CN106969740B - 孔垂直度测量装置及系统 - Google Patents

孔垂直度测量装置及系统 Download PDF

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Abstract

本公开涉及一种孔垂直度测量装置及系统，孔垂直度测量装置包括：测杆1、旋转杆2、支撑框架3和第一传感器4，支撑框架3包括第一支撑部31、第二支撑部32、以及连接第一支撑部31和第二支撑部32的连接部33；测杆1的一端11与旋转杆2的一端21连接；旋转杆2的一端21与第一支撑部31铰接；旋转杆2的另一端22穿过第二支撑部32上的槽；第一传感器4设置在第二支撑部32上，位于旋转杆2的另一端22的一侧，与第二支撑部32可拆卸连接，用于感测旋转杆2的另一端22与第一传感器4之间的距离。本公开所提供的孔垂直度测量装置及系统，可以测量工件上孔以及工件表面的垂直度，且性能稳定，测量结果精确，易安装、操作和维护。

Description

孔垂直度测量装置及系统
技术领域
本公开涉及垂直度测量技术领域，尤其涉及一种孔垂直度测量装置及系统。
背景技术
相关技术中，通过使用垂直度测量仪可以测量工件等平面的垂直度，具有测量精度高、性能稳定、操作及维护方便等优点。但是，垂直度测量仪仅能测量工件表面的平面的垂直度，并不能测量工件内深孔的垂直度。
发明内容
有鉴于此，本公开提出了一种孔垂直度测量装置及系统，以测量工件中孔的垂直度。
根据本公开的第一方面，提供了一种孔垂直度测量装置，包括：测杆1、旋转杆2、支撑框架3和第一传感器4，所述支撑框架3包括第一支撑部31、第二支撑部32、以及连接所述第一支撑部31和所述第二支撑部32的连接部33；所述测杆1的一端11与所述旋转杆2的一端21连接；所述旋转杆2的所述一端21与第一支撑部31铰接；所述旋转杆2的另一端22穿过第二支撑部32上的槽；所述第一传感器4设置在所述第二支撑部32上，位于所述旋转杆2的所述另一端22的一侧，用于感测所述旋转杆2的所述另一端22与第一传感器4之间的距离。
在一种可能的实现方式中，该装置还包括：平衡弹簧5，
所述平衡弹簧5设置在所述第二支撑部32上，位于所述旋转杆2的所述另一端22的另一侧，与所述第一传感器4在同一直线上。
在一种可能的实现方式中，该装置还包括：测球6，设置于所述测杆1的另一端12。
在一种可能的实现方式中，所述测杆1的直径范围为1毫米～4毫米，所述测球6的直径范围为1.5毫米～5毫米，所述测球6的直径大于所述测杆1的直径。
在一种可能的实现方式中，所述测杆1的材料包括碳纤维材料。
在一种可能的实现方式中，所述测球6的材料包括红宝石。
在一种可能的实现方式中，该装置还包括：零阻力无压轴承7，所述旋转杆2的一端21通过零阻力无压轴承7与第一支撑部31铰接。
根据本公开的第二方面，提供了一种孔垂直度测量系统，包括：第一方面所提供的孔垂直度测量装置、高度移动机构8、以及平台9，所述高度移动机构8包括滑台81、第二传感器82和立柱83，所述滑台81与所述立柱83滑动连接，所述第二传感器82设置于所述滑台81上，用于感测所述滑台81的高度；所述滑台81与所述连接部33可拆卸连接；所述平台9具有标准平面，用于放置所述高度移动机构8以及工件。
在一种可能的实现方式中，该系统还包括垂直度标准器10，用于获取所述滑台81相对于所述平台9标准平面的第一垂直度。
在一种可能的实现方式中，该系统还包括：垂直度计算装置11，用于根据所述第一传感器4感测的距离、所述第一垂直度和所述滑台81的高度计算所述工件上待测孔的垂直度。
在一种可能的实现方式中，该系统还包括：旋转装置12，
所述旋转装置12放置于所述平台9上，用于旋转和/或移动所述工件。
本公开所提供的孔垂直度测量装置及系统，可以测量工件上孔的垂直度，且性能稳定，测量结果精确，易安装、操作和维护。
根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本公开的其它特征及方面将变得清楚。
附图说明
包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本公开的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本公开的原理。
图1示出根据本公开一实施例的孔垂直度测量装置的结构图；
图2示出根据本公开一实施例的孔垂直度测量装置的一示例的结构图；
图3示出根据本公开一实施例的孔垂直度测量装置的旋转杆2的另一端22穿过第二支撑部32上的槽的示意图；
图4示出根据本公开一实施例的孔垂直度测量装置的旋转杆2的一端21与第一支撑部31铰接的示意图；
图5示出根据本公开一实施例的孔垂直度测量系统的结构图；
图6示出根据本公开一实施例的滑台81与连接部33连接的示意图；
图7示出根据本公开一实施例的孔垂直度测量系统的一示例的结构图；
图8示出根据本公开一实施例的孔垂直度测量系统进行孔垂直度测量的流程图；
图9示出根据本公开一实施例的提取待测孔中心线的示意图；
图10示出根据本公开一实施例的测量工件表面的垂直度的示意图。
具体实施方式
以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。
另外，为了更好的说明本公开，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本公开同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本公开的主旨。
实施例1
图1示出根据本公开一实施例的孔垂直度测量装置的结构图。如图1所示，该装置可以包括测杆1、旋转杆2、支撑框架3和第一传感器4，其中，
支撑框架3包括第一支撑部31、第二支撑部32、以及连接第一支撑部31和第二支撑部32的连接部33；测杆1的一端11与旋转杆2的一端21连接；旋转杆2的一端21与第一支撑部31铰接；旋转杆2的另一端22穿过第二支撑部32上的槽；第一传感器4设置在第二支撑部32上，位于旋转杆2的另一端22的一侧，第一传感器4可与所述第二支撑部32可拆卸连接，用于感测旋转杆2的另一端22与第一传感器4之间的距离。
作为本实施例的一个示例，第一传感器4可以为位移传感器。需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际需求设置测杆1的一端11与旋转杆2的一端21的连接方式，在此不作限定。
图2示出根据本公开一实施例的孔垂直度测量装置的一示例的结构图。
在一种可能的实现方式中，如图2所示，该装置还包括平衡弹簧5，平衡弹簧5设置在第二支撑部32上，位于旋转杆2的另一端22的另一侧，与第一传感器4在同一直线上。
作为该实现方式的一个示例，如图3所示，平衡弹簧5的一侧可以固定在第二支撑部32的凸起部321上，平衡弹簧5的另一侧可以与旋转杆2的另一端22相接触，但并不连接。平衡弹簧5可以为旋转杆2提供推力，以平衡第一传感器4对旋转杆2的测力，使得旋转杆2在非工作的情况下可以处于竖直平衡位置。
图3示出根据本公开一实施例的孔垂直度测量装置的旋转杆2的另一端22穿过第二支撑部32上的槽的示意图。如图3所示，第一传感器4和平衡弹簧5分别位于旋转杆2的两侧，且第一传感器4和平衡弹簧5在同一直线上，旋转杆2的另一端22可以在第二支撑部32上的槽C中左右移动。由于旋转杆2和测杆1在同一直线上，在旋转杆2和测杆1以零阻力无压轴承7为中心进行旋转的情况下，第一传感器4可以感测旋转杆2的另一端22在槽C中的相对于第一传感器4的距离变化，根据零阻力无压轴承7上方的旋转杆2的长度与零阻力无压轴承7下方的测杆2的长度的比例关系，可以确定测杆1的另一端12移动的距离。例如，如图2所示，零阻力无压轴承7上方的旋转杆2的长度可以和零阻力无压轴承7下方的测杆2的长度相同，第一传感器4感测旋转杆2的另一端22在槽C中的位移变化即为测杆2的另一端12的移动距离。
在一种可能的实现方式中，如图2所示，该装置还包括测球6，设置于测杆1的另一端12。测球6可以保护测杆1的另一端12，防止测杆1的另一端12在测量的过程中被磨损，保证孔垂直度测量结果的准确性。
在一种可能的实现方式中，测杆1的直径范围为1毫米～4毫米，测球6的直径范围为1.5毫米～5毫米，测球6的直径大于测杆1的直径。
作为该实现方式的一个示例，测杆1的直径可以为2毫米，测球6的直径可以为3毫米。可以根据待测孔的直径大小、测球6和测杆1的材料等，在保证测球6的直径大于测杆1的直径的前提下，设计测球6和测杆1的直径。需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际应用需求对测杆和测球的直径进行设置，在此不作限定。
在一种可能的实现方式中，测杆1的材料可以包括碳纤维材料。
作为该实现方式的一个示例，制作测杆1也可以选取高刚度、高强度的材料。这样，可以降低测杆1发生形变和断裂的几率，延长测杆1的使用寿命，保证孔垂直度测量结果的准确性。
在一种可能的实现方式中，测球6的材料可以包括红宝石。
作为该实现方式的一个示例，制作测球6可以选取例如刚玉、铬或钨钢等高刚度、高强度、高硬度、耐磨的材料。这样，可以降低测球6发生形变的几率，加强测球6的抗磨损能力，延长测球6的使用寿命，保证孔垂直度测量结果的准确性。
需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际应用需求对测杆和测球的材料进行选取，在此不作限定。
在一种可能的实现方式中，如图2所示，该装置还包括零阻力无压轴承7，旋转杆2的一端21通过零阻力无压轴承7与第一支撑部31铰接。这样，可以保证旋转杆可以零阻力旋转，保证孔垂直度测量结果的准确性。
图4示出根据本公开一实施例的孔垂直度测量装置的旋转杆2的一端21与第一支撑部31铰接的示意图。如图4所示，旋转杆2的一端21与第一支撑部31通过零阻力无压轴承7实现连接。旋转杆2和测杆1以零阻力无压轴承7的轴为中心在槽D中旋转。零阻力无压轴承7安转在旋转杆2的一端21中，通过套管72以及固定螺钉71实现旋转杆2和测杆1与第一支撑部31的铰接。
在本实施例中，旋转杆2和测杆1连接后，将测杆1的另一端12放入待测孔中进行测量时，旋转杆2和测杆1以零阻力无压轴承7为中心进行旋转，通过第一传感器4感测旋转杆2的另一端22相对于第一传感器4的距离，根据旋转杆2和测杆1的长度，即可获取测量过程中测杆1的另一端12的位移变化，进而可以获取测杆1的另一端12所测待测孔在当前截面上圆周上点的位置。
需要说明的是，尽管以实施例1作为示例介绍了孔垂直度测量装置如上，但本领域技术人员能够理解，本公开应不限于此。事实上，用户完全可根据个人喜好和/或实际应用场景灵活设定各部件，只要满足本公开技术方案即可。
本公开提供的孔垂直度测量装置，可以通过第一传感器测量旋转的位移变化，进而确定测杆在待测孔中的位移变化，通过多次测量确定待测孔不同截面的中心，获取待测孔的垂直度。
实施例2
图5示出根据本公开一实施例的孔垂直度测量系统的结构图。如图5所示，该系统包括实施例1所提供的孔垂直度测量装置、高度移动机构8以及平台9。其中，
高度移动机构8包括滑台81、第二传感器82和立柱83，滑台81与立柱83滑动连接，第二传感器82设置于滑台81上，用于感测滑台81的高度；滑台81与连接部33可拆卸连接；平台9具有标准平面，用于放置高度移动机构8以及工件。
作为该实施例的一个示例，滑台81与立柱83采用滑动连接，可以采用例如精密气浮导轨等方式实现滑台81与立柱83的滑动连接。第二传感器82可以如图5所示安装在滑台81上，以感测滑台81的高度变化；也可以将第二传感器82设置在立柱83上，通过检测滑台81相对于立柱82的位置变化，获取滑台81的高度。第二传感器82可以为光栅尺传感器。平台9可以为大理石平台等水平方向精密工作台。需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际需求设置滑台81与立柱83的滑动连接方式以及第二传感器82的类型和设置位置，在此不作限定。
需要说明的是，第二传感器82的定位精度优于20微米，滑台81与平台9的标准平面的垂直度在250毫米运动范围内可以优于1微米，孔垂直度测量系统的测量误差需小于2微米。若人工转动工件则需将总测量误差控制在10微米以内。
图6示出根据本公开一实施例的滑台81与连接部33连接的示意图。
在一种可能的实现方式中，如图6所示，滑台81与连接部33可以通过螺栓和/或螺钉34进行连接。需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际需求设置螺钉或螺栓的位置和数量，在此不作限定。
图7示出根据本公开一实施例的孔垂直度测量系统的一示例的结构图。
在一种可能的实现方式中，如图7所示，该系统还包括：垂直度标准器10，垂直度标准器10用于获取滑台81相对于平台9标准平面的第一垂直度。
作为该实现方式的一个示例，垂直度标准器10可以放置于平台9上。这样可以提高获取的第一垂直度速度准确性。
在一种可能的实现方式中，如图7所示，该系统还包括：垂直度计算装置11，用于根据第一传感器4感测的距离、第一垂直度和滑台81的高度计算工件G上待测孔的垂直度。
在一种可能的实现方式中，如图7所示，该系统还包括：旋转装置12，旋转装置12放置于所述平台9上，用于旋转和/或移动工件G。
作为该实现方式的一个示例，旋转装置12可以控制其上的工件G旋转任意角度，也可以控制其上的工件G沿特定的直线方向移动。可以提高移动工件的速度和准确度，减少人为移动工件所产生的误差。
使用示例1
本实施例所提供的孔垂直度测量系统还可以进行工件中孔垂直度的测量。
图8示出根据本公开一实施例的孔垂直度测量系统进行孔垂直度测量的流程图。如图8所示，采用本实施例所提供的孔垂直度测量系统进行孔垂直度测量包括步骤S101至步骤S107。
步骤S101，将工件G、孔垂直度装置和高度移动机构8放置于平台9上，通过垂直度标准器10获取滑台81相对于平台9的标准平面的第一垂直度。
步骤S102，在保持旋转杆2和测杆1处于竖直平衡位置的情况下，将测杆1的另一端12伸入工件的待测孔中，调节并记录滑台81的当前高度hi。
步骤S103，在测球6触碰到当前所在待测孔截面的m个点的情况下，控制第一传感器4感测旋转杆2的另一端22距第一传感器4的距离Si1、Si2……Sim。其中，m个点至少为截面的4个正交点。具体地步骤S103可以包括步骤1031和步骤S1032，以下步骤以m为4进行举例说明。
步骤1031，沿第一方向前后或左右移动工件G，第一方向为支撑框架3所在平面与平台9所在平面的交线的方向，在测球6碰触到如图9所示待测孔的内壁第一点1的情况下，控制第一传感器4感测旋转杆2的另一端22距第一传感器4的距离Si1；继续移动工件G，在测球6碰触到如图9所示待测孔的内壁上与第一点同一直径的第二点2的情况下，控制第一传感器4感测旋转杆2的另一端22距第一传感器4的距离Si2。
步骤S1032，在保持旋转杆2和测杆1处于竖直平衡位置的情况下，将工件G旋转90°，如步骤1031所述过程继续移动工件G，在测球6碰触到如图9所示待测孔的内壁上第三点3和第四点4的情况下，控制第一传感器4感测旋转杆2的另一端22距第一传感器4的距离Si3和Si4。
步骤S104，判断当前是否已经测量待测孔n个截面的数据，若当前已经测量待测孔n个截面的数据，则执行步骤S105；若当前并未测量待测孔n个截面的数据，则执行步骤S102。可以根据垂直度的精度要求以及待测孔的长度确定n的具体值，此处不作限定。
步骤S105，根据各截面对应的高度数据hi和距离数据Si1、Si2……Sim确定各截面的中心坐标。
作为本实施例的一个示例，图9示出根据本公开一实施例的提取待测孔中心线的示意图，如图9所示，根据Si1、Si2……Sim提取待测孔截面拟合圆的轮廓，计算获得其最小外包圆，并采用最小二乘法计算最小外包圆的圆心Oi；根据圆心所对应的高度hi，确定圆心Oi的空间坐标(xi，yi，zi)，将圆心Oi的空间坐标(xi，yi，zi)作为截面的中心坐标。
步骤S106，根据n个中心坐标提取待测孔的中心线。
作为本实施例的一个示例，如图9所示，根据n个中心坐标(x1，y1，z1)，(x2，y2，z2)……(xn，yn，zn)采用最小二乘法拟合出待测孔的中心线。
需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际需求采用设计计算截面的中心坐标、拟合待测孔中心线的方法，在此不作限定。
步骤S107，根据第一垂直度和中心线计算待选孔的垂直度。
作为本实施例的一个示例，可以根据第一垂直度和中心线采用最小区域法计算待测孔的垂直度误差，也即待测孔的垂直度。
使用示例2
本实施例所提供的孔垂直度测量系统还可以进行工件表面垂直度的测量。图10示出根据本公开一实施例的测量工件表面的垂直度的示意图，如图10所示，将第一传感器4安装在滑台81上，即可实现件表面垂直度的测量。进行工件表面垂直度测量包括：
步骤一：将工件和高度移动机构8放置于平台9上，使工件待测面朝向滑台81，通过垂直度标准器10获取滑台81相对于平台9的标准平面的第一垂直度。
步骤二：移动滑台81，获取滑台81相对于平台9的高度和对应高度上第一传感器4所感测的工件表面到第一传感器4的距离。
步骤三：根据获取的多个高度数据和距离数据以及第一垂直度计算工件表面的垂直度。
需要说明的是，尽管以实施例2作为示例介绍了孔垂直度测量系统如上，但本领域技术人员能够理解，本公开应不限于此。事实上，用户完全可根据个人喜好和/或实际应用场景灵活设定系统各部件，只要符合本公开技术方案即可。
本公开所提供的孔垂直度测量系统，可以测量工件上孔以及工件表面的垂直度，且性能稳定，测量结果精确，易安装、操作和维护。
以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (7)

1.一种孔垂直度测量装置，其特征在于，包括：测杆(1)、旋转杆(2)、支撑框架(3)和第一传感器(4)，
所述支撑框架(3)包括第一支撑部(31)、第二支撑部(32)、以及连接所述第一支撑部(31)和所述第二支撑部(32)的连接部(33)；
所述测杆(1)的一端(11)与所述旋转杆(2)的一端(21)连接；
所述旋转杆(2)的所述一端(21)与第一支撑部(31)铰接；
所述旋转杆(2)的另一端(22)穿过第二支撑部(32)上的槽；
所述第一传感器(4)设置在所述第二支撑部(32)上，位于所述旋转杆(2)的所述另一端(22)的一侧，用于感测所述旋转杆(2)的所述另一端(22)与第一传感器(4)之间的距离；
其中，所述装置包括测球(6)，设置于所述测杆(1)的另一端(12)；
所述测杆(1)的直径范围为1毫米～4毫米，所述测球(6)的直径范围为1.5毫米～5毫米，所述测球(6)的直径大于所述测杆(1)的直径；
其中，所述装置还包括：
平衡弹簧(5)，所述平衡弹簧(5)设置在所述第二支撑部(32)上，位于所述旋转杆(2)的所述另一端(22)的另一侧，与所述第一传感器(4)在同一直线上；
零阻力无压轴承(7)，所述旋转杆(2)的一端(21)通过零阻力无压轴承(7)与第一支撑部(31)铰接。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述测杆(1)的材料包括碳纤维材料。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述测球(6)的材料包括红宝石。
4.一种孔垂直度测量系统，其特征在于，包括：权利要求1-3中任一项所述的孔垂直度测量装置、高度移动机构(8)、以及平台(9)，
所述高度移动机构(8)包括滑台(81)、第二传感器(82)和立柱(83)，所述滑台(81)与所述立柱(83)滑动连接，
所述第二传感器(82)设置于所述滑台(81)上，用于感测所述滑台(81)的高度；
所述滑台(81)与所述连接部(33)可拆卸连接；
所述平台(9)具有标准平面，用于放置所述高度移动机构(8)以及工件。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，还包括垂直度标准器(10)，
用于获取所述滑台(81)相对于所述平台(9)标准平面的第一垂直度。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，还包括垂直度计算装置(11)，
用于根据所述第一传感器(4)感测的距离、所述第一垂直度和所述滑台(81)的高度计算所述工件上待测孔的垂直度。
7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，还包括旋转装置(12)，
所述旋转装置(12)放置于所述平台(9)上，用于旋转和/或移动所述工件。
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