CN104180763A - 大直径圆环类零件内外径非接触式测量装置 - Google Patents

大直径圆环类零件内外径非接触式测量装置 Download PDF

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叶青
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Abstract

本发明公开了属于工业测量技术领域的一种大直径圆环类零件内外径非接触式测量装置，该装置采用旋转台(2)带动待测圆环零件(4)转动的方式，利用非接触式的激光位移传感器测量待测圆环零件(4)的内径、外径尺寸；并利用升降台(3)、内外径调整架(5)的微调来适应不同尺寸待测圆环零件(4)的测量。本装置可以实现圆环类零件内径、外径、厚度和椭圆度的自动化非接触测量，测量误差小、操作简便、测量速度快、工作效率高，适用于大直径圆环类零件生产加工类企业大批量检测的场合。

Description

大直径圆环类零件内外径非接触式测量装置
技术领域
本发明属于工业测量技术领域，具体涉及一种大直径圆环类零件内外径非接触式测量装置，用于测量大直径圆环类零件的内径、外径、厚度和椭圆度尺寸。
背景技术
圆环类零件种类繁多，诸如滚子、转子、环、活塞、滚套、轴承等，其中轴承较为常见。在工业界通常把直径(或称口径)在Φ500mm以上的工件称为大直径工件，有些工件的直径在三米以上。例如：水轮机、汽轮机、大型发电机组以及大型轴承圈等都属于大直径工件。
能够精确的测量大直径工件的几何尺寸，对生产和施工工程具有非常重要的意义和价值，对确保产品质量非常关键。
目前对于大直径圆环类零件，由于其尺寸特殊，没有专用的量具对其进行自动化测量，现行的实施方案大都采用测量杆方法对圆环类零件进行测量。测量杆由固定长度的钢管组成，一端连接千分表，另一端通过钢球与零件接触。测量前，对钢管长度通过标定，确定测量杆的定形尺寸，用于测量一种规格的零件。测量时，手持测量杆旋转一周，利用千分表测出圆环尺寸与该定形尺寸的代数差，该代数差与定形尺寸之和即为被测圆环尺寸。
由于该方法需要工人手工操作，主观因素和手持的稳定性都对测量读数有较大影响，所以测量误差较大。
发明内容
针对现有技术存在的以上一些问题，本发明提供一种大直径圆环类零件内外径非接触式测量装置，用于实现圆环类零件内径、外径、厚度和椭圆度的自动化非接触测量，减小测量误差，简化操作方法，提高测量速度和工作效率。
本发明提供的大直径圆环类零件内外径非接触式测量装置，采用非接触式的激光位移传感器测量圆环类零件管壁与激光位移传感器之间的距离，结合旋转台(2)中轴线与激光位移传感器之间的距离，求出该零件的内半径和外半径。利用旋转台(2)带动圆环类零件旋转一周，可以求出整个截面的内外径数据。内外径调整架(5)带动激光位移传感器水平移动，可以适应不同尺寸的圆环类零件测量。升降台(3)上下移动可以用来调整测量截面和待测圆环端面之间的距离，同时方便零件安放在旋转台面(10)上。
本发明提供的大直径圆环类零件内外径非接触式测量装置由底座(1)、旋转台(2)、升降台(3)、内外径调整架(5)、内径探头(6)和外径探头(7)组成；升降台(3)带动内外径调整架(5)上下运动，内径探头(6)和外径探头(7)固定在内外径调整架(5)上。
所述的旋转台(2)由电机(8)、涡轮蜗杆传动器(9)、旋转台面(10)、编码器(11)和夹具(12)组成，编码器(11)和旋转台面(10)同轴连接。
所述的内外径调整架(5)由外壳(21)、电机(22、23)、丝杠(24、25)、导轨(26、27、28、29)、内径固定臂(30)和外径固定臂(31)组成。
所述的内径探头(6)和外径探头(7)均为非接触式的激光位移传感器，用于测量探头距离对应管壁的距离。
工作原理说明：
工作时，首先升降台(3)带动内外径调整架(5)、内径探头(6)和外径探头(7)升起，将待测圆环零件(4)放在旋转台面(10)上，保证圆环类工件与旋转台(2)的中轴线基本一致，并利用夹具(12)将待测圆环零件(4)固定在旋转台面(10)上。然后升降台(3)带动内外径调整架(5)、内径探头(6)和外径探头(7)向下移动，调整测量圆环截面距端面的距离。内外径调整架(5)分别带动内径探头(6)和外径探头(7)在水平方向上左右移动，使待测圆环零件(4)处于激光位移传感器的工作范围以内。
读取内径探头(6)和外径探头(7)与待测圆环零件(4)内壁和外壁之间的距离读数，分别记为a和b。结合内径探头(6)和外径探头(7)与旋转台(2)中轴线之间的距离(分别记为A和B)，就可以计算出该角度处内半径的值为A+a，外半径的值为B-b。升降台(3)和内外径调整架(5)位置调整好以后保持不动，旋转台(2)带动待测圆环零件(4)转动，利用编码器(11)来识别旋转台(2)的转动角度，每旋转一定角度时，采集一次内半径和外半径数值，最终实现整个圆周内径和外径的测量。
直接测量出来的数据为待测圆环零件(4)一个截面的轮廓，由于安放时待测圆环零件(4)的中轴线与旋转台(2)的中轴线很难保证一致，轴心偏移误差对测量结果的影响很大。可以利用算法拟合出截面轮廓的轴心，然后重新计算出的修正内径外径即为该待测圆环零件(4)的内径和外径数据。外径和内径之差为圆环类零件的厚度，外径和内径各自的最大变化量为椭圆度，所以本装置也可以实现圆环类零件的厚度和椭圆度的测量。
本发明的有益效果是：
本发明提供的大直径圆环类零件内外径非接触式测量装置，可以实现圆环类零件内径、外径、厚度和椭圆度的自动化非接触测量，该装置测量误差小、操作简便、测量速度快、工作效率高，适用于大直径圆环类零件生产加工类企业大批量检测的场合。
附图说明
图1是本发明装置的结构框图。
图2是旋转台结构示意图。
图3是升降台结构示意图。
图4是内外径调整架结构示意图。
图5是数据处理算法示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例
如图1所示，本实施例涉及的大直径圆环类零件内外径非接触式测量装置，由底座(1)、旋转台(2)、升降台(3)、内外径调整架(5)、内径探头(6)和外径探头(7)组成。升降台(3)带动内外径调整架(5)上下运动，内径探头(6)和外径探头(7)固定在内外径调整架(5)上。
所测的工件为待测圆环零件(4)。
如图2所示，所述的旋转台(2)由电机(8)、涡轮蜗杆传动器(9)、旋转台面(10)、编码器(11)和夹具(12)组成。编码器(11)与旋转台面(10)同轴连接，用于监测其转动角度，本实施例选取的编码器(11)每旋转一周产生20000个脉冲。夹具(12)用于固定待测圆环零件(4)，本实施例中夹具的实现方式为螺栓螺母固定的夹片形式，夹片(12)沿旋转台面(10)上的T型槽可以沿径向活动，夹片(12)和T型槽共六组，每隔60。一组。电机(8)为伺服电机，型号安川公司的SGMGV-13ADC61。涡轮蜗杆传动器(9)将电机(8)的卧轴转动转变为旋转台面(10)的立轴转动。
如图3所示，所述的升降台由边框(13)、电机(14)、丝杠(15)、丝杠螺母(16)、圆柱光滑导轨(17、18)和滑块(19、20)组成。电机(14)带动丝杠(15)转动，进而带动丝杠螺母(16)做上下运动，内外径调整架(5)与丝杠螺母(16)和滑块(19、20)连接，随之一起做上下运动。圆柱光滑导轨(17、18)和滑块(19、20)的作用是确保运动过程顺畅和防止发生旋转。
如图4所示，所述的内外径调整架(5)由外壳(21)、电机(22、23)、丝杠(24、25)、导轨(26、27、28、29)、内径固定臂(30)和外径固定臂(31)组成。电机(22)带动丝杠(24)转动，进而带动内径固定臂(30)沿丝杠(24)轴向运动，导轨(26、27)确保内径固定臂(30)运动过程顺畅和防止发生旋转。电机(23)带动丝杠(25)转动，进而带动外径固定臂(31)沿丝杠(25)轴向运动，导轨(28、29)确保外径固定臂(31)运动过程顺畅和防止发生旋转。内径探头(6)固定在内径固定臂(30)上，外径探头(7)固定在外径固定臂(31)上。内外径调整架(5)可分别独立调整内径探头(6)和外径探头(7)的水平位置，确保待测圆环状零件(4)处于激光位移传感器的工作范围以内，以适应不同尺寸圆环类零件的测量。
所述的内径探头(6)和外径探头(7)为激光位移传感器，型号为BANNER公司生产的LH30.
本实施例操作过程说明：
工作时，首先升降台(3)带动内外径调整架(5)、内径探头(6)和外径探头(7)升起，将待测圆环零件(4)放在旋转台面(10)上，保证待测圆环零件(4)与旋转台(2)的中轴线基本一致，并利用夹具(12)将待测圆环零件(4)固定在旋转台面(10)上。然后升降台(3)带动内外径调整架(5)、内径探头(6)和外径探头(7)向下移动，调整测量圆环截面距端面的距离。内外径调整架(5)调整内径探头(6)和外径探头(7)的水平位置，使待测圆环零件(4)处于激光位移传感器的工作范围以内。
读取内径探头(6)和外径探头(7)与待测圆环零件(4)内壁和外壁之间的距离读数，分别记为a和b。结合内径探头(6)和外径探头(7)与距离旋转台中轴线之间的距离(分别记为A和B)，就可以计算出该角度处内半径的值为A+a，外半径的值为B-b。升降台(3)和内外径调整架(5)保持不动，旋转台(2)带动待测圆环零件(4)转动，利用编码器(11)来识别旋转台(2)的转动角度，每当编码器产生20个脉冲时，采集一次内半径和外半径数值，最终实现整个圆周内径和外径的测量；每个圆周采集1000组内半径和1000组外半径数据。
直接测量出来的数据为待测圆环零件(4)一个截面的轮廓，每一次测量的半径R对应于一个角度θ，所以测量轮廓为一个函数R(θ)。由于安放时待测圆环零件(4)的中轴线与旋转台(2)的中轴线很难保证一致，轴心偏移误差对测量结果的影响很大。可以利用算法拟合出截面轮廓的轴心，然后重新计算出修正的内径和外径，算法过程如图5所示：
首先将R(θ)由角坐标系转变成平面直角坐标系XOY，原点O为旋转台的轴心。利用最小二乘法计算出截面轮廓R(θ)的拟合圆心O’。然后重新计算圆上每一点P到O’的距离R’和角度θ’，就可以得出修正后的尺寸数据R’(θ’)。按照这种算法，可计算出修正的内径和外径，即为该待测圆环零件(4)的内径和外径数据。
外径和内径之差为圆环类零件的厚度，外径和内径各自的最大变化量为椭圆度，所以本装置也可以实现圆环类零件的厚度和椭圆度测量。
测量和数据处理完毕后，升降台(3)带动内外径调整架(5)、内径探头(6)和外径探头(7)升起，松开夹具(12)，将待测圆环状零件(4)从本测量装置上取下，测量过程结束。

Claims (4)

1.一种大直径圆环类零件内外径非接触式测量装置，其特征在于：所述的大直径圆环类零件内外径非接触式测量装置由底座(1)、旋转台(2)、升降台(3)、内外径调整架(5)、内径探头(6)和外径探头(7)组成；升降台(3)带动内外径调整架(5)上下运动，内径探头(6)和外径探头(7)固定在内外径调整架(5)上。
2.一种如权利要求1所述的大直径圆环类零件内外径非接触式测量装置，其特征在于所述的旋转台(2)由电机(8)、涡轮蜗杆传动器(9)、旋转台面(10)、编码器(11)和夹具(12)组成；编码器(11)与旋转台面(10)同轴连接。
3.一种如权利要求1所述的大直径圆环类零件内外径非接触式测量装置，其特征在于所述的内外径调整架(5)由外壳(21)、电机(22、23)、丝杠(24、25)、导轨(26、27、28、29)、内径固定臂(30)和外径固定臂(31)组成。
4.一种如权利要求1所述的大直径圆环类零件内外径非接触式测量装置，其特征在于所述的内径探头(6)和外径探头(7)为激光位移传感器。
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