CN107971242A - 轴类零件自动测量与分选装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了轴类零件自动测量与分选装置，属于精密测试计量技术领域。它包括机械部分和测控部分，所述机械部分包括振动料盘、送料管、料斗柜体、机架柜体、料仓组件、转盘组件、内径测量组件、长度测量组件、下料组件和控制盒等，所述测控组件包括PLC、转盘电机、内径测量电机、转盘电机驱动器、内径测量电机驱动器、人机界面、气动量仪和长光栅等。该发明装置采用六工位转盘的机械结构，运用气动量仪和长光栅的测量方法，实现对轴类零件的内径和长度全自动化高精度在线测量，并将测量结果分选为合格品、返修品和不合格品。本发明具有工作效率高、可靠性强、重复性好等优点，有效降低了操作人员的劳动强度和企业的生产成本。

Description

轴类零件自动测量与分选装置
技术领域
本发明涉及一种测量与分选装置，特别涉及一种轴类零件自动测量与分选装置，属于精密测试计量技术领域。
背景技术
轴类零件是机器中经常遇到的典型零件之一，它主要用来支承传动零部件，传递扭矩和承受载荷，一般由同心轴的外圆柱面、圆锥面、内孔和螺纹及相应的端面所组成，广泛应用于各种高精度配合场所。轴类零件的精确测量不仅能保证零件最后加工质量，也是提高生产效率的一个关键所在。然而内径和长度作为轴类零件基本尺寸参数之一，它的测量也是整个测量环节中不可缺少的一部分，特别是对于轴类零件的小孔孔径测量，因测量工具的活动范围有限，操作不方便，所以对其进行高精度测量一直以来是一个较难解决的问题。
现有技术中，通常采用止通规或者内径千分尺对轴类零件进行内径测量，采用游标卡尺对轴类零件进行长度测量，最后再根据两者的测量结果进行人工分选。虽然上述方法操作简单，基本能够达到预期测量和分选效果，但是工作效率低、检测成本高、操作人员主观出错率大，而且不容易做到全检，特别是在工业大规模生产中，如果仍采用上述的方式，将很难以完成大批量的检测任务，无法满足现代企业的发展要求。
因此，很有必要提供一种轴类零件自动测量与分选装置来解决上述问题。
发明内容
本发明旨在提供一种轴类零件自动测量与分选装置，以解决现有技术中轴类零件检测工作效率低、误差大、成本高和难以实现大批量测量等问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种轴类零件自动测量与分选装置，包括机械部分和测控部分。机械部分包括：振动料盘1，设置在料斗柜体9上面，用于放置待测工件；振动料盘1的出料口连有送料管2，送料管2为待测工件进入料仓组件3的通道；料仓组件3与送料管2相连，料仓组件3设置在转盘组件4上，料仓组件3用于将待测工件自动送入到转盘组件4的上料工位46中；转盘组件4设置在机架柜体8上，转盘组件4包含有六个工位，通过旋转运动的方式，使待测工件能进入上料组件、下料组件5、内径测量组件6和长度测量组件7中；在转盘组件4的内径测量工位48一侧设置有内径测量组件6，内径测量组件6设置在机架柜体8上，通过气动量仪52实现对待测工件内孔的精密测量；内径测量工位48的下一个工位是长度测量工位50，长度测量工位50旁边安装有长度测量组件7，固定在机架柜体8上，通过长光栅54实现对待测工件长度的精密测量；在长度测量工位50后的工位分别是合格品工位49、返修品工位47和不合格品工位45，在长度测量工位50一侧设置有下料组件5，下料组件5安装在机架柜体8上，下料组件5用于对已经测量过的待测工件进行下料和分选；机械部分还包括控制盒10，控制盒10安装在料斗柜体9的端面上且与控制盒10的上端面平齐，料斗柜体9用于安装人机界面11以及操作按钮。
测控部分由PLC55、转盘电机驱动器51、内径测量电机驱动器53、人机界面11、气动量仪52和长光栅54组成；测控部分元件设置在料斗柜体9中，料斗柜体9边门开有通风口，并设置有风扇，通过风扇降低料斗柜体9中的温度；PLC55作为控制系统的核心，转盘电机驱动器51、内径测量电机驱动器53连接在PLC55上，转盘电机驱动器51用于控制转盘电机20，内径测量电机驱动器53用于控制内径测量电机22；气动量仪52与PLC55通讯接口相连，用于待测工件的内径测量；长光栅54与转盘测量电机驱动器相连，用于待测工件长度测量；人机界面11安装在控制盒10上，同样也与PLC55相连，用于显示测量数据和修改参数。
料斗柜体9和机架柜体8对齐放置，料斗柜体9和机架柜体8中间相隔一定距离，便于送料管2中的待测工件进入料仓组件3。
料仓组件3包括料仓左块12、料仓右块14、料仓背板15、导料块13和顶料气缸16；料仓左块12和料仓右块14均设置在料仓背板15上，料仓左块12和料仓右块14之间形成一个与待测工件外径大小相等的深槽，该深槽用作待测工件走料的通道；导料块13设置在料仓左块12和料仓右块14上，能使深槽内的待测工件平稳、顺利地进入到转盘组件4的上料工位46中；料仓组件3的侧部设置有顶料气缸16，顶料气缸16用于顶住深槽内的待测工件，为待测工件的上料提供动力。
转盘组件4包括六工位转盘17、夹持套18、电机箱体19、减速器21和转盘电机20；六工位转盘17设置在电机箱体19上，六工位转盘17通过减速器21与电机箱体19内的转盘电机20相连，用于实现待测工件的内径测量、长度测量和分选功能；夹持套18设置在六工位转盘17上，用于夹住待测工件。
内径测量组件6包括内径测量电机22、推料气缸23、滑板24、拨叉杆25、气动测头26、簧片27、测头传感器28、挡块29、弹簧30和行程开关31；气动测头26通过多块簧片27支撑，气动测头26设置在转盘组件4中的夹持套18旁；内径测量电机22作为整个组件的动力元件用于驱动拨叉杆25运动；拨叉杆25固定在滑板24上用于推动气动测头26上的待测工件；推料气缸23安装在电机箱体19上用于将夹持套18中的待测工件顶到气动测头26上；测头传感器28设置在组件的侧部，测头传感器28与挡块29一起组成测头保护装置，用于防止气动测头26被撞伤；弹簧30安装在内径测量组件6的下端，用于调整调节气动测头26左移受力大小；滑板24的下端还设置有两个行程开关31，用于限制拨叉杆25推动气动测头26上待测工件的移动范围。
长度测量组件7包括长度测量气缸34、顶销轴36、顶销轴支座35、定位销37、定位销支座38、光栅读数头32和标尺光栅33；顶销轴36设置在顶销轴支座35上，顶销轴支座35安装在长度测量气缸34上，长度测量气缸34用于带动顶销轴36顶向待测工件的一端，待测工件的另一端则顶到定位销37上，定位销37与待测工件同轴并通过盈配合安装在定位销支座38上，定位销支座38安装在机架柜体8上；标尺光栅33设置在长度测量气缸34左侧，标尺光栅33的一侧安装有光栅读数头32，随着长度测量气缸34的运动带动标尺光栅33运动，光栅读数头32能够间接测得待测工件长度大小。
下料组件5包括左接料垫39、右接料垫41、接料支架40、卸料支架42、卸料气缸44和卸料顶杆43；左接料垫39和右接料垫41分别安装在接料支架40的两侧，左接料垫39和右接料垫41用于盛放待测工件，接料支架40固定在卸料支架42上，卸料支架42安装在机架柜体8上；下料组件5包括合格品、返修品和不合格品的三个卸料工位，各卸料工位旁都有卸料气缸44和卸料顶杆43，用于待测工件的自动下料。
本发明可以取得如下有益效果：
1)本发明采用气动量仪和长光栅的测量方法，能全自动在线测量轴类零件的内径和长度，并可将测量结果分选为合格品、返修品和不合格品，还特别解决了小孔孔径高精度快速测量的难题。
2)本发明采用了六工位转盘的机械结构，上料、下料和测量各组件以此结构为中心，顺利完成了整个测量动作。
3)在本发明的内径测量组件中，气动测头采用簧片支撑，使测头在上下和左右方向有一定的活动空间，能够自动调整测头与工件内孔之间的同轴度，降低对测头的损伤。
4)在本发明的内径测量组件中，采用的测头传感器能有效防止气动测头被撞伤，减少不必要的经济损失。此外，安装的弹簧能够调节气动测头左移受力大小，进而调节触发测头保护装置的难易程度，操作人员可根据自己的测量要求选择合适的力度大小。
5)该发明装置运行稳定，可靠性高，重复性好，能在工业实际生产中进行大批量测量，有效提高了企业的生产效率。
6)该发明装置体积小，占地少，维修方便，测量原理简单，对测量环境无严格要求，能适应相对恶劣的生产环境。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式，下面将对具体实施方式所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
图1为轴类零件自动测量与分选装置机械结构总图
图2为料仓组件结构安装图
图3为转盘组件结构安装图
图4为内径测量组件结构安装图
图5为长度测量组件结构安装图
图6为下料组件结构安装图
图7为轴类零件自动测量与分选装置工作原理图
图中：1、振动料盘，2、送料管，3、料仓组件，4、转盘组件，5、下料组件，6、内径测量组件，7、长度测量组件，8、机架柜体，9、料斗柜体，10、控制盒，11、人机界面，12、料仓左块，13、导料块，14、料仓右块，15、料仓背板，16、顶料气缸，17、六工位转盘，18、夹持套，19、电机箱体，20、转盘电机，21、减速器，22、内径测量电机，23、推料气缸，24、滑板，25、拨叉杆，26、气动测头，27、簧片，28、测头传感器，29、挡块，30、弹簧，31、行程开关，32、光栅读数头，33、标尺光栅，34、长度测量气缸，35、顶销轴支座，36、顶销轴，37、定位销，38、定位销支座，39、左接料垫，40、接料支架，41、右接料垫，42、卸料支架，43、卸料顶杆，44、卸料气缸，45、不合格品工位，46、上料工位，47、返修品工位，48、内径测量工位，49、合格品工位，50、长度测量工位，51、转盘电机驱动器，52、气动量仪，53、内径测量电机驱动器，54、长光栅，55、PLC。
具体实施方式
下面结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步的说明。
如图1所示，本实施例的轴类零件自动测量装置包括振动料盘1，具有螺旋式旋转结构，设置在料斗柜体9上，用于放置待测工件；送料管2，与振动料盘1和料仓组件3相连，用于工件进入料仓组件3的通道；转盘组件4，设置在机架柜体8上面，包含有六个工位，通过旋转运动的方式，使工件能进入上料、下料、内径测量和长度测量各组件中；在转盘组件4的内径测量工位48旁边设置有内径测量组件6，内径测量组件6设置在机架柜体8上，通过气动量仪52实现对工件内孔的精密测量；内径测量工位48的下一个工位是长度测量工位50，长度测量工位50旁边安装有长度测量组件7，固定在机架柜体8上，通过长光栅54实现对工件长度的精密测量；在长度测量工位50后面分别是合格品工位49、返修品工位47和不合格品工位45，在其旁边设置有下料组件5，下料组件5安装在机架柜体8上，用于对已经测量过的工件进行下料和分选；轴类零件自动测量与分选装置机械部分还包括控制盒10，安装在料斗柜体9正前方且与上端面平齐，用于安装人机界面11以及操作按钮。另外，料斗柜体9和机架柜体8对齐放置，中间相隔一定距离，便于送料管2中的工件进入料仓组件3，也可以减少仪器的占地面积。
如图2所示，本实施例的料仓组件3包括料仓左块12、料仓右块14、料仓背板15、导料块13和顶料气缸16；料仓左块12和料仓右块14设置在料仓背板15上，形成了一个工件外径大小的深槽，用作工件走料的通道；导料块13，设置在料仓左块12和料仓右块14上，能使槽内的工件平稳、顺利地进入到转盘组件4的上料工位46中；料仓组件3的右上侧设置有顶料气缸16，用于顶住槽内的工件，为工件上料提供动力。
工件先由送料管2进入到料仓组件3中，经过顶料气缸16顶住深槽中的零件，使深槽下端的零件经过导料套进入到转盘组件4的上料工位46中，实现了自动上料的过程。
如图3所示，本实施例的转盘组件4包括六工位转盘17、夹持套18、电机箱体19、减速器21和转盘电机20；六工位转盘17设置在电机箱体19上，并与电机箱体19内的转盘电机20相连，夹持套18设置在六工位转盘17上，用于夹住工件；由于不同轴类零件的外径大小可能不同，只需更换适合被测零件的夹持套18即可，这样就能满足不同规格的检测需求。测量工作时，上料、下料和测量各组件以六工位转盘17为中心，它每旋转度都能够进入到相应的测量工位，并顺利完成工件的整个测量动作。
如图4所示，本实施例的内径测量组件6包括内径测量电机22、推料气缸23、滑板24、拨叉杆25、气动测头26、簧片27、测头传感器28、挡块29、弹簧30和行程开关31；气动测头26通过多块簧片27支撑，设置在转盘组件4中的夹持套18旁；簧片27具有良好弹性，能保证气动测头26在上下和左右方向有一定的活动空间，当工件进入到气动测头26上测量时，能自动调节与工件的同轴度，降低对气动测头26的损伤；推料气缸23安装在电机箱体19上，并与气动测头26保持在一条中心线上，当夹持套18中的工件旋转至内径测量工位48时，推料气缸23可以将工件顶到气动测头26上测量；拨叉杆25固定在滑板24上，通过内径测量电机22驱动滑板24运动，进而带动拨叉杆25将气动测头26上的工件推回夹持套18中；滑板24下端还设置有两个行程开关31，用于限制拨叉杆25推动气动测头26上工件的移动范围；此外，该组件还有测头传感器28、挡块29和弹簧30，测头传感器28设置在组件的左侧，与挡块29一起组成测头保护装置，当挡块29感应测头传感器28，整个装置立即停止运动；弹簧30的作用是保证工件和气动测头26之间有一定摩擦力，同时还可以使气动测头26回到初始位置；操作人员可根据自己的测量要求来调节弹簧30拉力大小，若弹簧30拉力较小，则工件与气动测头26之间需要较小的摩擦力就能触发安全保护系统；若弹簧30拉力较大，则工件与气动测头26之间需要很大的摩擦力才能触发安全保护系统，这样就能满足操作人员不同的测量需求。
内径测量组件6是整个测量装置的核心部分，采用高精度的数字式气动量仪52，相比其它的测量方式，具有测量精度高、自洁功能、结构简单和操作维护方便等优点，特别适用于小孔孔径的高精度测量。
如图5所示，本实施例的长度测量组件7包括长度测量气缸34、顶销轴36、顶销轴支座35、定位销37、定位销支座38、光栅读数头32和标尺光栅33；
顶销轴36安装在顶销轴支座35上端的孔内，并用两个螺钉将其固定，顶销轴支座35设置在长度测量气缸34上，可以跟随长度测量气缸34一起运动；定位销支座38固定在机架柜体8上，定位销37过盈配合固定在定位销支座38内，并与前面的顶销轴36保持同轴，以利于顶销轴36将工件平行顶到定位销37表面；标尺光栅33设置在长度测量气缸34左侧，标尺光栅33旁边安装有光栅读数头32，随着长度测量气缸34的运动带动标尺光栅33运动，光栅读数头32可以间接测得工件长度大小，显示在人机界面11上，操作人员可直接看到测量的数据。
如图6所示，本实施例的下料组件5包括左接料垫39、右接料垫41、接料支架40、卸料支架42、卸料气缸44和卸料顶杆43；左接料垫39和右接料垫41分别安装在接料支架40的两侧，形成一个“V”型槽用来盛放工件，接料支架40固定在卸料支架42上，卸料支架42安装在机架柜体8上；下料组件5包括合格品、返修品和不合格品的三个卸料工位，各工位旁边都有卸料气缸44和卸料顶杆43，通过各气缸的动作实现工件的下料与分选。
如图7所示，本实施例的工作原理为将被测工件放入振动料盘1中，经料仓组件3到达上料工位46，通过转盘电机驱动器51控制转盘电机20旋转度后到达内径测量工位48；内径测量主要是利用气动量仪52，通过内径测量电机驱动器53控制内径测量电机22带动气动测头26运动，实现工件内径测量。内径测完后，继续旋转度到达长度测量工位50；长度则采用光栅的测量方法，光栅读数头32间接读取长度测量气缸34上标尺光栅33移动的距离进而间接得到工件的长度。
将上述内径和长度采集得到的数据储存在PLC55寄存器中，并显示在人机界面11上，通过与系统设定的参数比较，判断工件的下料位置。若内径和长度测量均合格，六工位转盘17旋转60度，在合格品工位49处下料；若内孔测量偏小且长度合格，六工位转盘17旋转120度，在返修品工位47处下料；若内孔测量偏大或长度测量不合格，六工位转盘17旋转180度，在不合格品工位45处下料；当工件在任意一个工位下料完成后，一个工件测量周期结束；随后，上料工位46会立即进来一个工件，下一个测量周期开始，从而实现对工件全自动测量和分选的目的。
尽管上面结合图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变性，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (7)

1.轴类零件自动测量与分选装置，其特征在于：包括机械部分和测控部分；机械部分包括：振动料盘(1)，设置在料斗柜体(9)上面，用于放置待测工件；振动料盘(1)的出料口连有送料管(2)，送料管(2)为待测工件进入料仓组件(3)的通道；料仓组件(3)与送料管(2)相连，料仓组件(3)设置在转盘组件(4)上，料仓组件(3)用于将待测工件自动送入到转盘组件(4)的上料工位(46)中；转盘组件(4)设置在机架柜体(8)上，转盘组件(4)包含有六个工位，通过旋转运动的方式，使待测工件能进入上料组件、下料组件(5)、内径测量组件(6)和长度测量组件(7)中；在转盘组件(4)的内径测量工位(48)一侧设置有内径测量组件(6)，内径测量组件(6)设置在机架柜体(8)上，通过气动量仪(52)实现对待测工件内孔的精密测量；内径测量工位(48)的下一个工位是长度测量工位(50)，长度测量工位(50)旁边安装有长度测量组件(7)，固定在机架柜体(8)上，通过长光栅(54)实现对待测工件长度的精密测量；在长度测量工位(50)后的工位分别是合格品工位(49)、返修品工位(47)和不合格品工位(45)，在长度测量工位(50)一侧设置有下料组件(5)，下料组件(5)安装在机架柜体(8)上，下料组件(5)用于对已经测量过的待测工件进行下料和分选；机械部分还包括控制盒(10)，控制盒(10)安装在料斗柜体(9)的端面上且与控制盒(10)的上端面平齐，料斗柜体(9)用于安装人机界面(11)以及操作按钮；
测控部分由PLC(55)、转盘电机驱动器(51)、内径测量电机驱动器(53)、人机界面(11)、气动量仪(52)和长光栅(54)组成；测控部分元件设置在料斗柜体(9)中，料斗柜体(9)边门开有通风口，并设置有风扇，通过风扇降低料斗柜体(9)中的温度；PLC(55)作为控制系统的核心，转盘电机驱动器(51)、内径测量电机驱动器(53)连接在PLC(55)上，转盘电机驱动器(51)用于控制转盘电机(20)，内径测量电机驱动器(53)用于控制内径测量电机(22)；气动量仪(52)与PLC(55)通讯接口相连，用于待测工件的内径测量；长光栅(54)与转盘测量电机驱动器相连，用于待测工件长度测量；人机界面(11)安装在控制盒(10)上，同样也与PLC(55)相连，用于显示测量数据和修改参数。
2.根据权利要求1所述的轴类零件自动测量与分选装置，其特征在于：料斗柜体(9)和机架柜体(8)对齐放置，料斗柜体(9)和机架柜体(8)中间相隔一定距离，便于送料管(2)中的待测工件进入料仓组件(3)。
3.根据权利要求1所述的轴类零件自动测量与分选装置，其特征在于：料仓组件(3)包括料仓左块(12)、料仓右块(14)、料仓背板(15)、导料块(13)和顶料气缸(16)；料仓左块(12)和料仓右块(14)均设置在料仓背板(15)上，料仓左块(12)和料仓右块(14)之间形成一个与待测工件外径大小相等的深槽，该深槽用作待测工件走料的通道；导料块(13)设置在料仓左块(12)和料仓右块(14)上，能使深槽内的待测工件平稳、顺利地进入到转盘组件(4)的上料工位(46)中；料仓组件(3)的侧部设置有顶料气缸(16)，顶料气缸(16)用于顶住深槽内的待测工件，为待测工件的上料提供动力。
4.根据权利要求1所述的轴类零件自动测量与分选装置，其特征在于：转盘组件(4)包括六工位转盘(17)、夹持套(18)、电机箱体(19)、减速器(21)和转盘电机(20)；六工位转盘(17)设置在电机箱体(19)上，六工位转盘(17)通过减速器(21)与电机箱体(19)内的转盘电机(20)相连，用于实现待测工件的内径测量、长度测量和分选功能；夹持套(18)设置在六工位转盘(17)上，用于夹住待测工件。
5.根据权利要求1所述的轴类零件自动测量与分选装置，其特征在于：内径测量组件(6)包括内径测量电机(22)、推料气缸(23)、滑板(24)、拨叉杆(25)、气动测头(26)、簧片(27)、测头传感器(28)、挡块(29)、弹簧(30)和行程开关(31)；气动测头(26)通过多块簧片(27)支撑，气动测头(26)设置在转盘组件(4)中的夹持套(18)旁；内径测量电机(22)作为整个组件的动力元件用于驱动拨叉杆(25)运动；拨叉杆(25)固定在滑板(24)上用于推动气动测头(26)上的待测工件；推料气缸(23)安装在电机箱体(19)上用于将夹持套(18)中的待测工件顶到气动测头(26)上；测头传感器(28)设置在组件的侧部，测头传感器(28)与挡块(29)一起组成测头保护装置，用于防止气动测头(26)被撞伤；弹簧(30)安装在内径测量组件(6)的下端，用于调整调节气动测头(26)左移受力大小；滑板(24)的下端还设置有两个行程开关(31)，用于限制拨叉杆(25)推动气动测头(26)上待测工件的移动范围。
6.根据权利要求1所述的轴类零件自动测量与分选装置，其特征在于：长度测量组件(7)包括长度测量气缸(34)、顶销轴(36)、顶销轴支座(35)、定位销(37)、定位销支座(38)、光栅读数头(32)和标尺光栅(33)；顶销轴(36)设置在顶销轴支座(35)上，顶销轴支座(35)安装在长度测量气缸(34)上，长度测量气缸(34)用于带动顶销轴(36)顶向待测工件的一端，待测工件的另一端则顶到定位销(37)上，定位销(37)与待测工件同轴并通过盈配合安装在定位销支座(38)上，定位销支座(38)安装在机架柜体(8)上；标尺光栅(33)设置在长度测量气缸(34)左侧，标尺光栅(33)的一侧安装有光栅读数头(32)，随着长度测量气缸(34)的运动带动标尺光栅(33)运动，光栅读数头(32)能够间接测得待测工件长度大小。
7.根据权利要求1所述的轴类零件自动测量与分选装置，其特征在于：下料组件(5)包括左接料垫(39)、右接料垫(41)、接料支架(40)、卸料支架(42)、卸料气缸(44)和卸料顶杆(43)；左接料垫(39)和右接料垫(41)分别安装在接料支架(40)的两侧，左接料垫(39)和右接料垫(41)用于盛放待测工件，接料支架(40)固定在卸料支架(42)上，卸料支架(42)安装在机架柜体(8)上；下料组件(5)包括合格品、返修品和不合格品的三个卸料工位，各卸料工位旁都有卸料气缸(44)和卸料顶杆(43)，用于待测工件的自动下料。
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