CN107621234A

CN107621234A - 高精度超微测力零件表面形状跟踪装置

Info

Publication number: CN107621234A
Application number: CN201711020583.4A
Authority: CN
Inventors: 贾旭虹; 伍抗逆
Original assignee: Wuxi Vgage Measuring Equipment Co Ltd
Current assignee: Wuxi Vgage Measuring Equipment Co Ltd
Priority date: 2017-10-27
Filing date: 2017-10-27
Publication date: 2018-01-23
Anticipated expiration: 2037-10-27
Also published as: CN107621234B

Abstract

本发明涉及一种测量装置，尤其是高精度超微测力零件表面形状跟踪装置，包括夹紧装置、弹性测量装置、测量杆、转动装置和激光传感器；所述夹紧装置夹紧工件，所述转动装置带动夹紧装置转动，所述弹性测量装置安装在夹紧装置的一侧，弹性测量装置上装有测量杆，测量杆与工件接触，所述激光传感器安装在弹性测量装置的一侧，激光传感器检测测量杆的变动。该装置测力小、被测零件变形小、测量精度高、测量范围大、可定制测量杆，在作动态测量时可有效真实地跟踪零件各种表面形状，实时无滞后的反馈到激光传感器，消除了测量散差，得到了有效的测量真值，并且可以将其加装在各类测量机中实现快速自动化测量。

Description

高精度超微测力零件表面形状跟踪装置

技术领域

本发明涉及一种测量装置，尤其是高精度超微测力零件表面形状跟踪装置。

背景技术

薄壁类或薄形悬挑类零件在测量其形位尺寸时因零件本身刚度极低，用接触式测量方式时量表或传感器自身测力（目前全球这类量仪的测力均在0.7牛顿以上）会使零件产生形变而导致测量失败。而使用光学非接触式测量时尽管零件无形变现象，但因每个零件间表面加工纹理不一致而使测量结果散差巨大，无法得到测量真值。且这种方式也无法测量零件内腔，更无法在生产现场实现自动或半自动快速测量。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种测量精度高、测力小的高精度超微测力零件表面形状跟踪装置，具体技术方案为：

高精度超微测力零件表面形状跟踪装置，包括夹紧装置、弹性测量装置、测量杆、转动装置和激光传感器；所述夹紧装置夹紧工件，所述转动装置带动夹紧装置转动，所述弹性测量装置安装在夹紧装置的一侧，弹性测量装置上装有测量杆，测量杆与工件接触，所述激光传感器安装在弹性测量装置的一侧，激光传感器检测测量杆的变动。

优选的，所述弹性测量装置包括复位弹簧片、连接弹簧片、固定测量座和活动测量座；所述复位弹簧片为弧形弹簧片，复位弹簧片和连接弹簧片成组安装，即复位弹簧片和连接弹簧片安装在一起，复位弹簧片和连接弹簧片的两端分别与固定测量座和活动测量座连接，复位弹簧片和连接弹簧片均对称安装在固定测量座和活动测量座的两端，活动测量座可向固定测量座的的两端移动。

优选的，所述复位弹簧片和连接弹簧片均设有四个，分别安装在固定测量座和活动测量座的两端，且分别位于固定测量座和活动测量座的两侧。

优选的，所述活动测量座的顶部设有定位槽，定位槽的底部内设有螺纹孔；所述测量杆安装在定位槽中，测量杆上装有球形的检测头。

优选的，所述夹紧装置包括转动轴、转动座和夹紧气缸；所述转动轴对称设置，转动轴夹住工件的两端，转动轴安装在转动座上，转动轴与转动装置连接；所述转动座固定在活动底板上，活动底板通过导轨安装在机架的顶部；所述夹紧气缸的一端通过活动连接座固定在机架的顶部，夹紧气缸的活塞杆固定在活动底板上。

优选的，所述弹性测量装置分别安装在转动座的两侧和顶部，安装在转动座顶部的弹性测量装置上装有端面测量杆，安装在转动座两侧的弹性测量装置上装有侧面测量杆，所述端面测量杆和侧面测量杆上均装有球形的检测头，所述端面测量杆用于检测工件的端面，侧面测量杆用于检测工件的内腔；所述激光传感器分别安装在端面测量杆的后方和侧面测量杆的侧面，激光传感器检测端面测量杆和侧面测量杆的变动。

优选的，所述转动装置包括转动杆，减速机和伺服电机；所述转动杆安装在轴承座上，轴承座固定在机架的顶部，且位于活动底板的一侧，所述转动杆的一端与减速机连接，减速机与伺服电机连接；转动杆和转动轴上均装有带轮，带轮通过皮带连接。

优选的，所述转动杆的另一端装有编码器。

优选的，所述活动底板与机架之间装有定位底板，所述定位底板的底部设有燕尾槽，定位底板的侧面装有锁紧把手，锁紧把手的锁紧螺杆与燕尾槽相通，所述定位底板的燕尾槽活动安装在燕尾导轨上，燕尾导轨安装在机架的顶部。

激光传感器用于检测测量杆的微量变动，从而实现零件表面形状的跟踪检测。

弧形的复位弹簧片使活动测量座在自由状态时能够处于固定的位置，当外力通过测量杆传递到活动测量座上时，活动测量座发生移动，复位弹簧片提供复位的力，使活动测量座向初始位置移动，使测量杆压紧在被测面上。

连接弹簧片用于连接活动测量座与固定测量座，并限制活动测量座与固定测量座之间的距离。

复位弹簧片和连接弹簧片使活动测量座处于悬空状态，能够检测微弱的位置变动，测量行程为3mm，内测力小于0.05N，使得被测工件因测力产生的形变小于1.5/1000mm。

在活动测量座和固定测量座的四个角上安装复位弹簧片和连接弹簧片，使活动测量座受力均匀，减少测量误差。

定位槽用于限制测量杆的安装位置，防止测量杆安装不正导致测量误差大。螺纹开孔用于调节测量的伸出长度。

测量杆可根据不同的被测工件加工成适合测量的形状，测量杆零件外形及内腔的各种部位，在作动态测量时可有效真实地跟踪零件各种表面形状，实时无滞后的反馈到激光传感器，消除了测量散差，得到了有效的测量真值，并且可以将其加装在各类测量机中实现快速自动化测量。

球形的检测头可以提高检测精度，因为球形的检测头与被测物体通常为点接触，点接触可以提高测量的精度。

通过转动杆同步带动两个转动轴转动，实现工件两端的同步转动，减少转动不同步对测量产生影响。

伺服电机和编码器用于提高转动时的反馈精度。

定位底板的燕尾槽用于调整定位底板的位置，从而提高高精度超微测力零件表面形状跟踪装置的适用范围。

工件为管件，管件的两端装有薄壁的波纹管，波纹管固定在管件上，且波纹管的直径大于管件的外径，夹紧气缸启动带动活动底板向管件移动，转动轴从工件的两端压紧管件，端面测量杆的检测头压在波纹管的端面，侧面测量杆的检测头位于波纹管内腔，检测波纹管内腔；伺服电机启动带动转动杆转动，转动杆带动转动轴转动，转动轴带动工件转动，激光传感器的激光打在端面测量杆和侧面测量杆上，端面测量杆和侧面测量杆将激光反射到激光传感器中，随着工件的转动系统根据激光传感器的反馈判断变形量，从而得到零件表面形状的测量数据。

与现有技术相比本发明具有以下有益效果：

本发明提供的高精度超微测力零件表面形状跟踪装置测力小、被测零件变形小、测量精度高、测量范围大、可定制测量杆，在作动态测量时可有效真实地跟踪零件各种表面形状，实时无滞后的反馈到激光传感器，消除了测量散差，得到了有效的测量真值，并且可以将其加装在各类测量机中实现快速自动化测量。

说明书附图

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的局部放大结构示意图；

图3是图2中I处的放大结构示意图。

具体实施方式

现结合附图对本发明作进一步说明。

如图1、图2和图3所示，高精度超微测力零件表面形状跟踪装置，包括夹紧装置、弹性测量装置、测量杆、转动装置和激光传感器38；所述夹紧装置夹紧工件41，所述转动装置带动夹紧装置转动，所述弹性测量装置安装在夹紧装置的一侧，弹性测量装置上装有测量杆，测量杆与工件41接触，所述激光传感器38安装在弹性测量装置的一侧，激光传感器38检测测量杆的变动。

弹性测量装置包括复位弹簧片34、连接弹簧片33、固定测量座32和活动测量座31；所述复位弹簧片34为弧形弹簧片，复位弹簧片34和连接弹簧片33成组安装，即复位弹簧片34和连接弹簧片33安装在一起，复位弹簧片34和连接弹簧片33的两端分别与固定测量座32和活动测量座31连接，复位弹簧片34和连接弹簧片33均对称安装在固定测量座32和活动测量座31的两端，活动测量座31可向固定测量座32的的两端移动。

复位弹簧片34和连接弹簧片33均设有四个，分别安装在固定测量座32和活动测量座31的两端，且分别位于固定测量座32和活动测量座31的两侧。

活动测量座31的顶部设有定位槽，定位槽的底部内设有螺纹孔；所述测量杆安装在定位槽中，测量杆上装有球形的检测头36。

夹紧装置包括转动轴22、转动座21和夹紧气缸23；所述转动轴22对称设置，转动轴22夹住工件41的两端，转动轴22安装在转动座21上，转动轴22与转动装置连接；所述转动座21固定在活动底板12上，活动底板12通过导轨13安装在机架11的顶部；所述夹紧气缸23的一端通过活动连接座固定在机架11的顶部，夹紧气缸23的活塞杆固定在活动底板12上。

弹性测量装置分别安装在转动座21的两侧和顶部，安装在转动座21顶部的弹性测量装置上装有端面测量杆35，安装在转动座21两侧的弹性测量装置上装有侧面测量杆37，所述端面测量杆35和侧面测量杆37上均装有球形的检测头36，所述端面测量杆35用于检测工件41的端面，侧面测量杆37用于检测工件41的内腔；所述激光传感器38分别安装在端面测量杆35的后方和侧面测量杆37的侧面，激光传感器38检测端面测量杆35和侧面测量杆37的变动。

转动装置包括转动杆42，减速机45和伺服电机44；所述转动杆42安装在轴承座43上，轴承座43固定在机架11的顶部，且位于活动底板12的一侧，所述转动杆42的一端与减速机45连接，减速机45与伺服电机44连接；转动杆42和转动轴22上均装有带轮，带轮通过皮带连接。

转动杆42的另一端装有编码器46。

活动底板12与机架11之间装有定位底板14，所述定位底板14的底部设有燕尾槽17，定位底板14的侧面装有锁紧把手16，锁紧把手16的锁紧螺杆与燕尾槽17相通，所述定位底板14的燕尾槽17活动安装在燕尾导轨15上，燕尾导轨15安装在机架11的顶部。

激光传感器38用于检测测量杆的微量变动，从而实现工件41表面形状的跟踪检测。

弧形的复位弹簧片34使活动测量座31在自由状态时能够处于固定的位置，当外力通过测量杆传递到活动测量座31上时，活动测量座31发生移动，复位弹簧片34提供复位的力，使活动测量座31向初始位置移动，使测量杆压紧在被测面上。

连接弹簧片33用于连接活动测量座31与固定测量座32，并限制活动测量座31与固定测量座32之间的距离。

复位弹簧片34和连接弹簧片33使活动测量座31处于悬空状态，能够检测微弱的位置变动，测量行程为3mm，内测力小于0.05N，使得被测工件41因测力产生的形变小于1.5/1000mm。

在活动测量座31和固定测量座32的四个角上安装复位弹簧片34和连接弹簧片33，使活动测量座31受力均匀，减少测量误差。

测量杆可根据不同的被测工件41加工成适合测量的形状，测量零件外形及内腔的各种部位，在作动态测量时可有效真实地跟踪零件各种表面形状，实时无滞后的反馈到激光传感器38，消除了测量散差，得到了有效的测量真值，并且可以将其加装在各类测量机中实现快速自动化测量。

球形的检测头36可以提高检测精度，因为球形的检测头36与被测物体通常为点接触，点接触可以提高测量的精度。

通过转动杆42同步带动两个转动轴22转动，实现工件41两端的同步转动，减少转动不同步对测量产生影响。

伺服电机44和编码器46用于提高转动时的反馈精度。

定位底板14的燕尾槽17用于调整定位底板14的位置，从而提高高精度超微测力零件表面形状跟踪装置的适用范围。

工件41为管件，管件的两端装有薄壁的波纹管，波纹管固定在管件上，且波纹管的直径大于管件的外径，夹紧气缸23启动带动活动底板12向管件移动，转动轴22从工件41的两端压紧管件，端面测量杆35的检测头36压在波纹管的端面，侧面测量杆37的检测头36位于波纹管内腔，检测波纹管内腔；伺服电机44启动带动转动杆42转动，转动杆42带动转动轴22转动，转动轴22带动工件41转动，激光传感器38的激光打在端面测量杆35和侧面测量杆37上，端面测量杆35和侧面测量杆37将激光反射到激光传感器38中，随着工件41的转动系统根据激光传感器38的反馈判断变形量，从而得到零件表面形状的测量数据。

Claims

1.高精度超微测力零件表面形状跟踪装置，其特征在于，包括夹紧装置、弹性测量装置、测量杆、转动装置和激光传感器（38）；所述夹紧装置夹紧工件（41），所述转动装置带动夹紧装置转动，所述弹性测量装置安装在夹紧装置的一侧，弹性测量装置上装有测量杆，测量杆与工件（41）接触，所述激光传感器（38）安装在弹性测量装置的一侧，激光传感器（38）检测测量杆的变动。

2.根据权利要求1所述的高精度超微测力零件表面形状跟踪装置，其特征在于，所述弹性测量装置包括复位弹簧片（34）、连接弹簧片（33）、固定测量座（32）和活动测量座（31）；所述复位弹簧片（34）为弧形弹簧片，复位弹簧片（34）和连接弹簧片（33）成组安装，即复位弹簧片（34）和连接弹簧片（33）安装在一起，复位弹簧片（34）和连接弹簧片（33）的两端分别与固定测量座（32）和活动测量座（31）连接，复位弹簧片（34）和连接弹簧片（33）均对称安装在固定测量座（32）和活动测量座（31）的两端，活动测量座（31）可向固定测量座（32）的两端移动。

3.根据权利要求2所述的高精度超微测力零件表面形状跟踪装置，其特征在于，所述复位弹簧片（34）和连接弹簧片（33）均设有四个，分别安装在固定测量座（32）和活动测量座（31）的两端，且分别位于固定测量座（32）和活动测量座（31）的两侧。

4.根据权利要求2所述的高精度超微测力零件表面形状跟踪装置，其特征在于，所述活动测量座（31）的顶部设有定位槽，定位槽的底部内设有螺纹孔；所述测量杆安装在定位槽中，测量杆上装有球形的检测头（36）。

5.根据权利要求1所述的高精度超微测力零件表面形状跟踪装置，其特征在于，所述夹紧装置包括转动轴（22）、转动座（21）和夹紧气缸（23）；所述转动轴（22）对称设置，转动轴（22）夹住工件（41）的两端，转动轴（22）安装在转动座（21）上，转动轴（22）与转动装置连接；所述转动座（21）固定在活动底板（12）上，活动底板（12）通过导轨（13）安装在机架（11）的顶部；所述夹紧气缸（23）的一端通过活动连接座固定在机架（11）的顶部，夹紧气缸（23）的活塞杆固定在活动底板（12）上。

6.根据权利要求5所述的高精度超微测力零件表面形状跟踪装置，其特征在于，所述弹性测量装置分别安装在转动座（21）的两侧和顶部，安装在转动座（21）顶部的弹性测量装置上装有端面测量杆（35），安装在转动座（21）两侧的弹性测量装置上装有侧面测量杆（37），所述端面测量杆（35）和侧面测量杆（37）上均装有球形的检测头（36），所述端面测量杆（35）用于检测工件（41）的端面，侧面测量杆（37）用于检测工件（41）的内腔；所述激光传感器（38）分别安装在端面测量杆（35）的后方和侧面测量杆（37）的侧面，激光传感器（38）检测端面测量杆（35）和侧面测量杆（37）的变动。

7.根据权利要求5所述的高精度超微测力零件表面形状跟踪装置，其特征在于，所述转动装置包括转动杆（42），减速机（45）和伺服电机（44）；所述转动杆（42）安装在轴承座（43）上，轴承座（43）固定在机架（11）的顶部，且位于活动底板（12）的一侧，所述转动杆（42）的一端与减速机（45）连接，减速机（45）与伺服电机（44）连接；转动杆（42）和转动轴（22）上均装有带轮，带轮通过皮带连接。

8.根据权利要求7所述的高精度超微测力零件表面形状跟踪装置，其特征在于，所述转动杆（42）的另一端装有编码器（46）。

9.根据权利要求5所述的高精度超微测力零件表面形状跟踪装置，其特征在于，所述活动底板（12）与机架（11）之间装有定位底板（14），所述定位底板（14）的底部设有燕尾槽（17），定位底板（14）的侧面装有锁紧把手（16），锁紧把手（16）的锁紧螺杆与燕尾槽（17）相通，所述定位底板（14）的燕尾槽（17）活动安装在燕尾导轨（15）上，燕尾导轨（15）安装在机架（11）的顶部。