CN105067460B - 自适应硬度测量机 - Google Patents
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Abstract
自适应硬度测量机，克服了现有硬度测量机无法自动适应被测物体形状、尺寸偏差以及相对于硬度测量施力单元的姿态偏差的技术问题，特征是在C型钳上安装纵向转轴，纵向转轴与十字架铰接，十字架与竖直滑台铰接，竖直滑台上固定连接第一滚动导轨滑块，并通过第一滚动导轨轨道与水平滑台滑动连接，竖直滑台和水平滑台之间安装缓冲器，有益效果是，采用机械式的三自由度或四自由度自适应系统，使整个硬度测量机可以自动适应被测物体形状、尺寸偏差以及相对于硬度测量施力单元的姿态偏差，能够自动保证硬度测量试验力的施加方向垂直于被测量表面，特别适用于生产流水线上对批量工件进行自动硬度检测。
Description
技术领域
本发明属于硬度检测设备技术领域，特别是涉及一种自适应硬度测量机。
背景技术
目前，采用静力试验法对金属材料及制品的硬度检测的设备，按使用场合可以分为实验室机型和生产现场机型两种，其中实验室机型主要针对原材料的检测或从制成品上切割下来的样块的检测；生产现场机型主要针对制成品和半成品的直接硬度检测。生产现场检测机型要满足以下几个要求：第一，可以稳定的夹持或支撑被检测的物体；第二，要保证被检测物体被检测表面垂直于硬度测量施力单元主轴线，也就是要保证试验力是垂直加载到被检测物体的被检测表面上；第三，要具有较强的适应性和检测效率，当被检测物体的形状、尺寸和摆放姿态有一定的分散性的情况下，要满足第一项和第二项要求，并且实现第一项和第二项要求的效率要高，采用的手段要简单可靠。
现有生产现场机型在解决工件支撑和夹持方面，一般采用水平工作台作为被测物体的支撑面，该支撑面垂直于硬度测量施力单元主轴线，但对于异形表面，如不采用特别的夹具则无法形成稳定的支撑，而采用特别的夹具固定工件在生产流水线上使用时，由于产品规格变化比较频繁，无法迅速更换或调整夹具，使这种工作台作为支撑面的技术方案在使用时存在效率低和操作不方便的问题；如采用自动化程度较高的夹具，又存在成本高、维护复杂和可靠性低的问题。另外夹具和现场流水线传输装置之间衔接也是问题，因为当被测物体的质量较大时移动和传输都很困难。此外，采用工作台作为支撑面测量硬度普遍采用的是硬度测量施力单元由上向下的方向工作，如果被测物在流水线上的传输方向是被测面向下，则需要额外配置翻转机构来解决这个问题。
在现场机型中也有将工作台垂直布置而将硬度测量施力单元主轴线水平布置的技术方案，采用这种方案时也要有夹持机构负责将被测物夹持并纠正被测物的姿态，以使被测表面保证垂直于硬度测量施力单元主轴线。但是，对于质量较大的被测物，做这个纠正动作时需要较大的动力，而且同时要求设备本身具有较大的刚度和强度。这种方案在长期使用过程中夹持的精度会逐渐丧失，导致硬度测量不准确。
上述两种方案都要求在测量硬度前对被测物进行准确定位和姿态调整，而测量机硬度测量施力单元是基本静止的，现有硬度测量设备无法自动适应被测物体形状、尺寸偏差以及相对于硬度测量施力单元的姿态偏差的技术问题。
发明内容
本发明所要解决的问题是，克服现有技术的不足之处，为解决现有硬度测量设备无法动态适应被测物体形状和尺寸偏差以及相对于硬度测量施力单元的姿态偏差的技术问题，提供一种自适应硬度测量机。
本发明采用的技术方案包括C型钳，C型钳的第一端设置有第一固定套筒，C型钳的第二端设置有第二固定套筒，在第二固定套筒内部安装硬度测量施力单元，在C型钳上固定安装纵向转轴，纵向转轴与十字架铰接，十字架与竖直滑台铰接，竖直滑台与水平滑台滑动连接，所述纵向转轴与第一轴承的内圈固定连接，第一轴承的外圈与十字架固定连接，形成纵向转轴与十字架的铰接结构，所述十字架与第二轴承和第三轴承的内圈固定连接，第二轴承和第三轴承的外圈与竖直滑台固定连接，形成十字架与竖直滑台的铰接结构，所述竖直滑台上固定连接第一滚动导轨滑块，并通过第一滚动导轨轨道与水平滑台滑动连接，竖直滑台和水平滑台之间安装缓冲器，使Ｃ型钳、硬度测量施力单元在接触工件之前处于悬浮状态，由水平滑台、竖直滑台、纵向转轴、十字架构成的位置保持调整系统，使整个硬度测量机可以自动的适应被测物体形状、尺寸偏差以及相对于硬度测量施力单元的姿态偏差，实现在生产流水线上的连续自动检测。
所述水平滑台通过第二滚动导轨轨道和第二滚动导轨滑块安装在底座上，其中第二滚动导轨轨道固定连接在底座上，第二滚动导轨滑块固定连接在水平滑台上，所述水平滑台与底座滑动连接，水平滑台上安装电机，电机的输出轴上安装驱动齿轮，在底座上安装与驱动齿轮啮合的齿条通过驱动齿轮在齿条上的滚动驱动水平滑台平移，由水平滑台、竖直滑台、纵向转轴、十字架和电机及在底座上安装的驱动齿轮及齿条组成的水平滑台驱动机构构成位置保持调整系统。
所述竖直滑台包括竖直滑台U型上板和竖直滑台U型立板，竖直滑台U型上板与竖直滑台U型立板相互垂直并固定连接，竖直滑台U型上板与竖直滑台U型立板之间形成一个C型钳活动腔，在竖直滑台U型上板上表面固定连接十字架轴座，所述竖直滑台U型上板与竖直滑台U型立板相互垂直并固定连接后，在前后两侧固定连接竖直滑台筋板，在竖直滑台U型立板上设有竖直滑台立板减重孔，在竖直滑台筋板上设有竖直滑台筋板减重孔。
所述水平滑台包括水平滑台平板和水平滑台U型立板，水平滑台平板和水平滑台U型立板互相垂直并固定连接，所述水平滑台U型立板的U型空间作为C型钳的活动空间，所述水平滑台平板和水平滑台U型立板互相垂直固定连接后，在左右两侧固定连接水平滑台筋板。
所述硬度测量施力单元的端面与第二固定套筒之间设有密封圈；所述密封圈的中心孔套在硬度测量施力单元的球座的环形凹槽内，并用螺母压紧；密封圈的外圈依靠材料自身的弹性与第二固定套筒的内壁压紧在一起。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
（1）本发明采用机械式的三自由度或四自由度自适应系统，由水平滑台、竖直滑台、纵向转轴、十字架构成的位置保持调整系统，使硬度测量施力单元有三个或四个自由度，这三个或四个自由度的存在，使整个硬度测量机可以自动的适应被测物体形状、尺寸偏差以及相对于硬度测量施力单元的姿态偏差，可以不借助复杂的控制系统和传感器，用机械方法自动调整硬度测量施力单元的主轴线与被测表面的垂直度；由于测量机本身是可以自动适应被测物的姿态和尺寸，而被测物相对静止，所以也不需要采用辅助的夹具给工件定位，不需要采用翻转机构调整被测物的姿态，特别是对于质量较大的被测物也不需要采用很大的动力去纠正被测物的位置偏差和特别的传输机构，只要将测量机安装在现有生产线上即可，解决了硬度测量的精度需求和生产现场存在的不确定性之间的矛盾，为快速可靠的现场硬度检测，特别是应用在生产流水线上的连续自动检测提供了可靠的保证。
（2）本发明缓冲器的作用是为了克服系统自重，使Ｃ型钳、硬度测量施力单元在接触工件之前处于悬浮状态，当Ｃ型钳上的伸缩压紧机构压紧被测物时，竖直滑台会自动上升，同时Ｃ型钳自动旋转以适应被测物的姿态和尺寸，在这两个自动完成的动作后，硬度测量施力单元的主轴线自动的到达与被测物被测面垂直的位置，即能够自动保证硬度测量试验力的施加方向垂直于被测表面，这样就能保证硬度测量的准确性，并且由于采用了缓冲器，克服了系统自重，使得C型钳的自动动作不需要很大的动力，特别适用于生产流水线上对批量工件进行自动硬度检测。
（3）本发明在硬度测量施力单元端面与第二固定套筒之间设有密封圈，当被测物在流水线上的传输姿态是被测面向下时，密封圈具有防止灰尘和金属切屑进入硬度测量施力单元的功能，提高了系统的可靠性和使用寿命；
（4）本发明采用竖直滑台U型上板和竖直滑台U型立板相互垂直并固定连接，在竖直滑台U型上板与竖直滑台U型立板之间形成一个C型钳活动腔，同时采用水平滑台平板和水平滑台U型立板互相垂直并固定连接，水平滑台U型立板的U型空间作为C型钳的活动空间，保证了C型钳的活动自如，从而实现了用机械方法自动调整硬度测量施力单元的主轴线与被测表面的垂直度。
（5）本发明可以应用在被测物在流水线上的传输姿态被测面向下时，也可以应用在被测物在流水线上的传输姿态被测面向上时，只要将C型钳卸下翻转180 º再安装在纵向转轴上即可。
附图说明
图1是本发明的主视图；
图2是图1的A—A剖视图；
图3是图1的B—B剖视图；
图4是本发明的立体结构示意图；
图5是本发明竖直滑台的立体结构放大示意图；
图6是图1的C部放大图；
图7是本发明应用于铸钢车轮生产线的立体结构示意图。
图中：
1. C型钳，
1-1. 第一固定套筒，1-2. 第二固定套筒，
2. 纵向转轴，
3. 十字架，
4. 竖直滑台，
4-1. 竖直滑台U型上板，
4-2.竖直滑台 U型立板，
4-2-1.竖直滑台U型上板减重孔，
4-3. 竖直滑台筋板，
4-3-1.竖直滑台筋板减重孔，
4-4. C型钳活动腔，4-5. 十字架轴座，
5. 水平滑台,
5-1. 水平滑台平板，5-2. 水平滑台U型立板，5-3.水平滑台筋板，
6. 螺杆，7. 螺母，8. 伸缩压紧筒，
9. 硬度测量施力单元，10. 缓冲器，11. 压紧盘，
12. 电机，13. 齿条，14. 驱动齿轮，
15. 底座，16. 第二滚动导轨轨道，17. 第二滚动导轨滑块，
18. 第一滚动导轨轨道，19. 第一滚动导轨滑块，
20. 第二轴承，21. 第三轴承，
22.第一轴承，23. 密封圈，24.铸钢车轮。
具体实施方式
下面结合附图提供本发明的具体实施方式。
具体实施方式1
如图1、图2、图3、图4和图6所示，本发明包括C型钳1，所述 C型钳1的第一端设置有第一固定套筒1-1，在第一固定套筒1-1内部安装伸缩压紧机构，伸缩压紧机构中的螺杆6上套装螺母7和伸缩压紧筒8，螺母7与螺杆6构成螺旋传动副，伸缩压紧筒8与螺母7固定连接在一起，伸缩压紧筒8底部固定连接压紧盘11，所述C型钳1的第二端设置有第二固定套筒1-2，在第二固定套筒1-2内部安装硬度测量施力单元9，所述硬度测量施力单元9的轴线与压紧盘11的端面垂直，硬度测量施力单元9的端面与第二固定套筒1-2之间设有密封圈23，所述密封圈23 的中心孔套在硬度测量施力单元9 的球座的环形凹槽内，并用螺母压紧；密封圈23 的外圈依靠材料自身的弹性与第二固定套筒1-2 的内壁压紧在一起，从而具有防止灰尘和金属切屑进入硬度测量施力单元9的功能，提高了系统的可靠性和使用寿命；在C型钳1左侧中部固定安装纵向转轴2，所述纵向转轴2与第一轴承22 的内圈固定连接，第一轴承22的外圈与十字架3固定连接，形成纵向转轴2与十字架3的铰接结构，所述十字架3与第二轴承20和第三轴承21的内圈固定连接，第二轴承20和第三轴承21 的外圈与竖直滑台4的十字架轴座4-5固定连接，形成十字架3与竖直滑台4的铰接结构，十字架3可以相对纵向转轴2旋转，由于C型钳1固定安装在纵向转轴2上，所以C型钳1可以相对十字架3旋转；竖直滑台4的竖直滑台 U型立板4-2上固定连接第一滚动导轨滑块19，并通过第一滚动导轨轨道18与水平滑台5滑动连接，竖直滑台4和水平滑台5之间安装缓冲器10。
如图5所示，所述竖直滑台4包括竖直滑台U型上板4-1和竖直滑台U型立板4-2,其中竖直滑台U型上板4-1与竖直滑台U型立板4-2相互垂直并固定连接，为了加强竖直滑台4的稳定性，竖直滑台U型上板4-1与竖直滑台U型立板4-2相互垂直并固定连接后，在前后两侧固定连接竖直滑台筋板4-3，竖直滑台U型上板4-1与竖直滑台U型立板4-2之间形成一个C型钳活动腔4-4，在竖直滑台U型上板4-1上表面左侧中部固定连接十字架轴座4-5，为了减轻重量，在竖直滑台U型立板4-2上设有竖直滑台立板减重孔4-2-1，在竖直滑台筋板4-3上设有竖直滑台筋板减重孔4-3-1。
如图3和图4所示，所述水平滑台5包括水平滑台平板5-1和水平滑台U型立板5-2，其中水平滑台平板5-1和水平滑台U型立板5-2互相垂直固定连接，为了加强水平滑台5的稳定性，所述水平滑台平板5-1和水平滑台U型立板5-2互相垂直固定连接后，在左右两侧固定连接水平滑台筋板5-3，所述水平滑台U型立板5-2的U型空间作为C型钳1的活动空间。
本发明采用机械式的三自由度自适应系统，由水平滑台、竖直滑台、纵向转轴、十字架构成的位置保持调整系统，使硬度测量施力单元有三个自由度，这三个自由度的存在，使整个硬度测量机可以自动的适应被测物体形状、尺寸偏差以及相对于硬度测量施力单元的姿态偏差，可以不借助复杂的控制系统和传感器，用机械方法自动调整硬度测量施力单元的主轴线与被测表面的垂直度；由于测量机本身是可以自动适应被测物的姿态和尺寸，而被测物相对静止，所以也不需要采用辅助的夹具给工件定位，不需要采用翻转机构调整被测物的姿态，特别是对于质量较大的被测物也不需要采用很大的动力去纠正被测物的位置偏差和特别的传输机构，只要将测量机安装在现有生产线上即可，解决了硬度测量的精度需求和生产现场存在的不确定性之间的矛盾，为快速可靠的现场硬度检测，特别是应用在生产流水线上的连续自动检测提供了可靠的保证。
具体实施方式2
如图1～图4所示，与具体实施方式1相同，区别在于水平滑台5通过第二滚动导轨轨道16和第二滚动导轨滑块17安装在底座15上，其中第二滚动导轨轨道16固定连接在底座15上，第二滚动导轨滑块17固定连接在水平滑台5的平板5-1上，所述水平滑台（5）与底座（15）滑动连接，水平滑台5的水平滑台平板5-1上安装电机12，电机12的输出轴上安装驱动齿轮14，在底座15上安装与驱动齿轮14啮合的齿条13，通过驱动齿轮14在齿条13上的滚动驱动水平滑台5平移。
本发明采用机械式的四自由度自适应系统，由水平滑台、竖直滑台、纵向转轴、十字架和由水平滑台平板5-1上安装的电机12、电机12的输出轴上安装的驱动齿轮14及在底座15上安装的与驱动齿轮14啮合的齿条13组成的水平滑台驱动机构构成的位置保持调整系统，使硬度测量施力单元有四个自由度，这四个自由度的存在，使整个硬度测量机可以自动的适应被测物体形状、尺寸偏差以及相对于硬度测量施力单元的姿态偏差，可以不借助复杂的控制系统和传感器，用机械方法自动调整硬度测量施力单元的主轴线与被测表面的垂直度；由于测量机本身是可以自动适应被测物的姿态和尺寸，而被测物相对静止，所以也不需要采用辅助的夹具给工件定位，不需要采用翻转机构调整被测物的姿态，特别是对于质量较大的被测物也不需要采用很大的动力去纠正被测物的位置偏差和特别的传输机构，只要将测量机安装在现有生产线上即可，解决了硬度测量的精度需求和生产现场存在的不确定性之间的矛盾，为快速可靠的现场硬度检测，特别是应用在生产流水线上的连续自动检测提供了可靠的保证。
图6是本发明应用于铸钢车轮生产线的立体结构示意图；如图6所示。当底面为平面的铸钢车轮24被传递到硬度检测区域后，外围辅助机械对铸钢车轮进行初定位，此时C型钳1的第一固定套筒1-1内的伸缩压紧筒8处于缩回状态，第二固定套筒1-2内部的硬度测量施力单元9也处于缩回状态，水平滑台5在电机12的驱动下将C型钳1送到被检测铸钢车轮24处，使硬度测量施力单元9到达铸钢车轮24的被检测部位，此时第一固定套筒1-1内的伸缩压紧筒8伸出，由于竖直滑台4是通过缓冲器10悬浮在水平滑台5上的，在伸缩压紧筒8上的压紧盘11接触铸钢车轮24后，竖直滑台4会自动上升，直到压紧盘11压紧铸钢车轮24；在压紧盘11压紧铸钢车轮24的同时，C型钳1会自动的绕着纵向转轴2和十字架轴座4-5旋转，自动适应铸钢车轮24的形状、尺寸偏差以及相对于度测量施力单元9的姿态偏差，这样就能保证硬度测量施力单元9的轴线与铸钢车轮24的被测表面垂直，之后，硬度测量施力单元9伸出，开始对铸钢车轮24进行硬度测量，硬度测量结束后，硬度测量施力单元9缩回到初始位置。
Claims (5)
1.自适应硬度测量机，包括C型钳（1），C型钳（1）的第一端设置有第一固定套筒（1-1），C型钳（1）的第二端设置有第二固定套筒（1-2），在第二固定套筒（1-2）内部安装硬度测量施力单元（9），在C型钳（1）上固定安装纵向转轴（2），纵向转轴（2）与十字架（3）铰接，十字架（3）与竖直滑台（4）铰接，竖直滑台（4）与水平滑台（5）滑动连接，其特征在于，所述纵向转轴（2）与第一轴承（22）的内圈固定连接，第一轴承（22）的外圈与十字架（3）固定连接，形成纵向转轴（2）与十字架（3）的铰接结构，所述十字架（3）与第二轴承（20）和第三轴承（21）的内圈固定连接，第二轴承（20）和第三轴承（21）的外圈与竖直滑台（4）固定连接，形成十字架（3）与竖直滑台（4）的铰接结构，所述竖直滑台（4）上固定连接第一滚动导轨滑块（19），并通过第一滚动导轨轨道（18）与水平滑台（5）滑动连接，竖直滑台（4）和水平滑台（5）之间安装缓冲器（10），使Ｃ型钳（1）、硬度测量施力单元（9）在接触工件之前处于悬浮状态，由水平滑台（5）、竖直滑台（4）、纵向转轴（2）、十字架（3）构成的位置保持调整系统，使整个硬度测量机可以自动的适应被测物体形状、尺寸偏差以及相对于硬度测量施力单元的姿态偏差，实现在生产流水线上的连续自动检测。
2.根据权利要求1所述自适应硬度测量机，其特征在于，所述水平滑台（5）通过第二滚动导轨轨道（16）和第二滚动导轨滑块（17）安装在底座（15）上，其中第二滚动导轨轨道（16）固定连接在底座（15）上，第二滚动导轨滑块（17）固定连接在水平滑台（5）上，所述水平滑台（5）与底座（15）滑动连接，水平滑台（5）上安装电机（12），电机（12）的输出轴上安装驱动齿轮（14），在底座（15）上安装与驱动齿轮（14）啮合的齿条（13）通过驱动齿轮（14）在齿条（13）上的滚动驱动水平滑台（5）平移，由水平滑台（5）、竖直滑台（4）、纵向转轴（2）、十字架（3）和电机（12）及在底座（15）上安装的驱动齿轮（14）及齿条（13）组成的水平滑台驱动机构构成位置保持调整系统。
3.根据权利要求1或2所述自适应硬度测量机，其特征在于，所述竖直滑台（4）包括竖直滑台U型上板（4-1）和竖直滑台U型立板（4-2），竖直滑台U型上板（4-1）与竖直滑台U型立板（4-2）相互垂直并固定连接，竖直滑台U型上板（4-1）与竖直滑台U型立板（4-2）之间形成一个C型钳活动腔（4-4），在竖直滑台U型上板（4-1）上表面固定连接十字架轴座（4-5），所述竖直滑台U型上板（4-1）与竖直滑台U型立板（4-2）相互垂直并固定连接后，在前后两侧固定连接竖直滑台筋板（4-3），在竖直滑台U型立板（4-2）上设有竖直滑台立板减重孔（4-2-1），在竖直滑台筋板（4-3）上设有竖直滑台筋板减重孔（4-3-1）。
4.根据权利要求1或2所述自适应硬度测量机，其特征在于，所述水平滑台（5）包括水平滑台平板（5-1）和水平滑台U型立板（5-2），水平滑台平板（5-1）和水平滑台U型立板（5-2）互相垂直并固定连接，所述水平滑台U型立板（5-2）的U型空间作为C型钳（1）的活动空间，所述水平滑台平板（5-1）和水平滑台U型立板（5-2）互相垂直固定连接后，在左右两侧固定连接水平滑台筋板（5-3）。
5.根据权利要求1或2所述自适应硬度测量机，其特征在于，所述硬度测量施力单元（9）的端面与第二固定套筒（1-2）之间设有密封圈（23）；所述密封圈（23）的中心孔套在硬度测量施力单元（9 ）的球座的环形凹槽内，并用螺母压紧；密封圈（23）的外圈依靠材料自身的弹性与第二固定套筒（1-2 ）的内壁压紧在一起。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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