度要大于外节段的长度，二者长度之间的比值根据使用要求合理确定为整数比值，例如1.5～5:1等（其中1.5～5的区间为整数，如1.5、2、2.5或3等）。顶升子机构主要由从下到上布置在架体2的支柱23上部中空内的下活塞33、静压流体34、上活塞35、复位弹簧36构成；通过该结构布置可知，上述台阶孔结构的中空支柱23充当了顶升子机构的活塞缸，上、下活塞以相背方式密封装配在支柱23中空的不同孔径孔段内；即下活塞33密封装配在支柱23中空的小孔段内（也就是说，下活塞33的行程处在支柱23的小孔段内），下活塞33的活塞杆与杠杆32的外端铰接；即上活塞35密封装配在支柱23中空的大孔段内（也就是说，上活塞35的行程处在支柱23的大孔段内），上活塞35的活塞杆与初始状态下的基准台板1底面间隙配合，该配合间隙度为0.5～3mm（该值过大、过小均对架体2上的基准台板1起不到相应的水平校准复位作用，例如0.7mm，或1.2mm，或1.8mm，亦或2.7mm等等）；静压流体34采用极压抗磨性的N46#机械油，静压流体34处在上、下活塞之间；复位弹簧36套装在上活塞35的活塞杆上、并由固定在支柱23中空内的弹簧挡板37（也可以采用支柱中空内的限位凸台代替）抵接复位弹簧36的上端。

上述调平机构的顶升子机构结构也可以采用轴杆代替，若采用轴杆代替的话，则要求在架体的支柱中空内安装直线轴承（即支柱中空无需采用台阶孔结构），即轴杆的顶升子机构通过直线轴承安装在支柱的中空内。这种轴杆的顶升子机构虽能依靠杠杆原理实现对基准台板的水平校准复位，但其不具有对倾斜放大机构平衡钢球重量的放大功能。

为了避免上述倾斜放大机构4中的平衡钢球42在基准台板1失衡倾斜后、在柔性囊体41内不规则滚动，在倾斜放大机构4的柔性囊体41内（即平衡钢球42的滚动面）设置十字状或米字状（优选米字状，这样才能使平衡钢球的滚动照顾各个不同部位）的钢球滚动轨迹43。该钢球滚动轨迹43的设置非常简单，即在柔性囊体41内的钢球滚动面上设置凸起的隔条，两条相应隔条之间形成钢球滚动轨迹43，各条隔条顺序连接起来即呈相应的十字状或米字状；当然，基于柔性囊体41内钢球滚动轨迹的工作特性，可以将其设置成匹配钢球轮廓的弧形槽，但这种设置方式将增大柔性囊体41的成型难度。

本发明的工作过程是：在无外力作用下（即零件未放置在基准台板1上时），架体2上的基准台板1保持水平的平衡状态，同时倾斜放大机构柔性囊体41内的平衡钢球42在柔性囊体41的中心处静止，此状态即为初始状态；在外力作用下（即零件放置在基准台板1上时）基准台板1打破水平平衡状态，在架体2上根据外力位置发生相应的失衡倾斜，此时失衡倾斜位置方向所在的架体支柱23上的弹性体21被压缩，与此同时，基准台板1底面的倾斜放大机构4随之发生失衡倾斜，柔性囊体41内的平衡钢球42随之滚动至失衡倾斜一侧，通过平衡钢球42给调平机构3施加了倾斜重力；调平机构3的传力杆31感知到平衡钢球42的倾斜重力后，经杠杆32作用在顶升子机构上（由于杠杆32在支柱23上的不等长铰接结构，此时杠杆32对平衡钢球42的重力放大，假设平衡钢球5kg，杠杆32内节段和外节段的比值为2:1，则此处对平衡钢球42的重力放大为两倍，即10kg），顶升子机构的下活塞33上升、迫使静压流体34进入支柱23中空的大孔段内、推动上活塞35的活塞杆作用在基准台板1的底面（此时的复位弹簧36处于压缩状态，通过顶升子机构的此过程，将平衡钢球42的重力再次放大，假设支柱23台阶孔的大小孔径的面积比为2:1，则把已放大至10kg的重力放大至20kg，进而顶起基准台板1所承载的20kg零件），顶起基准台板1、使基准台板1自动复位到水平校准状态，此时的基准台板1另一侧（即失衡时的上翘侧）对倾斜放大机构4的柔性囊体41形成些许挤压，但该挤压不会迫使倾斜放大机构4复位平衡，这也就确保了调平机构3对基准台板1的持续顶起；基准台板1水平校准后对零件进行相应的加工精度检测，待检测完毕、基准台板1上的外力消除后，此时倾斜放大机构4和调平机构3复位，失去外力的基准台板1在架体2上保持水平平衡状态；若倾斜放大机构4无法实现水平校准的自动复位时，此时关节球支承杆28倾斜，倾斜值通过倾斜角度传感器显示出，此时通过人工对架体支柱23底端的调平螺钉22和/或支座24上的微调螺钉25进行相应的旋转操作，即达到基准台板1的水平校准复位。

上述具体技术方案仅用以说明本发明，而非对其限制。尽管参照上述具体技术方案对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对上述具体技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1. 一种小型零件精密检测平台，其特征在于，所述检测平台包括：

-基准台板（1），所述基准台板（1）具有平整且相互平行的顶面和底面；

-架体（2），所述架体（2）具有多根中空的支柱（23），这些支柱（23）分散在基准台板（1）的不同支撑点上，每根支柱（23）的顶部与基准台板（1）的底面之间设有弹性体（21），架体（2）的多根支柱（23）通过弹性体（21）将基准台板（1）水平支撑；

-倾斜放大机构（4），所述倾斜放大机构（4）主要由硬质托盘（44）、柔性囊体（41）和平衡钢球（42）构成，所述硬质托盘（44）具有平整的顶面，硬质托盘（44）支撑在调平机构（3）上、用于支撑柔性囊体（41），初始状态的硬质托盘（44）顶面与基准台板（1）的底面相平行，所述柔性囊体（41）内填充有膨胀气体、柔性囊体（41）呈扁状结构，初始状态的柔性囊体（41）顶、底面与基准台板（1）的底面和硬质托盘（44）的顶面对应形成面接触，所述平衡钢球（42）放置在柔性囊体（41）内、平衡钢球（42）的直径小于柔性囊体（41）的空腔高度；

-调平机构（3），所述调平机构（3）设置在架体（2）的支柱（23）与倾斜放大机构（4）之间，该调平机构（3）主要由传力杆（31）、杠杆（32）和顶升子机构构成，所述传力杆（31）的上端连接在倾斜放大机构（4）的硬质托盘（44）上、下端铰接在杠杆（32）的内端，所述杠杆（32）的外端延伸进支柱（23）的中空内、并与布置在支柱（23）中空内的顶升子机构下端铰接，杠杆（32）铰接在支柱（23）上，所述顶升子机构与初始状态的基准台板（1）底面以间隙配合。

2.根据权利要求1所述小型零件精密检测平台，其特征在于，所述调平机构（3）的顶升子机构主要由从下到上布置在架体（2）的支柱（23）中空内的下活塞（33）、静压流体（34）、上活塞（35）、复位弹簧（36）构成，所述下活塞（33）的活塞杆与杠杆（32）的外端铰接，所述上活塞（35）的活塞杆与初始状态的基准台板（1）底面间隙配合，所述复位弹簧（36）套装在上活塞（35）的活塞杆上、并由固定在支柱（23）中空内的弹簧挡板（37）或限位凸台抵接复位弹簧（36）的上端。

3.根据权利要求2所述小型零件精密检测平台，其特征在于，所述架体（2）的支柱（23）布置调平机构（3）顶升子机构的中空孔为下小上大的台阶孔，所述顶升子机构的下活塞（33）的行程处在支柱（23）的小孔段内，所述顶升子机构的上活塞（35）的行程处在支柱（23）的大孔段内。

4.根据权利要求1或2所述小型零件精密检测平台，其特征在于，所述调平机构（3）与初始状态的基准台板（1）底面的配合间隙度为0.5～3mm。

5.根据权利要求1或2所述小型零件精密检测平台，其特征在于，所述调平机构（3）的杠杆（32）以铰接在架体支柱（23）上的铰轴为界、分成内节段和外节段，所述内节段的长度大于外节段的长度。

6.根据权利要求1、2或3所述小型零件精密检测平台，其特征在于，所述架体（2）的各支柱（23）之间连接有、处在基准台板（1）下方的支座（24），该支座（24）上设有球铰座（26），在球铰座（26）上装配有关节球（27），该关节球（27）上连接有、与倾斜放大机构（4）的硬质托盘（44）相连接的支承杆（28），在支承杆（28）上连接有放大机构倾斜传感器（29）。

7.根据权利要求6所述小型零件精密检测平台，其特征在于，所述架体（2）的各支柱（23）底端分别以螺纹方式连接有调平螺钉（22）。

8.根据权利要求6所述小型零件精密检测平台，其特征在于，所述架体（2）的支座（24）上以螺纹方式连接有、竖向进给的微调螺钉（25），该微调螺钉（25）的上端与支座（24）上的球铰座（26）连接、用于升降球铰座（26）。

9.根据权利要求1所述小型零件精密检测平台，其特征在于，所述基准台板（1）上设有台板倾斜传感器（11）。

10.根据权利要求1所述小型零件精密检测平台，其特征在于，所述倾斜放大机构（4）的柔性囊体（41）内设有呈十字状或米字状的钢球滚动轨迹（43）。