CN105798809A - 一种优化小型精密检测用二维翻转装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于计量用工装技术领域，具体涉及一种优化小型精密检测用二维翻转装置，目的是解决现有二维转台使用中部框架支撑，对工件测量产生干扰的问题。它包括底板、对顶系统和工装夹具，其中，底板安装对顶系统，工装夹具安装在底板上方，用于安装待测工件；对顶系统安装在底板上，带动待测工件分别绕x和y两轴旋转，在多个工位精确定位，实现对待测工件多个面的检测。本发明采用使用双顶针系统的对顶系统和工装夹具，实现待测工件分别绕x和y轴精确翻转多个工位，可实现对待测工件多个面所需的检测进行有效定位，解决了现有二维转台使用中部框架支撑、对工件测量产生干扰的问题，重复定位精度可达0.01mm。

Description

一种优化小型精密检测用二维翻转装置

技术领域

本发明属于计量用工装技术领域，具体涉及一种优化小型精密检测用二维翻转装置。

背景技术

世界上的台转台是1945年由美国麻省理工学院仪表实验室(MITInstrumentationlab)研制成功的，定为A型转台，采用普通滚珠轴承，用交流力矩电机驱动，角位置测量元件采用滚珠与微动开关，由于采用的元件精度比较低，加上没有经验可以借鉴，该转台存在许多缺点，精度也只能达到角分级，实际上没有投入使用。随后，美国的欧思一伊利诺斯公司的菲克(Fecker)系统分公司又研制出了T-800型伺服转台，它标志着美国的转台设计已经达到了一个新水平。六十年代开始对转台的重要部件如轴承、驱动马达和监测元件进行了系统的改进，研制成功了专用于转台的空气轴承和液压轴承，大调速比、高精度的液压马达和高分辨率的检测元件，把转台的技术水平推向了一个新台阶。同时诞生了一些专业生产转台的公司，如美国的CGC(Contraves-GoerzCorporation现己改组)公司、Carco公司(CarcoElectronics，现已并入欧洲的Acutronic公司)、德国的MBB公司等。

按照转台台面所复现的角运动的自由度区分，可分为：单轴，双轴，三轴及五轴转台。其中二维转台在工业和军事上广泛应用。根据用途不同双轴精密伺服转台结构形式各不相同，二轴转台又可分为地平式、赤道式。地平式又分为U型结构、T型结构、球形结构。但无论哪种结构它们共同的特点是有两个正交的精密回转轴系及足够的系统刚度，其造价极其昂贵。另外，这种大型转台其中一个回转轴系往往由一中部框架支撑，这种与一个回转轴系相固定的框架支撑在用于小型工件的精密计量时，对工件的有效测量产生极大的干扰。

发明内容

本发明的目的是解决现有二维转台使用中部框架支撑，对工件测量产生干扰的问题，提供一种优化小型精密检测用二维翻转装置。

本发明是这样实现的：

一种小型精密检测用二维翻转装置，包括底板、对顶系统和工装夹具，其中，底板安装对顶系统，工装夹具安装在底板上方，用于安装待测工件；对顶系统安装在底板上，带动待测工件分别绕x和y两轴旋转，在多个工位精确定位，实现对待测工件多个面的检测。

所述的对顶系统包括两套顶针系统，两套顶针系统垂直安装；所述的每套顶针系统均包括顶针系统安装座、顶针伸缩单元、转动单元、精确定位单元和顶针；其中，顶针系统安装座为垂直于底板的矩形板，板上开孔，安装顶针伸缩单元；转动单元包括传动轮和传动条，传动条安装在传动轮下方；顶针伸缩单元包括一级套筒、滑动芯轴和无缝隙转动机构，一级套筒安装在传动轮内部，与传动轮一起转动，滑动芯轴安装在一级套筒内，无缝隙转动机构与一级套筒和滑动芯轴连接，将一级套筒的转动无缝隙传递给滑动芯轴，使其与一级套筒同步无隙转动；精确定位单元包括分度盘和定位器，分度盘为外缘开有若干豁口的圆盘，它套装在一级套筒外侧，与一级套筒一起转动，为其提供定位；定位器安装在底板上，在分度盘转动时将其固定；顶针的一端与滑动芯轴的尾部连接，当滑动芯轴伸出时，顶针顶紧工装夹具，将其固定。

所述的第一套顶针系统包括第一顶针系统安装座、第一顶针伸缩单元、第一转动单元、第一精确定位单元和第一顶针；所述的第一顶针系统安装座安装在底板一侧，第一顶针系统安装座的长棱方向与底板的短边方向平行；第一顶针系统安装座为矩形板状，它固定在底板上，长边方向与底板的短边方向平行，第一顶针系统安装座上开有通孔，用于安装第一顶针伸缩单元；第一转动单元包括第一传动条和第一传动轮；其中，第一传动条为条带状，它的一端伸入第一传动轮下，与第一传动轮压紧。

所述的第一顶针伸缩单元包括第一一级套筒、第一滑动芯轴和无缝隙转动机构；其中，第一一级套筒为圆筒状，在它的中部上部开孔，它套装在第一滑动芯轴外，一端安装在第一传动轮的轴承内圈中，另一端穿过安装在第一安装座内板的通孔内的轴承内，它在第一传动轮的带动下转动；第一无缝隙转动机构包括第一二级套筒和第一滑轮组，第一二级套筒为“U”字形，第一二级套筒的顶部两侧高度不同，第一二级套筒内部套装在第一一级套筒外侧，随第一一级套筒转动；第一滑轮组包括一根回转轴和串联在回转轴顶部的两个滑轮；第一个滑轮和第二个滑轮分别与第一二级套筒的两侧滚动连接，回转轴的底部穿过第一一级套筒上的通孔安装在第一滑动芯轴上；第一滑动芯轴穿过第一安装座内板上的通孔。

所述的第一精确定位单元包括第一分度盘、第一定位器、第一主轴套筒、第一定位器链接片、第一传感器底板和第一定位气缸底板；其中，第一分度盘为在外侧面均布有若干个分度槽的圆盘状，它固定在第一一级套筒的外表面，一端顶在第一二级套筒上，另一端通过套装在第一一级套筒外侧的圆筒状部件与第一主轴套筒固定，限制其在第一主轴轴线方向的滑动，进而保证第一定位器在精确定位过程中精确顶入分度盘外侧面的分度槽内；第一定位器为带有底板的条板状结构，在板的前端设有锥形凸起，测量时，第一定位器的凸起卡在第一分度盘的分度槽中，实现精确定位。

所述的工装夹具由工件板和一对托板组成，工件板为“日”字形，在它的上端面上安装有三个定位点和三个定位销，三个定位点分别位于工件板上端面的外侧，三个定位销中一个位于中部，另外两个位于工件板上端面一侧；该工件板上与三个定位销相对的部分安装有一组夹紧摆杆，该组夹紧摆杆被夹紧摆杆定位螺钉固定在工件板主体上，对被定位后的待测工件主体从侧面进行夹紧。

所述的三个定位点均以螺旋的方式安装在工件板主体上，被定位工件的水平度可以通过对上述三个定位点高度的调节来实现。

它还包括磁环，磁环外套在三个支撑点的外侧。

所述的工件板主体外侧面设有若干个定位槽，用于从外界对该工件板进行装夹，或将该工件板连同其上所装夹的待测工件共同翻转实现多工位测量。

本发明的有益效果在于：

本发明采用使用双顶针系统的对顶系统和工装夹具，实现待测工件分别绕x和y轴精确翻转多个工位，从而可实现对待测工件多个面所需的检测进行有效定位，解决了现有二维转台使用中部框架支撑、对工件测量产生干扰的问题，重复定位精度可达0.01mm。

附图说明

图1是本发明的一种改进型小型精密检测用二维翻转装置的结构示意图；

图2是本发明的第一安装座内部结构原理图；

图3是本发明的工件板的结构示意图；

图4是本发明的待测工件4被装夹后的结构示意图。

图中：1.底板，2.工件板，3.第一托板，4.待测工件，5.第一顶针，6.第一顶针系统安装座，7.第二托板，8.第二顶针，9.第二顶针系统安装座，10.第一定位器，11.第一滑动芯轴，12.第一一级套筒，13.第一分度盘，14.第一滑轮组，15.第一传动轮，16.第一二级套筒，17.第一传动条，18.夹紧摆杆，19.夹紧摆杆定位螺钉，20.点位点，21.定位销，22.定位槽，23.包胶磁铁。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的一种优化小型精密检测用二维翻转装置进行介绍：

一种优化小型精密检测用二维翻转装置，包括底板1、对顶系统和工装夹具，其中，底板1为板状，底部安装在工作台上，用于安装对顶系统，它的中部开孔，在孔中安装透明板，作为图像观测窗口。工装夹具安装在底板1上方，用于安装待测工件4，工装夹具由工件板2、第一托板3和第二托板7组成，工件板为板状，外形与待测工件4的尺寸相一致，在工件板的外侧开有若干盲孔。对顶系统安装在底板上，用于带动待测工件分别绕x和y两轴旋转，在多个工位精确定位，实现对待测工件多个面的检测。

在本实施例中，对顶系统包括两套顶针系统，两套顶针系统垂直安装。每套顶针系统均包括顶针系统安装座、顶针伸缩单元、转动单元、精确定位单元和顶针。其中，顶针系统安装座为垂直于底板的矩形板，板上开孔，安装顶针伸缩单元；转动单元包括传动轮和传动条，传动条安装在传动轮下方；顶针伸缩单元包括一级套筒、滑动芯轴和无缝隙转动机构，一级套筒安装在传动轮内部，与传动轮一起转动，滑动芯轴安装在一级套筒内，无缝隙转动机构与一级套筒和滑动芯轴连接，将一级套筒的转动无缝隙传递给滑动芯轴，使其与一级套筒同步无隙转动；精确定位单元包括分度盘和定位器，分度盘为外缘开有若干豁口的圆盘，它套装在一级套筒外侧，与一级套筒一起转动，为其提供定位；定位器安装在底板上，在分度盘转动时将其固定；顶针的一端与滑动芯轴的尾部连接，当滑动芯轴伸出时，顶针顶紧工件板，将其固定。

工装夹具包括工件板和同一对托板，工件板整体与待测工件的形状一致，在工件板外侧相邻的侧面上开有盲孔，盲孔形状与顶针头部一致。托板安装在底板上，在顶针未固定工件板前支撑工件板，在顶针固定工件板后移出工件板旋转空间。

其中，顶针系统安装座为盒状，顶部开口，在其长棱所在的两个侧面上开有对应的通孔，用于安装顶针伸缩单元；安装座安装在底板上。转动单元安装在安装座内，延安装座长棱方向布置，与顶针伸缩单元连接，为顶针伸缩单元提供动力。精确定位单元安装在安装座长棱所在的侧面上，套装在顶针伸缩单元外侧，为工件板旋转精确定位。顶针的一端固定安装在顶针伸缩单元头部，另一端伸入工件板外侧盲孔内，带动工件板旋转定位。

如图1所示，在本发明的一个实施例中，底板1为矩形板状，长660mm，宽440mm，中部开有矩形通孔，在矩形通孔中安装透明PC板，以便对待测工件进行影像测量。

第一套顶针系统包括第一顶针系统安装座6、第一顶针伸缩单元、第一转动单元、第一精确定位单元、第一顶针5。其中，第一顶针系统安装座安装在底板1一侧，第一顶针系统安装座的长棱方向与底板1的短边方向平行。第一顶针系统安装座6上开有对应的通孔，用于安装第一顶针伸缩单元。第一转动单元包括第一传动条17和第一传动轮15。其中，第一传动条17为条带状，它的一端伸入第一传动轮15下，与第一传动轮15压紧。第一传动轮15包括转轮和轴承，转轮套装在轴承上。

第一顶针伸缩单元包括第一一级套筒12、第一滑动芯轴11和第一无缝隙转动机构。其中，第一一级套筒12为圆筒状，在它的中部上部开孔，它套装在第一滑动芯轴11外，一端安装在第一传动轮15的轴承内圈中，另一端穿过安装在第一安装座6的通孔内的轴承内，它在第一传动轮15的带动下转动。第一无缝隙转动机构包括第一二级套筒16和第一滑轮组14，第一二级套筒16为“U”字形，第一二级套筒16的顶部两侧高度不同，第一二级套筒16内部套装在第一一级套筒12外侧，随第一一级套筒12转动；第一分度盘13与第一一级套筒12相互固定，第一定位器10在第一分度盘13转动过程中将其固定。第一滑轮组14包括一根回转轴和串联在回转轴顶部的两个滑轮。第一个滑轮和第二个滑轮分别与第一二级套筒16的两侧滚动连接，回转轴的底部穿过第一一级套筒12上的通孔安装在第一滑动芯轴11上。第一滑动芯轴11穿过第一安装座6上的通孔。

第一精确定位单元包括第一分度盘17、第一定位器10。其中，第一分度盘13为在外侧面均布有4个分度槽的圆盘状，它固定在第一一级套筒12的外表面，一端顶在第一二级套筒16上，另一端通过套装在第一一级套筒12外侧的圆筒状部件与第一主轴套筒12固定，限制其在第一主轴轴线方向的滑动，进而保证第一定位器10在精确定位过程中精确顶入第一分度盘13外侧面的分度槽内。第一定位器10为带有底板的条板状结构，在板的前端设有锥形凸起，测量时，第一定位器10的凸起卡在第一分度盘13的分度槽中，实现精确定位。

第一顶针5的一端与第一滑动芯轴11的另一端连接，第一滑动芯轴11伸出后，第一顶针5的头部伸入工件板短边所在一侧的盲孔内。

第二套顶针系统包括第二顶针系统安装座、第二顶针伸缩单元、第二转动单元、第二精确定位单元和第二顶针。其中，第二顶针系统安装座安装在底板1另一侧，第二顶针系统安装座的长棱方向与底板1的短边方向垂直，第二顶针系统安装座所在的一侧与第一安装座安装第一分度盘13一侧侧面外部端面贴合；工作时第二顶针8顶入工件板2长棱所在一侧的盲孔内对其进行装夹。

第二顶针系统安装座9上开有对应的通孔，用于安装第二顶针伸缩单元。第二套顶针系统各单元组成和工作原理与第一套顶针系统完全一致。第二顶针系统的顶针的头部伸入工件板长边所在一侧的盲孔内。

工装夹具由工件板2和一对托板组成，工件板2为矩形板状，在底板及第二顶针系统安装座9上分别设有第一托板3和第二托板7，托板可移动，托板伸出或缩回分别为工件板2提供初步定位和翻转空间。测量前，第一托板3和第二托板7伸出，托板支撑工件板并对其进行初步定位。开始测量时，第一顶针5和第二顶针8同时伸出，固定连接工件板，第一托板3和第二托板7收回，为工件板旋转留出空间。

如图1、3所示，工件板2为“日”字形，在它的上端面上安装有三个定位点20和三个定位销21，三个定位点20分别位于工件板上端面的外侧，三个定位销21中一个位于中部，另外两个位于工件板上端面一侧，利用六点定位原理将待测工件进行完全定位。三个定位点20均以螺旋的方式安装在翻转工件板主体上，被定位工件4的水平度可以通过对上述三个定位点高度的调节来实现。该工件板2上与三个定位销21相对的部分安装有一组夹紧摆杆18，该组夹紧摆杆18被夹紧摆杆定位螺钉19固定在工件板主体上，对被定位后的工工件从侧面进行夹紧。工件板2主体外侧面设有定位槽22，用于从外界对该工件板进行夹紧，或将该工件板连同其上所装夹的待测工件共同翻转实现多工位测量。该工件板上开有镂空槽，在最大限度上为待测工件各部位的检测提供可能。

如图4所示，为待测工件4被装夹后的示意图，工件4上表面放置有包胶磁铁23将待测工件向下压紧，该压紧力取决于包胶磁铁23和固定在工件板主体上的磁环。该磁环外套在三个支撑点20的外侧，在最大程度上避免了因磁力偏离支撑点而造导致的待测工件的变形。

工作时，将待测工件4定位于工件板2上，将定位有工件4的工件板2放在托板上；托板可对工件板2进行初定位，使其始终处于两顶针可自动夹紧的范围之内。

对工件板2进行初步装夹后，根据所需要的翻转方向，使与其相关联的一顶针伸出，另外一组顶针及托板收回。工件可绕已顶出的顶针轴线方向翻转至分度盘所决定的多个工位中的任意一个并进行精确定位。

工件的精确翻转分为初步翻转及精确定位两个过程。

初步翻转过程中传动条直线伸出，带动传动轮转过一个检测工位所需的初步角度。传动轮可带动一级套筒单向转动，进而通过滑轮组带动滑动芯轴及待测工件同步且无隙转动一个检测工位所需的初步角度。

初步翻转过程结束后，将定位器顶入分度槽实现精确定位。整个过程一级套筒和二级套筒相互固定，二级套筒可通过滑轮组带动滑动芯轴实现略小于分度盘侧面相邻分度槽间隔角度的无隙翻转，进而带动顶针及待测工件实现无隙翻转精确定位，且由于传动轮与一级套筒相对转动的单向性使精确定位过程的微小转动与为初步旋转提供动力的传动系统互不干涉。

在其它实施例中，通过在该装置内设传感器组，可对翻转过程的每个工位进行有效识别；当传动因意外出错时，传感器会识别该信息并给出报警信号。

该发明可实现任意位置的翻转及定位。两个方向翻转原理相同，当需要换向翻转时，工件会回到复位状态即人工放置工件板2的初始位置，然后变更另外一顶针进行换向翻转；换向过程定位器处于锁紧状态，滑动芯轴可实现无转动伸缩，从而保证换向过程顶针与工件板精密配合。

本装置采用对顶系统和工装夹具，实现待测工件分别绕x和y轴精确翻转多个工位，实现对待测工件多个面所需的检测进行有效定位，解决了现有二维转台使用中部框架支撑、对工件测量产生干扰的问题，重复定位精度可达0.01mm。

Claims (9)

1.一种优化小型精密检测用二维翻转装置，包括底板、对顶系统和工装夹具，其中，底板安装对顶系统，工装夹具安装在底板上方，用于安装待测工件；对顶系统安装在底板上，带动待测工件分别绕x和y两轴旋转，在多个工位精确定位，实现对待测工件多个面的检测。

2.根据权利要求1所述的一种优化小型精密检测用二维翻转装置，其特征在于：所述的对顶系统包括两套顶针系统，两套顶针系统垂直安装；所述的每套顶针系统均包括顶针系统安装座、顶针伸缩单元、转动单元、精确定位单元和顶针；其中，顶针系统安装座为垂直于底板的矩形板，板上开孔，安装顶针伸缩单元；转动单元包括传动轮和传动条，传动条安装在传动轮下方；顶针伸缩单元包括一级套筒、滑动芯轴和无缝隙转动机构，一级套筒安装在传动轮内部，与传动轮一起转动，滑动芯轴安装在一级套筒内，无缝隙转动机构与一级套筒和滑动芯轴连接，将一级套筒的转动无缝隙传递给滑动芯轴，使其与一级套筒同步无隙转动；精确定位单元包括分度盘和定位器，分度盘为外缘开有若干豁口的圆盘，它套装在一级套筒外侧，与一级套筒一起转动，为其提供定位；定位器安装在底板上，在分度盘转动时将其固定；顶针的一端与滑动芯轴的尾部连接，当滑动芯轴伸出时，顶针顶紧工件板，将其固定。

3.根据权利要求2所述的一种优化小型精密检测用二维翻转装置，其特征在于：所述的第一套顶针系统包括第一顶针系统安装座（6）、第一顶针伸缩单元、第一转动单元、第一精确定位单元和第一顶针（5）；所述的第一顶针系统安装座安装在底板（1）一侧，第一顶针系统安装座（6）的长棱方向与底板（1）的短边方向平行；第一顶针系统安装座（6）固定在底板（1）上，长边方向与底板（1）的短边方向平行，第一顶针系统安装座（6）上开有通孔，用于安装第一顶针伸缩单元；第一转动单元包括第一传动条（17）和第一传动轮（15）；其中，第一传动条（17）为条带状，它的一端伸入第一传动轮（15）下，与第一传动轮（15）压紧。

4.根据权利要求3所述的一种优化小型精密检测用二维翻转装置，其特征在于：所述的第一顶针伸缩单元包括第一一级套筒（12）、第一滑动芯轴（11）和第一无缝隙转动机构；其中，第一一级套筒（12）为圆筒状，在它的中部上部开孔，它套装在第一滑动芯轴（11）外，一端安装在第一传动轮（15）的轴承内圈中，另一端穿过安装在第一顶针系统安装座（6）的通孔内的轴承内，它在第一传动轮（15）的带动下转动；第一无缝隙转动机构包括第一二级套筒（16）和第一滑轮组（14），第一二级套筒（16）为“U”字形，第一二级套筒（16）的顶部两侧高度不同，第一二级套筒（16）内部套装在第一一级套筒（12）外侧，随第一一级套筒（12）转动；第一滑轮组（14）包括一根回转轴和串联在回转轴顶部的两个滑轮；第一个滑轮和第二个滑轮分别与第一二级套筒（16）的两侧滚动连接，回转轴的底部穿过第一一级套筒（12）上的通孔安装在第一滑动芯轴（11）上；第一滑动芯轴（11）穿过第一顶针系统安装座（6）上的通孔。

5.根据权利要求4所述的一种优化小型精密检测用二维翻转装置，其特征在于：所述的第一精确定位单元包括第一分度盘（13）、第一定位器（10）、第一主轴套筒（12）；其中，第一分度盘（13）为在外侧面均布有4个分度槽的圆盘状，它固定在第一一级套筒（12）的外表面，一端顶在第一二级套筒（12）上，另一端通过套装在第一一级套筒（12）外侧的圆筒状部件与第一一级套筒（12）固定，限制其在第一主轴轴线方向的滑动，进而保证第一定位器（10）在精确定位过程中精确顶入第一分度盘（13）外侧面的分度槽内；第一定位器（10）为带有底板的条板状结构，在板的前端设有锥形凸起，测量时，第一定位器（10）的凸起卡在第一分度盘（13）的分度槽中，实现精确定位。

6.根据权利要求1所述的一种优化小型精密检测用二维翻转装置，其特征在于：所述的工件板2为“日”字形，在它的上端面上安装有三个定位点（20）和三个定位销（21），三个定位点（20）分别位于工件板（2）上端面的外侧，三个定位销（21）中一个位于中部，另外两个位于工件板（2）上端面一侧；该工件板（2）上与三个定位销（21）相对的部分安装有一组夹紧摆杆（18），该组夹紧摆杆被夹紧摆杆定位螺钉（19）固定在工件板（2）主体上，对被定位后的待测工件（4）从侧面进行夹紧。

7.根据权利要求6所述的一种优化小型精密检测用二维翻转装置，其特征在于：所述的三个定位点（20）均以螺旋的方式安装在工件板（2）主体上，被定位工件（4）的水平度可以通过对上述三个定位点高度的调节来实现。

8.根据权利要求7所述的一种优化小型精密检测用二维翻转装置，其特征在于：它还包括磁环，磁环外套在三个支撑点（20）的外侧。

9.根据权利要求7所述的一种优化小型精密检测用二维翻转装置，其特征在于：所述的工件板（2）主体外侧面设有若干个定位槽，用于从外界对该工件板（2）进行夹紧，或将该工件板连同其上所装夹的待测工件（4）共同翻转实现多工位测量。