CN107300359A - 不规则孔周长测量及周长和直径的检测装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种不规则孔周长测量及周长和直径的检测装置及方法，其特征在于：工作台上装有定位夹具，测量端装在旋转工作台上，接触测量是：首先将工件放入定位夹具夹紧，旋转工作台上的滑台气缸推动测头支架使测头与测量表面相接触，伺服系统驱动转台转动，圆光栅和位移传感器同步采集数据，非接触测量是：首先将工件放入定位夹具夹紧，保证是在旋转工作台上的激光位移传感器的量程范围内，伺服系统驱动转台转动，圆光栅和位移传感器同步采集数据，数据采集及通信系统将数据传给数据处理及显示系统，解决了小不规则孔周长测量及周长和直径的检测的难题；在测量过程中，工件不动，测头做测量运动，减小了工件安装带来算法和运动的测量误差。

Description

不规则孔周长测量及周长和直径的检测装置及方法
技术领域
本发明涉及一种不规则孔周长测量及周长和直径的检测装置及方法，特别是涉及一种对有形变孔的检测方法或者是不易检测的孔如：小花键孔的周长和直径的检测方法，属于精密测量领域。
背景技术
目前的汽车离合器齿圈均是薄壁件，在装配前还进行热处理，孔径变成不规则，而离合器齿圈是采用热压的方法装配，保证离合器齿圈内孔与轴无间隙装配，离合器齿圈齿轮参数的正确，所以离合器齿圈真实孔径的测量方法是未解之题。不规则孔的直径在圆周每一个位置都是不同的，对于像离合器齿圈热处理后变形，热压后即保证齿轮参数正确，又保证一定压量，现在就没有好的直径测量手段。而小模数齿轮内孔现在不论奇数还是偶数都是用通止规来进行测量，通止规测量是一种传统的定性测量，它只是判断产品是否合格，而不能给出产品具体偏差值，不能对生产进行时时监控，保证产品质量理想化生产，对现今产品质量要求也越来越高，现今机械制造水平发展已趋近智能化，只要给出产品生产过程具体偏差值，机械设备都能进行自动补偿。这是通止规测量无法实现的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种不规则孔周长测量及周长和直径的检测装置及方法，能够快速测量因变形造成的不规则孔，并根据实际具体环境情况如烟尘、油水、光线等干扰的情况确定采用接触测量，可通过采用测头进行接触测量或采用激光位移传感器进行非接触测量来实现准确的测量，提供智能化、无人化测量平台，并与机械手结合来实现无人化生产，对离合器齿圈进行测量时能够根据实际要求在几秒钟到几十秒内测出精度在0.01到0.001mm直径；而对小模数齿轮内孔能够在几十秒内测出精度在0.01到0.001mm直径。
本发明的技术方案是这样实现的：一种不规则孔周长和直径的检测装置，由床身、旋转工作台、滑台气缸、位移传感器、圆光栅、测头支架、测头、位移量调节架、伺服系统、工件夹具组成；其特征在于：床身与地面间采用隔振地基与地面连接，床身中心固定连接有旋转轴系，旋转轴系的下端连接伺服系统，旋转轴系的上端与旋转工作台固定连接，圆光栅套装在旋转轴系上位于床身和旋转工作台之间，滑台气缸与旋转工作台固定连接，工件夹具固定在床身上，待测量工件放置在工件夹具上 ，测头支架固定滑台气缸上，测头位于测头支架的前端，位移量调节架固定连接在测头支架上，位移传感器固定在旋转工作台，位移量调节架位于位移传感器一侧用于调整位移传感器的位移量，位移量调节架为L型，长边固定在测头支架，短边顶在位移传感器的触头上，位移量调节架与滑台气缸的运动方向同步。
所述的旋转工作台上直接固定连接激光位移传感器进行非接触测量。
不规则孔周长测量及周长和直径的检测方法，其具体的检测步骤如下：
根据环境与工件不同选择不同的测量方式，即接触测量和非接触测量；
1）首先采用标准件对测量系统参数进行标定，调整工件夹具和机械手，将标准件放到测量工位上，测头支架被推到测量位置，测头支架上的测头与检测孔壁相接触，调整位移量调节架使位移量调节架上的短边与位移传感器接触后使其处于有效量程内，旋转工作台转动由圆光栅5采集角度量，通过位移传感器同步采集该角度的径向量，或者可直接用机械手夹持工件并用激光位移传感器进行测量；
2）系统发指令，旋转工作台转动，由圆光栅、位移传感器(或激光位移传感器)同步采集测量数据；并由位移传感器(或激光位移传感器)同步获取角度量和半径量后，根据曲线在分割无限小就是直线的原理，按标准圆周长公式为L=2πR，对于不规则圆在不同的角度半径是不同的，将圆角度360分割成n份即2π/n,周长公式为L={(R1+R2)/2}×2π/n+{(R2+R3)/2}×2π/n+……{(Rn+R1)/2}×2π/n={[(R1+R2) +(R2+R3) +……(Rn+R1)]/2}×2π/n= {[2R1+2R2+2R3+……2Rn] /2}×2π/n= [R1+R2+R3+……Rn] ×2π/n,当圆角度分割越小圆周长越准确。已知周长后求直径公式为D = {[R1+R2+R3+……Rn] ×2π/n}/π=2×[R1+R2+R3+……Rn]/n；公式中的R1、 R2..... Rn代表的含义是将圆周360度分成n份角度，R1代表的含义是在360/n度圆弧角度位置到旋转中心的半径，R2代表的含义是在2×360/n度圆弧角度位置到旋转中心的半径，Rn代表的含义是在360（n×360/n）度圆弧角度位置到旋转中心的半径；
3）将测量数据按以上公式进行计算后传递到数据采集及通信系统，数据采集及通信系统进行处理后获得孔周长和直径尺寸在数据处理及显示系统上显示作为检测标准数值；
4）测量后滑台气缸将测头支架、位移传感器或激光位移传感器置于初始点，将标准件取下，开始对工件进行测量；
5）机械手将输送链上的工件拿取后放入工件夹具上，工件夹具将工件夹紧；滑台气缸带动测头支架上的测头与工件测量孔面相接触，同时调整位移量调节架使位移量调节架上的短边与位移传感器接触后使其处于有效量程内，这时伺服系统和旋转工作台开始转动，固定在旋转工作台上的位移传感器和滑台气缸带动的测头支架上的测头在转动过程中因工件半径的变化，位移传感器将其数据获取后进行运算，并将运算结果与检测标准数值比对后按测量值进行工件分类；并根据侧量工件的数值进行下一步的加工。
本发明的积极效果是能够在几十秒内测出精度在0.001mm直径；其测量精度高，现在好多的生产厂家均是采用三班24小时生产的，工人劳动强度大，传统检具无法准确测量，更是没有将工件分组的能力，而本发明实现了无人化生产每一条生产线可以节省4到6名工人，提供智能化测量、与工控机和机械手相结合可将测量工件数值保存、分组，保证最佳装配效果，是实现工业2025和工业4.0的手段；采用极坐标测量端（测头或激光位移传感器）旋转与被测量端（工件）旋转误差分析优缺点对比
1、测量端（测头或激光位移传感器）旋转，角度变化是相同的，相对应半径和求相邻两半径均值是方便可验证的，被测量端（工件）旋转装换到“测量端（测头或激光位移传感器）”相邻角度是变化的相对应半径和求相邻两半径均值是不方便可验证的。如图4中O点是测量端（测头或激光位移传感器）旋转中心。O1点是被测量端（工件）旋转中心。
2、我们测量的产品孔径是200mm到600mm之间，被测量端（工件）质量大，工件质心和旋转中心不同产生离心力，造成测量误差。
3、被测量端（工件）直径大，如果工件旋转，旋转工作台直径必须大，造价高。
附图说明
图1本发明的结构示意图。
图2为本发明的俯视图。
图3为本发明的角度量和半径量同步获取的示意图。
图4为本发明采用激光位移传感器的示意图。
图5为本发明的不规则孔测量的原理图。
图6为本发明的步骤流程图。
图7为本发明的检测工件标准离合器齿圈的结构示意图。
图8为本发明的检测小模数齿轮工件的结构图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的描述:如图1-2所示，一种不规则孔周长和直径的检测装置，由床身1、旋转工作台2、滑台气缸3、位移传感器4、圆光栅5、测头支架6、测头7、位移量调节架8、伺服系统9、工件夹具10组成；其特征在于：床身1与地面间采用隔振地基与地面连接，床身1中心固定连接有旋转轴系，旋转轴系的下端连接伺服系统9，旋转轴系的上端与旋转工作台2固定连接，圆光栅5套装在旋转轴系上位于床身1和旋转工作台2之间，滑台气缸3与旋转工作台2固定连接，工件夹具11固定在床身1上，待测量工件放置在工件夹具11上 ，测头支架6固定滑台气缸3上，测头7位于测头支架6的前端，位移量调节架8固定连接在测头支架6上，位移传感器4固定在旋转工作台2，位移量调节架8位于位移传感器4一侧用于调整位移传感器4的位移量，位移量调节架8为L型，长边固定在测头支架6，短边顶在位移传感器4的触头上，位移量调节架8与滑台气缸3的运动方向同步。
所述的旋转工作台2上直接固定连接激光位移传感器7进行非接触测量。
实施例1离合器齿圈直径测量
根据环境与离合器齿圈选择接触测量；如图3、5、6、7所示，
1）首先采用标准件对测量系统参数进行标定，调整工件夹具10和机械手，将离合器齿圈标准件11放到测量工位上，测头支架6被推到测量位置，测头支架6上的测头与检测孔壁相接触，调整位移量调节架8使位移量调节架8上的短边与位移传感器4接触后使其处于有效量程内，旋转工作台2转动由圆光栅5采集角度量，通过位移传感器4同步采集该角度的径向量，或者可直接用机械手夹持工件11并用激光位移传感器7进行测量；
2）系统发指令，旋转工作台2转动，由圆光栅5、位移传感器4或激光位移传感器7同步采集测量数据；并由位移传感器4或激光位移传感器7同步获取角度量和半径量后，根据曲线在分割无限小就是直线的原理，按标准圆周长公式为L=2πR，对于不规则圆在不同的角度半径是不同的，将圆角度360分割成n份即2π/n,周长公式为L={(R1+R2)/2}×2π/n+{(R2+R3)/2}×2π/n+……{(Rn+R1)/2}×2π/n={[(R1+R2) +(R2+R3) +……(Rn+R1)]/2}×2π/n= {[2R1+2R2+2R3+……2Rn] /2}×2π/n= [R1+R2+R3+……Rn] ×2π/n,当圆角度分割越小圆周长越准确。已知周长后求直径公式为D = {[R1+R2+R3+……Rn] ×2π/n}/π=2×[R1+R2+R3+……Rn]/n；公式中的R1、 R2..... Rn代表的含义是将圆周360度分成n份角度，R1代表的含义是在360/n度圆弧角度位置到旋转中心的半径，R2代表的含义是在2×360/n度圆弧角度位置到旋转中心的半径，Rn代表的含义是在360（n×360/n）度圆弧角度位置到旋转中心的半径；
3）将测量数据按以上公式进行计算后传递到数据采集及通信系统8，数据采集及通信系统8进行处理后获得孔周长和直径尺寸在数据处理及显示系统10上显示作为检测标准数值；对一齿圈内孔测量角度每1°采集一半径，按下表进行采集，
直径是D=（R0+……+R359）×2/360=（126.017+……+126.0737）×2/360
4）测量后滑台气缸3将测头支架6、位移传感器4或激光位移传感器7置于初始点，将标准件取下，开始对工件进行测量；
5）机械手将输送链上的离合器齿圈工件11拿取后放入工件夹具10上，工件夹具10将离合器齿圈工件11夹紧；滑台气缸3带动测头支架6上的测头与离合器齿圈工件11测量孔面相接触，同时调整位移量调节架8使位移量调节架8上的短边与位移传感器4接触后使其处于有效量程内，这时伺服系统9和旋转工作台2开始转动，固定在旋转工作台2上的位移传感器4和滑台气缸3带动的测头支架6上的测头在转动过程中因离合器齿圈工件11半径的变化，位移传感器4将其数据获取后进行运算，并将运算结果与检测标准数值比对后按测量值进行离合器齿圈工件11分类；并根据侧量离合器齿圈工件11的数值进行下一步的加工。
实施例2 小模数齿轮
根据环境与小模数齿轮选择非接触测量；对于花键内孔测量采集一半径，如图4、8所示，
1）首先采用标准件对测量系统参数进行标定，调整工件夹具10和机械手，将小模数齿轮标准件放到测量工位上，直接用机械手夹持小模数齿轮并用固定在旋转平台2上的激光位移传感器7进行测量；
2）系统发指令，旋转工作台2转动，由激光位移传感器7同步获取角度量和半径量后，根据曲线在分割无限小就是直线的原理，按标准圆周长公式为L=2πR，对于不规则圆在不同的角度半径是不同的，将圆角度360分割成n份即2π/n,周长公式为L={(R1+R2)/2}×2π/n+{(R2+R3)/2}×2π/n+……{(Rn+R1)/2}×2π/n={[(R1+R2) +(R2+R3) +……(Rn+R1)]/2}×2π/n={[2R1+2R2+2R3+……2Rn] /2}×2π/n= [R1+R2+R3+……Rn] ×2π/n,当圆角度分割越小圆周长越准确。已知周长后求直径公式为D = {[R1+R2+R3+……Rn] ×2π/n}/π=2×[R1+R2+R3+……Rn]/n；公式中的R1、 R2..... Rn代表的含义是将圆周360度分成n份角度，R1代表的含义是在360/n度圆弧角度位置到旋转中心的半径，R2代表的含义是在2×360/n度圆弧角度位置到旋转中心的半径，Rn代表的含义是在360（n×360/n）度圆弧角度位置到旋转中心的半径；
3）将测量数据按以上公式进行计算后传递到数据采集及通信系统8，数据采集及通信系统8进行处理后获得孔周长和直径尺寸在数据处理及显示系统10上显示作为检测标准数值；
4）测量后激光位移传感器7置于初始点，将小模数齿轮标准件取下，开始对工件11进行测量；
5）机械手将输送链上的小模数齿轮工件11拿取后，由激光位移传感器7进行角度量和半径量的数据获取后进行运算，并将运算结果与检测标准数值比对后按测量值进行小模数齿轮工件11分类；并根据侧量小模数齿轮工件11的数值进行下一步的加工。

Claims (3)

1.一种不规则孔周长和直径的检测装置，由床身、旋转工作台、滑台气缸、位移传感器、圆光栅、测头支架、测头、位移量调节架、伺服系统、工件夹具组成；其特征在于：床身与地面间采用隔振地基与地面连接，床身中心固定连接有旋转轴系，旋转轴系的下端连接伺服系统，旋转轴系的上端与旋转工作台固定连接，圆光栅套装在旋转轴系上位于床身和旋转工作台之间，滑台气缸与旋转工作台固定连接，工件夹具固定在床身上，待测量工件放置在工件夹具上 ，测头支架固定滑台气缸上，测头位于测头支架的前端，位移量调节架固定连接在测头支架上，位移传感器固定在旋转工作台，位移量调节架位于位移传感器一侧用于调整位移传感器的位移量，位移量调节架为L型，长边固定在测头支架，短边顶在位移传感器4的触头上，位移量调节架与滑台气缸的运动方向同步。
2.根据权利要求1所述的不规则孔周长测量及周长和直径的检测装置，其特征在于所述的旋转工作台上直接固定连接激光位移传感器进行非接触测量。
3.不规则孔周长测量及周长和直径的检测方法，其特征在于具体的检测步骤如下：
根据环境与工件不同选择不同的测量方式，即接触测量和非接触测量；
1）首先采用标准件对测量系统参数进行标定，调整工件夹具和机械手，将标准件放到测量工位上，测头支架被推到测量位置，测头支架上的测头与检测孔壁相接触，调整位移量调节架使位移量调节架上的短边与位移传感器接触后使其处于有效量程内，旋转工作台转动由圆光栅采集角度量，通过位移传感器同步采集该角度的径向量，或者可直接用机械手夹持工件并用激光位移传感器7进行测量；
2）系统发指令，旋转工作台转动，由圆光栅、位移传感器或激光位移传感器同步采集测量数据；并由位移传感器或激光位移传感器同步获取角度量和半径量后，根据曲线在分割无限小就是直线的原理，按标准圆周长公式为L=2πR，对于不规则圆在不同的角度半径是不同的，将圆角度360分割成n份即2π/n,周长公式为L={(R1+R2)/2}×2π/n+{(R2+R3)/2}×2π/n+……{(Rn+R1)/2}×2π/n={[(R1+R2) +(R2+R3) +……(Rn+R1)]/2}×2π/n= {[2R1+2R2+2R3+……2Rn] /2}×2π/n= [R1+R2+R3+……Rn] ×2π/n,当圆角度分割越小圆周长越准确;
已知周长后求直径公式为D = {[R1+R2+R3+……Rn] ×2π/n}/π=2×[R1+R2+R3+……Rn]/n；公式中的R1、 R2..... Rn代表的含义是将圆周360度分成n份角度，R1代表的含义是在360/n度圆弧角度位置到旋转中心的半径，R2代表的含义是在2×360/n度圆弧角度位置到旋转中心的半径，Rn代表的含义是在360（n×360/n）度圆弧角度位置到旋转中心的半径；
3）将测量数据按以上公式进行计算后传递到数据采集及通信系统8，数据采集及通信系统进行处理后获得孔周长和直径尺寸在数据处理及显示系统10上显示作为检测标准数值；
4）测量后滑台气缸将测头支架、位移传感器或激光位移传感器置于初始点，将标准件取下，开始对工件进行测量；
5）机械手将输送链上的工件拿取后放入工件夹具上，工件夹具将工件夹紧；滑台气缸带动测头支架上的测头与工件测量孔面相接触，同时调整位移量调节架使位移量调节架上的短边与位移传感器接触后使其处于有效量程内，这时伺服系统和旋转工作台开始转动，固定在旋转工作台上的位移传感器和滑台气缸带动的测头支架上的测头在转动过程中因工件半径的变化，位移传感器将其数据获取后进行运算，并将运算结果与检测标准数值比对后按测量值进行工件分类；并根据侧量工件的数值进行下一步的加工。
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