CN106767385A - 一种便携式高精度内圆孔轮廓误差自动测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种便携式高精度内圆孔轮廓误差自动测量装置，包括固定于被测孔的端面的支撑架，支撑架上设有实现本发明装置初步定心的刻度标识；支撑架上通过吸附在被测孔端面的电磁吸盘实现与被测孔的固联；支撑架上固定有XY轴位移平台，XY轴位移平台上固定有超声电机，超声电机的旋转轴穿过XY轴位移平台的中心孔与倒T形的测量杆的竖直杆上端固定连接；测量杆的水平杆的一端设有电涡流位移传感器，另一端设有用于平衡所述电涡流位移传感器重量与测量杆的水平杆重量的配重装置；测量杆的竖直杆上设有当测量杆旋转时可保证导线不会缠绕而影响测量的导电滑环。本发明可以实现内圆孔轮廓误差的精确、高效测量，具有携带方便、测量精度高、工作效率高等特点。

Description

一种便携式高精度内圆孔轮廓误差自动测量装置

技术领域

本发明涉及内圆孔的轮廓误差测量，具体涉及一种便携式高精度内圆孔轮廓误差自动测量装置。

背景技术

在涉及到内圆孔工件的加工过程中，由于制造水平有限，在进行后续的加工工序时，必须对其内径、圆度等参数进行检测，此工序直接关系到工件的生产效率和加工质量。零件中内圆孔部位一般被用作为配合基准，其尺寸是否在误差允许范围内是判定该零件是否合格的主要标准之一，因此精确测量内孔参数是制造过程中重要流程。

在检测技术方面，测量方式主要有接触式测量和非接触式测量两种方式。目前国内大部分采用接触式测量，传统的接触式测量方法即为采用卡尺测量的方法，该方法测量精度低、受人为因素影响较大、测量效率不高、容易损伤产品表面，且只能获取单一直径尺寸，无法获得圆孔整体误差，对圆孔的轮廓细节无法实现测量与检验，不能满足机械制造企业的高精度、自动化测量要求。非接触测量主要是基于光、电、磁原理的基础上进行设计实现的，目前已经取得了很大的进步，有效的提高了内孔工件的轮廓误差检测效率与精度，提升了产品生产质量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高效、高精度的便携式内圆孔轮廓误差自动测量装置。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种便携式高精度内圆孔轮廓误差自动测量装置，包括固定于被测孔的端面的支撑架，所述支撑架上设有实现该便携式高精度内圆孔轮廓误差自动测量装置初步定心的刻度标识；支撑架上设有通过吸附在被测孔端面实现支撑架与被测孔固联的电磁吸盘；所述支撑架上固定有XY轴位移平台，所述XY轴位移平台上固定有超声电机，所述超声电机的旋转轴穿过XY轴位移平台的中心孔与倒T形的测量杆的竖直杆上端固定连接；所述测量杆的水平杆的一端设有电涡流位移传感器，另一端设有用于平衡所述电涡流位移传感器重量与测量杆的水平杆重量的配重装置；所述测量杆的竖直杆上设有当测量杆旋转时可保证导线不会缠绕而影响测量的导电滑环。

上述电磁吸盘与工业计算机电连接，通过工业计算机控制电磁吸盘的通断；所述超声电机通过电机驱动模块与工业计算机电连接，工业计算机通过电机驱动模块控制超声电机运转，所述超声电机驱动测量杆做回转运动，电涡流位移传感器的信号通过导电滑环传输至信号调理模块，经过信号调理模块变送后的信号隔离传送到工业计算机，工业计算机通过最小二乘算法得出测量偏心量。

上述支撑架为四爪支架，支撑架的各个爪端上开设有与所述电磁吸盘等高的台阶，所述电磁吸盘通过螺纹连接的方式设于所述台阶内；所述四爪支架的中心处设有通孔；所述超声电机的旋转轴穿过XY轴位移平台的中心孔以及四爪支架的中心处的通孔后与倒T形的测量杆的竖直杆上端固定连接。

将支撑架固定于被测孔上时，先通过支撑架上的刻度与被测孔对心，然后给电磁吸盘通电后使支撑架吸附固定在被测孔的端面。

上述配重装置是配重块，配重块的表面开设有通过装卸螺钉来增减配重装置重量的螺纹孔。

上述XY轴位移平台还包括千分尺，通过调节千分尺，进一步将超声电机以及与超声电机连接的测量杆对心。

本发明的有益效果：本发明主要是针对孔状工件进行测量，而一般的测量工具不能实现精密的孔截面测量。本发明提供了一种低成本、快速、高精度、携带操作方便的工件内部尺寸参数的测量装置。本发明具体包括以下优点：

1、采用对心装置，初步安装时支撑架刻度对心，固定支撑架后预测量一周，获取偏心量，再通过位移平台进一步调整电机对心，测量精度高，且十分方便有效；

2、电机采用超声电机代替传统电机，其优势在于具有低速大力矩输出、功率密度高、启停控制性好、可实现直接驱动、可实现精确定位、容易制成直线移动型马达、噪音小、不会发出电磁干扰亦不受电磁干扰；可使用耐磨材料(接触型USM)和高频电源等；

3、传感器采用电涡流传感器，为非接触式测量方式，具有精度高、误差小、测量对原工件破坏少等特点；

4、考虑到该设备采用有线传输的方式输出数据，系统在转动轴上安装导电滑环，减少了导线缠绕对测量的影响；

5、在测量杆的水平杆与传感器的另一侧安装配重装置，用以平衡其重量，提高了系统的测量稳定性与精确性；

6、测量装置与被测工件采用电磁吸盘固定，减小了测量时对工件的损坏，且方便有效。

附图说明

下面结合附图和实施案例对本发明做进一步描述。

图1是本发明装置的结构示意图；

图2是本发明的操作流程图；

图3是超声电机的安装说明；

图4是电磁吸盘的示意图；

图5是XY轴位移平台的安装说明；

图6是导电滑环的法兰安装说明。

上述图中：1、支撑架；2、超声电机；3、导电滑环；4、配重装置；5、测量杆；6、电涡流位移传感器；7、XY轴位移平台；8、电磁吸盘；9、法兰；10、柔性连接器；11、转子导线；12、定子导线。

具体实施方式

实施例1：

参见图1，本发明提供了一种便携式高精度内圆孔轮廓误差自动测量装置，包括固定于被测孔的端面的支撑架1，所述支撑架1上设有实现自动测量装置初定心的刻度；支撑架1上设有用于吸附到被测孔的端面上的起到固定支撑架1作用的电磁吸盘8；所述支撑架1上固定有XY轴位移平台7，所述XY轴位移平台7上固定有超声电机2，所述超声电机2的旋转轴穿过XY轴位移平台7的中心孔与倒T形的测量杆5的竖直杆上端固定连接；所述测量杆5的水平杆的一端设有电涡流位移传感器6，另一端设有用于平衡所述电涡流位移传感器6重量的配重装置4；所述测量杆5的竖直杆上设有当测量杆5旋转时可保证导线不会缠绕而影响测量的导电滑环3。

实施例2：

在实施例1的基础上，所述配重装置4是配重块，配重块的表面开设有通过装卸螺钉来增减配重装置4重量的螺纹孔。

所述支撑架1为四爪支架，支撑架1的各个爪端上开设有与所述电磁吸盘8等高的台阶，所述电磁吸盘8通过螺纹连接的方式设于所述台阶内；所述四爪支架的中心处设有通孔；所述超声电机2的旋转轴穿过XY轴位移平台7的中心孔以及四爪支架的中心处的通孔后与倒T形的测量杆5的竖直杆上端固定连接。

所述电磁吸盘8与工业计算机电连接，通过工业计算机控制电磁吸盘8的通断；所述超声电机2通过电机驱动模块与工业计算机电连接，工业计算机通过电机驱动模块控制超声电机2运转，所述超声电机2驱动测量杆5做回转运动，电涡流位移传感器6的测量头传感器部分测量信号，测得的信号通过传感器数据线穿过导电滑环3传输至测量装置外的传感器控制器，传感器控制器连接到信号调理模块，经过信号调理模块变送后的信号隔离传送到工业计算机，工业计算机通过最小二乘算法得出测量偏心量。

参见图6，测量杆5以法兰9连接导电滑环3，导电滑环3以传感器数据线为定子导线12，以超声电机2的电线为转子导线11，穿过导电滑环3的安装孔安装于测量杆5上，其中导电滑环内外圈之间以柔性连接器10连接。

将支撑架1固定于被测孔上时，先通过支撑架1上的刻度与被测孔对心，然后给电磁吸盘8通电后使支撑架1吸附固定在被测孔的端面。

所述XY轴位移平台7还包括千分尺，通过调节千分尺，进一步将超声电机2以及与超声电机2连接的测量杆5对心。

参见图2，本发明提供的一种便携式高精度内圆孔轮廓误差自动测量装置，其具体安装使用方式主要如下：

1、装置安装固定

支撑架1初步置于被测孔的端面上，查看支撑架1上的刻度初步对心后，对安装于支撑架1上的电磁吸盘8通电，使其吸附固定在被测孔的端面；支撑架1上固定有XY轴位移平台7，平台与超声电机2固连，超声电机2的旋转轴螺纹连接测量杆5；启动超声电机2，测量杆5旋转，测量杆前端的电涡流位移传感器6转动，测量数据，测量杆5上与电涡流位移传感器对称的一端所装设的配重装置4用于平衡电涡流位移传感器6的重量；测量一周的数据通过导电滑环3有线传输得到偏心量，调节XY轴位移平台7，消除偏心量；调节好后进行正式测量。

上述XY轴位移平台7可使用盛菱机械公司生产的LY系列XY轴位移平台，所述XY轴位移平台7移动方向为XY两个方向，台面大小为100×100mm，台面厚度为30mm，行程为12.5mm，负载为63.7N，最小刻度为0.01mm，重量为0.88kg。安装时将XY轴位移平台移至极限位置，露出两处安装孔，先将配套的螺栓放入，作暂时固定即可；确认螺栓已经完全进入螺栓安装孔中，然后逆时针转动微分头，将平台移到另一侧极限位置，在与刚才位置相反的一侧会露出另外两处安装孔，将配套的螺栓放入，并拧紧到一定程度，确认与安装位置吻合后，先将两处安装孔的螺纹孔固定，最后再固定前两处安装孔的螺栓，如图5所示。

超声电机定子直径为100mm，其通过M4螺纹配合固定在XY轴位移平台上，如图3所示；电磁吸盘整体结构直径为20mm，吸盘中心孔直径为8mm，高度为15mm，吸力为25N，净重15g，线长200mm。电磁吸盘由M3螺栓螺母固定在支撑架上，通过工业计算机控制通断电，在通电状态下可产生强劲吸附力，起到吸附固定测量仪的作用。如图4所示。

2、轮廓误差测量

本发明的超声电机2的运转由工业计算机通过驱动模块控制，超声电机2通过螺纹连接驱动测量杆5做回转运动，测量杆前端的电涡流位移传感器6随之旋转测量数据，电涡流位移传感器的信号通过导电滑环3有线传输至信号调理模块，经过此模块变送后的信号隔离传送到工业计算机，工业计算机通过最小二乘法给出偏心量。

本发明采用快速傅里叶变化法(FFT)进行偏心量的识别与处理，本测量装置测量的是大尺寸孔的内径，由于现有位移传感器的精度和装置对心问题，传感器最终测量传输的数据有一定的误差，最终显示的孔内径的轨迹不精确。因此，需要对该信号进行处理。信号的误差主要是机构不能精准定心引起的偏心分量，设传感器采集到的信号为X(n),采样一周为N个点，经过FFT变换后，X(k)＝X_M(k)+iX_N(k)，当令X(1)和X(N-1)等于0时，即可去除偏心量。

其中，本发明的导电滑环为过孔式滑环，实现对导线的缠绕控制，避免导线在测量杆上缠绕造成测量误差。导电滑环过孔直径25.4mm(适用任何<＝25.4mm)，外径为86mm全铝合金结构的整体式精密导电滑环。相比较同类产品，该系列产品旋转精度高，性能更稳定，寿命更长。其采用接触材料采用贵金属+超硬镀金处理，力矩小，运转稳定，寿命长,电阻波动小,接触电阻小,保证优良的传输性能。导电滑环采用法兰安装，如图6所示。

电涡流位移传感器为非屏蔽式传感器，实现对主被测工件内径的测量。这里所述的电流涡位移传感器量程为3mm，零点0.3mm，分辨率是1.5um，供电电源为12～32V，重量75g。

综上所述，本发明提供的便携式高精度内圆孔轮廓误差自动测量装置，主要针对孔状工件进行测量，而一般的测量工具不能实现精密的孔截面测量。本发明的测量装置成本低、测量速度快、精度高、携带操作方便，具体包括以下优点：

1、采用对心装置，初步安装时支撑架刻度对心，固定支撑架后预测量一周，获取偏心量，再通过位移平台进一步调整电机对心，测量精度高，且十分方便有效；

2、电机采用超声电机代替传统电机，其优势在于具有低速大力矩输出、功率密度高、启停控制性好、可实现直接驱动、可实现精确定位、容易制成直线移动型马达、噪音小、不会发出电磁干扰亦不受电磁干扰；可使用耐磨材料(接触型USM)和高频电源等；

3、传感器采用电涡流传感器，为非接触式测量方式，具有精度高、误差小、测量对原工件破坏少等特点；

4、考虑到该设备采用有线传输的方式输出数据，系统在转动轴上安装导电滑环，减少了导线缠绕对测量的影响；

5、在测量杆的水平杆与传感器的另一侧安装配重装置，用以平衡其重量，提高了系统的测量稳定性与精确性；

6、测量装置与被测工件采用电磁吸盘固定，减小了测量时对工件的损坏，且方便有效。

本实施方式中没有详细叙述的部分属本行业的公知的常用手段，这里不一一叙述。以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种便携式高精度内圆孔轮廓误差自动测量装置，其特征在于，包括固定于被测孔的端面的支撑架(1)，所述支撑架(1)上设有实现该便携式高精度内圆孔轮廓误差自动测量装置初步定心的刻度标识；支撑架(1)上设有通过吸附在被测孔端面实现支撑架(1)与被测孔固联的电磁吸盘(8)；所述支撑架(1)上固定有XY轴位移平台(7)，所述XY轴位移平台(7)上固定有超声电机(2)，所述超声电机(2)的旋转轴穿过XY轴位移平台(7)的中心孔与倒T形的测量杆(5)的竖直杆上端固定连接；所述测量杆(5)的水平杆的一端设有电涡流位移传感器(6)，另一端设有用于平衡所述电涡流位移传感器(6)重量与测量杆(5)的水平杆重量的配重装置(4)；所述测量杆(5)的竖直杆上设有当测量杆(5)旋转时可保证导线不会缠绕而影响测量的导电滑环(3)。

2.如权利要求1所述的一种便携式高精度内圆孔轮廓误差自动测量装置，其特征在于，所述电磁吸盘(8)与工业计算机电连接，通过工业计算机控制电磁吸盘(8)的通断；所述超声电机(2)通过电机驱动模块与工业计算机电连接，工业计算机通过电机驱动模块控制超声电机(2)运转，所述超声电机(2)驱动测量杆(5)做回转运动，电涡流位移传感器(6)的信号通过导电滑环(3)传输至信号调理模块，经过信号调理模块变送后的信号隔离传送到工业计算机，工业计算机通过最小二乘算法得出测量偏心量。

3.如权利要求1所述的一种便携式高精度内圆孔轮廓误差自动测量装置，其特征在于，所述支撑架(1)为四爪支架，支撑架(1)的各个爪端上开设有与所述电磁吸盘(8)等高的台阶，所述电磁吸盘(8)通过螺纹连接的方式设于所述台阶内；所述四爪支架的中心处设有通孔；所述超声电机(2)的旋转轴穿过XY轴位移平台(7)的中心孔以及四爪支架的中心处的通孔后与倒T形的测量杆(5)的竖直杆上端固定连接。

4.根据权利要求1所述的一种便携式高精度内圆孔轮廓误差自动测量装置，其特征在于：将支撑架(1)固定于被测孔上时，先通过支撑架(1)上的刻度与被测孔对心，然后给电磁吸盘(8)通电后使支撑架(1)吸附固定在被测孔的端面。

5.如权利要求1所述的一种便携式高精度内圆孔轮廓误差自动测量装置，其特征在于，所述配重装置(4)是配重块，配重块的表面开设有通过装卸螺钉来增减配重装置(4)重量的螺纹孔。

6.根据权利要求4所述的一种便携式高精度内圆孔轮廓误差自动测量装置，其特征在于：所述XY轴位移平台(7)还包括千分尺，通过调节千分尺，进一步将超声电机(2)以及与超声电机(2)连接的测量杆(5)对心。