CN108253866A - 测量薄壁异形管波峰平直段壁厚的三坐标测量装置及其测量方法 - Google Patents

测量薄壁异形管波峰平直段壁厚的三坐标测量装置及其测量方法 Download PDF

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刘红
张云江
姚江伟
曹昆武
王超
付胜楠
刘海梅
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Abstract

本发明公开了一种测量薄壁异形管波峰平直段壁厚的三坐标测量装置及其测量方法，所述薄壁异形管波峰平直段壁厚测量装置包括内支撑定位杆：末端通过定位部在平台上定位，所述内支撑定位杆外径小于所述薄壁异形管侧壁上波峰的内腔内径，所述内支撑定位杆的长度大于所述波峰的内腔深度，所述内支撑定位杆的顶端设有用于支撑所述波峰的内壁顶点的支撑部；固定垫块：置于所述平台上以支撑薄壁异形管，使得所述支撑部的顶端与所述薄壁异形管的平直段内壁相抵。本发明可简化薄壁异形管波峰平直段壁厚测的测量作业，提高测量结果的可靠性。

Description

测量薄壁异形管波峰平直段壁厚的三坐标测量装置及其测量 方法
技术领域
本发明涉及机械加工技术领域，特别是涉及一种测量薄壁异形管波峰平直段壁厚的三坐标测量装置及其测量方法。
背景技术
如图1a所示，待测的薄壁异形管7中心位置设有管腔，波峰8位于所述薄壁异形管7的外壁上，波峰8的内腔与所述的管腔相连通。
以往测量波峰8平直段壁厚是在其成形之前，用壁厚千分尺测量管坯的壁厚，但薄壁异形管7的异形部位波峰8在成型过程中会受到较大的应力，波峰8平直段壁厚会发生一定变化，管坯测量数据已不再适用。零件加工成形之后，由于波峰8内腔空间尺寸较小，测量仪器无法直接接触到被测位置，因此，成型后波峰8平直段的壁厚测量一直是一个难题。
三坐标测量机适用广，测量精度高，但是由于机器回转测杆及测头半径大于波峰8的内腔内径，导致仪器的测头不能触测到被测量位置，因此无法实现薄壁异形管7的波峰8平直段壁厚的测量。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的薄壁异形管薄壁波峰平直段壁厚不易测量的问题，而提供一种测量薄壁异形管波峰平直段壁厚的三坐标测量装置，以简化平直段壁厚的测量过程，提高测量结果的可靠性。
本发明的另一个目的是针对现有技术中存在的薄壁异形管薄壁波峰平直段内腔空间小，普通测量机构不易测量的问题，而提供一种测量薄壁异形管波峰平直段壁厚的三坐标测量装置的测量方法。
一种测量薄壁异形管波峰平直段壁厚的三坐标测量装置，包括：
平台；三坐标测头，其用于测量被测量物；移动机构，其使上述三坐标测头移动；控制装置，其控制上述移动机构；
定位机构，包括，
内支撑定位杆：末端通过定位部在平台上定位，所述内支撑定位杆外径小于所述薄壁异形管侧壁上波峰的内腔内径，所述内支撑定位杆的长度大于所述波峰的内腔深度，所述内支撑定位杆的顶端设有用于支撑所述波峰的内壁顶点的支撑部；
固定垫块：置于所述平台上以支撑薄壁异形管，使得所述支撑部的顶端与所述薄壁异形管的平直段内壁相抵。
在上述技术方案中，所述定位部包括对所述内支撑定位杆进行夹紧定位的三爪卡盘和用于将所述三爪卡盘固定在平台上的磁力座。
在上述技术方案中，所述磁力座的长度为50-60mm，所述磁力座的高度为50-70mm，优选为60mm，所述磁力座的宽度为40-60mm。
在上述技术方案中，磁力座长度与三爪卡盘轴向长度之和，小于薄壁异形管的管腔直径。
在上述技术方案中，所述支撑部为球体。
在上述技术方案中，所述球体直径为2-3mm，球体表面粗糙度Ra为0.2-0.3μm，球体表面轮廓度为0.004-0.006mm。
在上述技术方案中，所述内支撑定位杆包括同轴心依次连接的球体、上圆柱杆、圆锥柱体和下圆柱杆，其中：所述下圆柱杆的底端与所述的三爪卡盘夹紧配合，所述下圆柱杆的外径与所述圆锥柱体的底端外径相同，所述圆锥柱体的顶端外径与所述的上圆柱杆的外径相同，并小于所述球体的直径。
在上述技术方案中，所述上圆柱杆的长度大于所述薄壁异形管的深度。
在上述技术方案中，所述内支撑定位杆的长度为50-60mm，上圆柱杆直径1.5-2.5mm，球体及上圆柱杆的长度15mm，下圆柱杆的直径为4-6mm。
在上述技术方案中，所述三爪卡盘包括卡盘体和由卡爪驱动机构驱动来夹紧或张开的三个卡爪。
所述一种测量薄壁异形管波峰平直段壁厚的三坐标测量装置的测量方法，包括以下步骤：
步骤1，利用固定部将内支撑定位杆固定在平台上，使得内支撑定位杆保持水平，三坐标测头测量支撑部顶点的坐标点，得到X0Y0Z0；
步骤2，将薄壁异形管竖直放置在平台上，并使得支撑定位杆和固定部位于所述薄壁异形管的管腔内；
步骤3，选取预定厚度的固定垫块放置在平台上，将薄壁异形管支撑起来，水平移动薄壁异形管，使得支撑定位杆伸入到波峰内，支撑部对波峰内壁形成内支撑，三坐标测头相同 X0Y0坐标位置，得出另一个坐标点X0Y0Z1，被测壁厚t＝|Z1-Z0|。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明的定位方法不同于现有技术中的诸如壁厚千分尺测量薄壁异形管管坯的壁厚，本发明是直接测量薄壁异形管波峰平直段的壁厚，测量结果更加可靠。
2.本发明的波峰平直段壁厚测量用定位装置，以球体顶点模拟薄壁异形管波峰平直段内壁，再利用三坐标测量机，通过制定合理的测量方案，实现上述壁厚测量。有效解决了波峰内空间小，测量费时费力的问题，使得波峰壁厚的测量更加简单，降低操作难度。
3.本发明对定位装置的结构设计和工艺优化提供了依据，也为评估产品质量和加工一致性、稳定性，提供了依据。
4.结构简单、制作工艺简单，便于工业化推广应用。
附图说明
图1a为薄壁异形管的结构示意图。
图1b为薄壁异形管波峰平直段壁厚测量装置示意图；
图2为图1b中A的放大图；
图3内支撑定位杆示意图；
图4楔形块主视图；
图5楔形块俯视图；
图6垫块高度计算示意图；
图7三爪卡盘主视图；
图8三爪卡盘俯视图；
其中：1-平台，2-三坐标测头，3-固定垫块，4-内支撑定位杆，5-三爪卡盘，6-磁力座， 7-薄壁异型管，8-波峰，9-球体，10-上圆柱杆，11-圆锥柱体，12-下圆柱杆；
51-卡盘体，52-卡爪。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
如图所示，本发明的一种测量薄壁异形管波峰平直段壁厚的三坐标测量装置，包括：平台1；三坐标测头2，其用于测量被测量物；移动机构，其使上述三坐标测头2移动；控制装置，其控制上述移动机构；
定位机构，包括，
内支撑定位杆4：末端通过定位部在平台1上定位，所述内支撑定位杆4外径小于所述薄壁异形管7侧壁上波峰8的内腔内径，所述内支撑定位杆4的长度大于所述波峰8的内腔深度，所述内支撑定位杆4的顶端设有用于支撑所述波峰的内壁顶点的支撑部；
固定垫块3：置于所述平台1上以支撑薄壁异形管7，使得所述支撑部的顶端与所述薄壁异形管8的平直段内壁相抵。
作为优选方式，所述定位部包括对所述内支撑定位杆4进行夹紧定位的三爪卡盘5和用于将所述三爪卡盘5固定在平台1上的磁力座6。
作为优选方式，所述磁力座6的长度为50-60mm，优选为55mm，所述磁力座6的高度为50-70mm，优选为60mm，所述磁力座6的宽度为40-60mm，优选为50mm，磁力座6吸力足以保证三爪卡盘5及内支撑定位杆4固定不动，磁力座应符合JB/T 10010-1999标准。
作为优选方式，磁力座6长度与三爪卡盘5轴向长度之和，小于薄壁异形管的管腔直径。便于装置放入零件。
实施例2
本实施例在实施例1的基础上进行改进，所述支撑部为球体9，定位时所述球体9对所述波峰14的平直段内壁形成支撑，球体9的顶点既便于模拟波峰8平直段上的测量点，又可实现良好的支撑定位。
作为优选方式，所述球体9直径为2-3mm，优选为2.5mm，球体表面粗糙度Ra0.2-0.3，优选为0.25，球体9表面轮廓度为0.004-0.006mm，优选为0.005mm。
作为优选方式，所述内支撑定位杆5包括同轴心依次连接的球体9、上圆柱杆10、圆锥柱体11和下圆柱杆12，其中：所述下圆柱杆12的底端与所述的三爪卡盘5夹紧配合，所述下圆柱杆12的外径与所述圆锥柱体11的底端外径相同，所述圆锥柱体11的顶端外径与所述的上圆柱杆10的外径相同，并小于所述球体9的直径。
作为优选方式，所述上圆柱杆10的长度大于所述薄壁异形管8的深度。
作为优选方式，所述内支撑定位杆5的长度为50-60mm，优选为55mm。
作为优选方式，上圆柱杆10直径1.5-2.5mm，优选为2.0mm，球体及上圆柱杆10的长度15mm，下圆柱杆12的直径为4-6mm，优选为5mm。
作为优选方式，所述内支撑定位杆5选用工具钢材料，保证圆柱杆不变形，下圆柱杆13 部分，由固定座三爪卡盘夹紧。
作为优选方式，所述三爪卡盘5包括卡盘体51和由卡爪驱动机构驱动来夹紧或张开的三个卡爪52。
实施例3
如实施例1所述的用于测量薄壁异形管平直段壁厚的三坐标测量装置的测量方法，包括以下步骤：
步骤1，利用固定部将内支撑定位杆4固定在平台1上，使得内支撑定位杆4保持水平，三坐标测头2测量支撑部顶点的坐标点，得到X0Y0Z0；
步骤2，将薄壁异形管7竖直放置在平台1上，并使得支撑定位杆4和固定部位于所述薄壁异形管7的管腔内；
步骤3，选取预定厚度的固定垫块3放置在平台1上，并将薄壁异形管7支撑起来，水平移动薄壁异形管7，使得支撑定位杆4伸入到波峰8内，支撑部对波峰8内壁形成内支撑，三坐标测头2相同X0Y0坐标位置，得出另一个坐标点X0Y0Z1，被测壁厚t＝|Z1-Z0|。
具体的：
利用采用三爪卡盘5夹紧内支撑定位杆4，内支撑定位杆4水平放置，三爪卡盘5垂直吸在磁力座6的侧面，放置在平台1上，内支撑定位杆4顶部的球体9的顶点作为模拟点，模拟被测内管壁测量点，先在球体顶点位置由上至下测量采点，得到模拟点坐标X0Y0Z0。
然后放上薄壁异形管7，将被测波峰的测量点，与球面模拟点重合，选择调整合适厚度的垫块3，保证待测零件7被测点与球体接触，并保证待测零件7不动，如图1所示，再从上至下测量相同X0Y0坐标位置，得出另一个坐标点X0Y0Z1，被测壁厚t＝|Z1-Z0|。
作为优选方式，所述垫块3可为楔形及长方形两种，长方形垫块可用量块代替，根据零件异形处到工作台一端的端面的距离而定。当波峰8垂直于所述薄壁异形管7时，垫块3采用长方形垫块，当波峰8与所述薄壁异形管7间呈一定夹角时，垫块3可采用楔形块，以将薄壁异形管7倾斜支撑起来，使得波峰8处于水平。
垫块上、下平面度0.005mm，粗糙度Ra0.25μm，对于波峰8平直段与水平面不平行的零件，可选用楔形块，更易于调整固定零件，楔形块短边高度的选择，优选为略小于H数值，倾斜度优选1：20。
其中：垫块3高度H计算过程如下：球体9中心点至平面1距离为L，减去波峰8中心线到薄壁异形管7的端面距离L1，再减去波峰内腔直径L2的二分之一与支撑球体直径d的二分之一之和。见图6。计算公式如下：
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种测量薄壁异形管波峰平直段壁厚的三坐标测量装置，其特征在于，包括：
平台；三坐标测头，其用于测量被测量物；移动机构，其使上述三坐标测头移动；控制装置，其控制上述移动机构；
定位机构，包括，
内支撑定位杆：末端通过定位部在平台上定位，所述内支撑定位杆外径小于所述薄壁异形管侧壁上波峰的内腔内径，所述内支撑定位杆的长度大于所述波峰的内腔深度，所述内支撑定位杆的顶端设有用于支撑所述波峰的内壁顶点的支撑部；
固定垫块：置于所述平台上以支撑薄壁异形管，使得所述支撑部的顶端与所述薄壁异形管的平直段内壁相抵。
2.如权利要求1所述的一种测量薄壁异形管波峰平直段壁厚的三坐标测量装置，其特征在于，所述定位部包括对所述内支撑定位杆进行夹紧定位的三爪卡盘和用于将所述三爪卡盘固定在平台上的磁力座。
3.如权利要求2所述的一种测量薄壁异形管波峰平直段壁厚的三坐标测量装置，其特征在于，所述磁力座的长度为50-60mm，所述磁力座的高度为50-70mm，所述磁力座的宽度为40-60mm。
4.如权利要求2所述的一种测量薄壁异形管波峰平直段壁厚的三坐标测量装置，其特征在于，磁力座长度与三爪卡盘轴向长度之和，小于薄壁异形管的管腔直径。
5.如权利要求1所述的一种测量薄壁异形管波峰平直段壁厚的三坐标测量装置，其特征在于，所述支撑部为球体。
6.如权利要求5所述的一种测量薄壁异形管波峰平直段壁厚的三坐标测量装置，其特征在于，所述球体直径为2-3mm，球体表面粗糙度Ra为0.2-0.3μm，球体表面轮廓度为0.004-0.006mm。
7.如权利要求2所述的一种测量薄壁异形管波峰平直段壁厚的三坐标测量装置，其特征在于，所述内支撑定位杆包括同轴心依次连接的球体、上圆柱杆、圆锥柱体和下圆柱杆，其中：所述下圆柱杆的底端与所述的三爪卡盘夹紧配合，所述下圆柱杆的外径与所述圆锥柱体的底端外径相同，所述圆锥柱体的顶端外径与所述的上圆柱杆的外径相同，并小于所述球体的直径。
8.如权利要求7所述的一种测量薄壁异形管波峰平直段壁厚的三坐标测量装置，其特征在于，所述上圆柱杆的长度大于所述薄壁异形管的深度。
9.如权利要求7所述的一种测量薄壁异形管波峰平直段壁厚的三坐标测量装置，其特征在于，所述内支撑定位杆的长度为50-60mm，上圆柱杆直径1.5-2.5mm，球体及上圆柱杆的长度15mm，下圆柱杆的直径为4-6mm。
10.如权利要求2所述的一种测量薄壁异形管波峰平直段壁厚的三坐标测量装置，其特征在于，所述三爪卡盘包括卡盘体和由卡爪驱动机构驱动来夹紧或张开的三个卡爪。
11.如权利要求1所述的一种测量薄壁异形管波峰平直段壁厚的三坐标测量装置，其特征在于，所述内支撑定位杆为工具钢材质。
12.如权利要求1所述的一种测量薄壁异形管波峰平直段壁厚的三坐标测量装置的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，利用固定部将内支撑定位杆固定在平台上，使得内支撑定位杆保持水平，三坐标测头测量支撑部顶点的坐标点，得到X0Y0Z0；
步骤2，将薄壁异形管竖直放置在平台上，并使得支撑定位杆和固定部位于所述薄壁异形管的管腔内；
步骤3，选取预定厚度的固定垫块放置在平台上，将薄壁异形管支撑起来，水平移动薄壁异形管，使得支撑定位杆伸入到波峰内，支撑部对波峰内壁形成内支撑，三坐标测头相同X0Y0坐标位置，得出另一个坐标点X0Y0Z1，被测壁厚t＝|Z1-Z0|。
13.如权利要求12所述的一种测量薄壁异形管波峰平直段壁厚的三坐标测量装置的测量方法，其特征在于，所述步骤1中的支撑部为球体。
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