CN104697461A - 螺纹轮廓扫描装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种螺纹轮廓扫描装置，包括：测针；摆杆，测针固定在摆杆的一端并与摆杆的轴向垂直；转轴机构，摆杆固定在转轴机构上；压力驱动机构，压力驱动机构与摆杆的另一端联接；测力机构，测力机构与转轴机构固定在一起；拉力驱动机构；以及控制器。由于测力机构实时对测针所受的拉力进行测量，并把测量的拉力值信息传给控制器，控制器根据获取的拉力值计算出需要施加给测针的压力值，通过控制压力驱动机构实现压力值的实时调节。使得测针所受拉力和压力的合力值一直保持在预设的范围内，测针扫描大角度坡度被测件受力和扫描缓坡被测件受力一样，测针就能够完成大角度的爬坡，实现大角度或者偏T坡度螺纹轮廓的扫描。

Description

螺纹轮廓扫描装置

技术领域

本发明涉及一种螺纹测量设备，具体涉及一种螺纹轮廓扫描装置。

背景技术

 螺纹测量设备用于对螺纹的几何参数进行检测和分析，并判断螺纹是否合格。螺纹参数例如可以是螺距、大径、中径、小径、牙型角和锥度等。螺纹测量设备测量螺纹的一种方案是通过测针接触并扫描被测件的螺纹表面实现测量。为了使测针可靠地接触被测件的螺纹表面，通常对测针施加一定的压力。

在传统接触式螺纹扫描测量中，对于坡度较大的被测件，扫描测量时测针被强行拉上被测件，测针沿被测件斜坡法相的受力在爬坡的过程中不断增大，导致测针变形和磨损严重，甚至容易出现测针崩断等问题，测针无法顺利的爬坡到被测件螺纹的最高点，因此传统接触式扫描方法难以实现大坡度被测件的测量。

发明内容

本发明提供一种能够实现被测件螺纹大坡度扫描测量的螺纹轮廓扫描装置。

一种实施例中提供一种螺纹轮廓扫描装置，包括：

测针，用于接触并扫描被测件的螺纹表面；

摆杆，测针固定在摆杆的一端并与摆杆的轴向垂直；

转轴机构，摆杆固定在转轴机构上，并可绕转轴机构在与测针平行的方向上摆动；

压力驱动机构，压力驱动机构与摆杆的另一端联接，并可驱动所述摆杆绕转轴机构轴向转动，以通过所述摆杆给所述测针施加在被测件上的压力；

测力机构，测力机构与转轴机构固定在一起，用于实时测量用于反映测针施加在被测件上的力的物理量；

拉力驱动机构，所述拉力驱动机构与所述测力机构连接，通过所述测力机构给测针施加沿被测件扫描方向的拉力；

以及控制器，控制器分别与测力机构、压力驱动机构和拉力和驱动机构电连接，用于实时获取测力机构的测量结果，并根据测量结果控制驱动机构调节测针施加在被测件上的压力。

进一步地，测力机构用于实时测量用于反映测针施加在被测件上的沿扫描方向的拉力值的物理量。

进一步地，控制器根据测力机构的测量结果，控制驱动机构调节测针施加在被测件上的压力值，以使拉力值和压力值的合力值在预设范围内。

进一步地，转轴机构包括固定座、轴承、转轴和转动块，固定座固定在测力机构上，轴承固定在固定座上，转轴穿插在轴承上，转动块固定在转轴上，摆杆固定在转动块上。

进一步地，转轴机构还包括2个顶球，顶球固定在固定座上，且2个顶球分别顶压在转轴的两端。

进一步地，轴承为密珠轴承，密珠轴承包括滚珠滑套与套筒。

进一步地，驱动机构为音圈电机。

进一步地，测力机构包括第一滑动组件、第二滑动组件和位移传感器，第二滑动组件与转轴机构固定连接，第一滑动组件和第二滑动组件之间通过弹性件固定在一起，且第一滑动组件和第二滑动组件构成滑动副，位移传感器沿第一滑动组件和第二滑动组件的滑动路径设置，用于检测第一滑动组件和第二滑动组件之间的相对位移；第一滑动组件与拉力驱动机构连接。

进一步地，第一滑动组件包括第一导轨和滑台，滑台可滑动地安装在第一导轨上;第二滑动组件包括第二导轨、滑块和弹簧，第二导轨和弹簧固定在滑台上，第二导轨和弹簧与第一导轨平行设置，滑块可滑动地安装在第二导轨上，第二导轨固定在第一滑台上，并且滑块至少一端通过弹簧与滑台弹性连接；滑台与拉力驱动机构连接，拉力驱动机构驱动滑台在第一导轨上滑动。

进一步地，滑块两端分别通过弹簧与滑台弹性连接。

进一步地，位移传感器包括第一位移传感器和第二位移传感器，第一位移传感器沿第一滑动组件的滑动路径设置，用于检测第一滑动组件的位移，第二位移传感器沿第二滑动组的滑动路径设置，用于检测第二滑动组件的位移。

进一步地，第一导轨为气浮导轨和第二导轨为交叉滚柱导轨或滚珠导轨。

在其他实施例中，本装置还包括第三位移传感器，第三位移传感器固定在所述的滑块上，并与控制器电连接，用于监测摆杆在与测针平行的方向上的位移，生成相应的Z轴位移信号并传给控制器，控制器根据获取的Z轴位移信号控制拉力驱动机构调节摆杆的轴向转动。

进一步地，第一位移传感器和第二位移传感器为直线光栅，第三位移传感器为圆弧光栅。

依据上述实施例的一种螺纹轮廓扫描装置，由于设有测力机构实时对测针所受的拉力进行测量，并把测量的拉力值信息传给控制器，控制器根据获取的拉力值计算出需要施加给测针的压力值，通过控制压力驱动机构实现压力值的实时调节。使得测针所受拉力和压力的合力值一直保持在预设的范围内，测针扫描大角度坡度被测件受力和扫描缓坡一样，测针就能够完成大角度的爬坡，实现大角度或者偏T坡度螺纹轮廓的扫描。

附图说明

图1为本发明一种螺纹轮廓扫描装置一种实施例的结构示意图；

图2为本发明一种螺纹轮廓扫描装置另一种实施例的结构示意图；

图3为本发明一种螺纹轮廓扫描装置另一种实施例的结构示意图；

图4为本发明一种螺纹轮廓扫描装置中转轴机构的结构示意图；

图5 为本发明一种螺纹轮廓扫描装置的测针受力示意图；

图6为本发明一种螺纹轮廓扫描装置另一种实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例一：

如图1所示，本实施例提供一种螺纹轮廓扫描装置，其包括测针1、摆杆2、转轴机构3、压力驱动机构4、测力机构5、拉力驱动机构（图中未示出）、控制器6和机架8。

测针1为针状物，用于接触并扫描被测件的螺纹表面，固定在摆杆2的一端并与摆杆的轴向垂直。摆杆2固定在转轴机构3上，并可绕转轴机构在与测针1平行的方向上摆动。压力驱动机构4固定在滑台512上，可驱动摆杆2沿绕轴向转动，通过摆杆2提供测针1施加在被测件上的压力G，拉力驱动机构与测力机构5联接，通过测力机构5给测针1施加沿被测件扫描方向的拉力F。扫描方向是指从测针1在被测件的扫描起始端指向扫描终止端的方向。测力机构5与转轴机构3固定在一起，用于实时测量用于反映测针1施加在被测件上的力的物理量。控制器分别与测力机构5、压力驱动机构4和拉力驱动机构电连接，用于实时获取测力机构5的测量结果，并根据测量结果控制压力驱动机构4调节测针1施加在被测件上的压力。测力机构5和控制器6固定在机架8上。

本实施例中，测力机构5包括第一滑动组件51、第二滑动组件52和位移传感器53。第二滑动组件52与转轴机构3固定连接，第一滑动组件51和第二滑动组件52之间通过弹性件固定在一起，且第一滑动组件51和第二滑动组件52构成滑动副，位移传感器53沿第一滑动组件51和第二滑动组件52的滑动路径设置，用于检测第一滑动组件51和第二滑动组件52之间的相对位移。

当拉力驱动机构驱动摆杆2沿扫描方向移动时，对摆杆2施加拉力F，由于摆杆2固定在转轴机构3上，且沿摆杆2的轴向不可移动，因此转轴机构3也受到了拉力F的作用，并将拉力F传递给第二滑动组件52。而第二滑动组件通过弹性件将拉力F的部分又传递给了第一滑动组件，当第一滑动组件和第二滑动组件构成滑动副时，通过测量第一滑动组件和第二滑动组件之间的相对位移这个物理量，即可反映测针4施加在被测件上的力。

在一种具体实施例中，第一滑动组件51包括第一导轨511、滑台512。滑台512可滑动地安装在第一导轨511上，第一导轨511固定在机架8上，并平行X轴设置，本实施例中，X轴与扫描方向同向。第一导轨511为高精度位移的气浮导轨。滑台512与拉力驱动机构连接，拉力驱动机构驱动所述滑台512在第一导轨511上滑动。

第二滑动组件包括第二导轨521、滑块522、和弹簧523。第二导轨521和弹簧523固定在滑台512上，第二导轨521和弹簧523与第一导轨51平行设置，滑块522可滑动地安装在第二导轨521上。第二导轨521为低摩擦阻力、低转动惯量的滚珠导轨，在其他实施例中也可为交叉滚柱导轨。优选的，滑块522两端通过弹簧523与滑台512弹性连接。如图1所示，在滑台512上设置有两个凸出的挡板，两个挡板分别位于滑块522的两端，滑块522的两端通过弹簧523分别固定在两个挡板上，两个弹簧523把滑块522挤压或者拉紧在第二导轨521上，从而将第一滑动组件和第二滑动组件弹性连接。两端均设置弹簧523，使得滑块522测力的灵敏度提高，并且弹簧523起了缓冲的作用，测针1有足够的时间进行调整受力和移动速度。

如图2所示，在其他实施例中，滑块522一端设有突出的挡板,挡板沿滑块522的径向设置，挡板两面分别通过一个弹簧523连接，两个弹簧523分别与竖立设置在滑台512上的安装块连接，两弹簧523将挡板预紧在滑台512上，即将滑块522预紧在滑台512上，能够实现拉力测量及安全缓冲。

如图3所示，在另外一种实施例中，滑块522一端设有突出的挡板,挡板沿滑块522的径向设置，挡板中间设有通孔，滑台512上设有平行滑块522移动方向的销轴，销轴穿在挡板中间通孔中，销轴被挡板分隔成两段，销轴的两段上分别套着弹簧523，并且销轴的端部设有固定弹簧的挡片，使得挡板被两段弹簧523预紧在销轴上。即将滑块522预紧在滑台512上，能够实现拉力测量及安全缓冲。

优选的，位移传感器53包括第一位移传感器531和第二位移传感器532，第一位移传感器531和第二位移传感器532均为直线光栅，第一位移传感器531沿第一滑动组件51的滑动路径设置，用于检测第一滑动组件51的位移，第二位移传感器532沿第二滑动组件52的滑动路径设置，用于检测第二滑动组件52的位移。即第二位移传感器532用于监测滑块522相对于机架8在X轴向的位移，第一位移传感器531用于监测滑台512相对于机架8在X轴向的位移，两者的位移差即为滑块522相对于滑台512在X轴向的位移，该位移差信息传给控制器6 。

压力驱动机构4为连续可调的音圈电机，音圈电机可提供直线的驱动，可施加Z轴向的压力。音圈电机灵敏度高，能够快速进行调整，满足本装置的施力需求。音圈电机固定在滑台512上，压力驱动机构4可驱动摆杆2绕轴向转动，以通过摆杆2给测针1提供测针1施加在被测件上的压力。

如图4所示，转轴机构3包括固定座31、轴承32、转轴33和转动块34。固定座31固定在滑块522上。轴承32为滚珠轴承，固定在固定座31上。转轴33穿插固定在轴承32上，优选的，两端通过小球35预紧，2个小球35固定在固定座31上。 转动块34固定在转轴33上，转动块34与转轴33一起转动。

摆杆2固定在转动块34上，使得摆杆2可摆动。测针2固定在摆杆2的一端，沿垂直与摆杆设置。摆杆2另一端与压力驱动机构4（音圈电机）连接。压力驱动机构4给摆杆2施加压力。

控制器6固定在机架8上或固定在外部装置上。第一位移传感器531、第二位移传感器532、压力驱动机构4和拉力驱动机构分别与控制器6电连接，第一位移传感器531和第二位移传感器532实时监测的位移信息传给控制器6，控制器6通过处理，生成调节信息，并将该调节信息输出给压力驱动机构4，控制压力驱动机构4调节测针2施加在被测件上的压力。在生成调节信息的过程中，控制器6可以计算出实时的拉力值F，例如根据位移差信息得出测针2所受的拉力值F，再计算应该施加给测针2的压力值G，以使得拉力值F和压力值G的合力值N为一预设恒定值或符合预定范围，并将压力值G作为调节信息输出给压力驱动机构4。在生成调节信息的过程中，控制器6也可以不计算出实时的拉力值F，而是根据位移差信息的变化控制压力驱动机构4输出的压力变大或变小，例如位移差信息变大，则控制压力驱动机构4输出的压力变小，反之，如果位移差信息变小，则控制压力驱动机构4输出的压力变大。

如图5所示，测针2在对螺纹轮廓进行扫描的时候，受到拉力F和压力G，即受到斜坡的反作用力N，N等于拉力F和压力G的合力N^‘，对于大坡度的螺纹，在爬坡的过程中 ，摩擦力为 N×f（f为摩擦系数），斜坡的角度θ越大，克服摩擦力所需的X轴向的分力越大，就需要更大的拉力F。故扫描大坡度的螺纹，拉力F会增大，当F超过极限值，就无法实现爬坡扫描或导致测针2崩断。斜坡粗糙度的不同也影响拉力F的大小，拉力F会随着不同的坡度和表面粗糙度变化。本实施例通过第一位移传感器531实时测量拉力值F信息，控制器6根据信息计算出拉力值F，再控制压力驱动机构4施加相应大小的压力值G，使得测针2受到的斜坡法相的反作用力N不变，即测针2受到的摩擦力不变，测针2就能顺利爬坡，并且实现大角度坡度的扫描。并且本发明使用了快速反应的音圈电机，能够实现微妙级调节，使得合力值N不变，或在很小的范围内波动。

本发明的螺纹轮廓扫描装置在控制器6中预先设置了拉力的安全值，当监测到拉力超过安全值后，马上控制压力驱动机构4停止工作，对装置起保护作用，防止测针2瞬间崩断或损坏装置的其他部件。

在其他的实施例中，转轴机构也可以采用其他转轴，例如精密微小轴承。

在其他的实施例中，测力机构还可以采用其他方式检测测针施加在被测件上的力，例如直接采用测力计检测试。

实施例二：

如图6所示，本实施例的一种螺纹轮廓扫描装置，在上述实施例一的基础上增加了第三位移传感器7。

第三位移传感器7为圆弧光栅，其固定在机架8上，与控制器6电连接，用于监测摆杆2相对机架8在Z轴方向的位移，根据位移生成摆杆2相应的Z轴位移信号并传给控制器6，控制器6根据获取的Z轴位移信号及摆杆2的移动速度计算出螺纹坡度的角度大小，再根据计算的角度大小控制拉力驱动机构调节摆杆2的移动速度。对于大坡度的斜坡，放慢扫描速度；对于缓坡的斜坡，加快扫描速度。保证对于大角度的斜坡也能够在坡面上扫描到与缓坡一样多的扫描点，实现大坡度具有一定的扫描精度。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (14)

1.一种螺纹轮廓扫描装置,其特征在于，包括：

测针（1），用于接触并扫描被测件的螺纹表面；

摆杆（2），所述测针（1）固定在所述摆杆（2）的一端并与摆杆（2）的轴向垂直；

转轴机构（3），所述摆杆（2）固定在所述转轴机构（3）上，并可绕转轴机构在与测针（1）平行的方向上摆动；

压力驱动机构（4），所述压力驱动机构（4）与所述摆杆（2）的另一端联接，并可驱动所述摆杆（2）绕转轴机构（3）轴向转动，以通过所述摆杆（2）给所述测针（1）施加压力在被测件上；

测力机构（5），所述测力机构（5）与转轴机构（3）固定在一起，用于实时测量用于反映所述测针（1）施加在被测件上的力的物理量；

拉力驱动机构，所述拉力驱动机构与所述测力机构（5）连接，通过所述测力机构（5）给测针（1）施加沿被测件扫描方向的拉力；

以及控制器（6），所述控制器分别与所述测力机构（5）、压力驱动机构（4）和拉力驱动机构电连接，用于实时获取测力机构（5）的测量结果，并根据测量结果控制所述驱动机构（4）调节测针（1）施加在被测件上的压力。

2.如权利要求1所述的螺纹轮廓扫描装置，其特征在于，所述测力机构（5）用于实时测量用于反映所述测针（1）施加在被测件上的沿扫描方向的拉力值（F）的物理量。

3.如权利要求2所述的螺纹轮廓扫描装置，其特征在于，所述控制器根据测力机构（5）的测量结果，控制所述驱动机构（4）调节测针（1）施加在被测件上的压力值（G），以使拉力值（F）和压力值（G）的合力值（N^‘）在预设范围内。

4.如权利要求1所述的螺纹轮廓扫描装置，其特征在于，所述转轴机构（3）包括固定座（31）、轴承（32）、转轴（33）和转动块（34），所述固定座（31）固定在所述测力机构（5）上，所述轴承（32）固定在所述固定座（31）上，所述转轴（33）穿插在所述轴承（32）上，所述转动块（34）固定在所述转轴（33）上，所述摆杆（2）固定在所述转动块（34）上。

5.如权利要求4所述的螺纹轮廓扫描装置，其特征在于，所述转轴机构（3）还包括2个顶球（35），所述顶球（35）固定在所述固定座（31）上，且2个顶球（35）分别顶压在所述转轴（33）的两端。

6.如权利要求4所述的螺纹轮廓扫描装置，其特征在于，所述轴承（32）为密珠轴承，所述密珠轴承包括滚珠滑套与套筒。

7.如权利要求1所述的螺纹轮廓扫描装置，其特征在于，所述驱动机构（4）为音圈电机。

8.如权利要求1-7中任一项所述的螺纹轮廓扫描装置，其特征在于，所述测力机构（5）包括第一滑动组件（51）、第二滑动组件（52）和位移传感器（53），第二滑动组件（52）与转轴机构（3）固定连接，第一滑动组件（51）和第二滑动组件（52）之间通过弹性件固定在一起，且第一滑动组件（51）和第二滑动组件（52）构成滑动副，所述位移传感器（53）沿第一滑动组件（51）和第二滑动组件（52）的滑动路径设置，用于检测第一滑动组件（51）和第二滑动组件（52）之间的相对位移；所述第一滑动组件（51）与拉力驱动机构连接。

9.如权利要求8所述的螺纹轮廓扫描装置，其特征在于，所述第一滑动组件（51）包括第一导轨（511）和滑台（512），所述滑台（512）可滑动地安装在所述第一导轨（511）上；所述第二滑动组件（52）包括第二导轨（521）、滑块（522）和弹簧（523），所述第二导轨（521）和弹簧（523）固定在所述滑台（512）上，所述第二导轨（521）和弹簧（523）与所述第一滑动组件（51）平行设置，所述滑块（522）可滑动地安装在所述第二导轨（521）上，第二导轨（521）固定在滑台（512），所述滑块（522）至少一端通过弹簧（523）与所述滑台（512）弹性连接；所述滑台（512）与所述拉力驱动机构连接，所述拉力驱动机构驱动所述滑台（512）在第一导轨（511）上滑动。

10.如权利要求9所述的螺纹轮廓扫描装置，其特征在于，所述滑块（522）两端分别通过所述弹簧（523）与所述滑台（512）弹性连接。

11.如权利要求8所述的螺纹轮廓扫描装置，其特征在于，所述位移传感器（53）包括第一位移传感器（531）和第二位移传感器（532），第一位移传感（531）器沿第一滑动组件（51）的滑动路径设置，用于检测第一滑动组件（51）的位移，第二位移传感器（532）沿第二滑动组件（52）的滑动路径设置，用于检测第二滑动组件（52）的位移。

12.如权利要求9所述的螺纹轮廓扫描装置，其特征在于，所述第一导轨（511）为气浮导轨和第二导轨（521）为交叉滚柱导轨或滚珠导轨。

13.如权利要求9所述的螺纹轮廓扫描装置，其特征在于，还包括第三位移传感器（7），所述第三位移传感器（7）固定在所述的滑块（522）上，并与所述控制器（6）电连接，用于监测所述摆杆（2）在与测针（1）平行的方向上的位移，生成相应的Z轴位移信号并传给所述控制器（6），所述控制器（6）根据获取的Z轴位移信号控制所述拉力驱动机构调节所述摆杆（2）的轴向移转动。

14.如权利要求13所述的螺纹轮廓扫描装置，其特征在于，所述第一位移传感器（531）和第二位移传感器（532）为直线光栅，所述第三位移传感器（7）为圆弧光栅。