CN108534725A - 双孔形位公差测量机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种双孔形位公差测量机构，固定框架在第一导轨上移动，固定框架面对具有双孔的部件的侧面上固定有垂直于第一导轨的第二导轨和移动板，移动板上的第三导轨上滑动着测试臂，测试臂一端至少有两个测试探头；测试臂上的第一测距传感器测量测试臂在第三导轨上的位移；移动板上的第二测距传感器测量移动板在第二导轨上的位移；固定框架的第三测距传感器测量测量装置在第一导轨上的位移。测量装置先移动，使得一个测试探头伸入一个孔内，然后测量装置向另一个孔移动，直至另一个测试探头伸入另一个孔内，根据第一测距传感器、第二测距传感器、第三测距传感器显示的位移数据，从而计算出两个孔的形位公差，减少人为干扰因素和人为差错。

Description

双孔形位公差测量机构

技术领域

本发明涉及自动化检测领域，具体涉及一种双孔形位公差测量机构。

背景技术

自动检测就是在测量和检验过程中完全不需要或仅需要很少的人工干预而自动进行并完成的。实现自动检测可以提高自动化水平和程度，减少人为干扰因素和人为差错，可以提高生产过程或设备的可靠性及运行效率。

笔式传感器广泛应用于航天航空，机械，塑料，化工以及科研院校等国民经济各行各业，用来测量伸长、振动、物体厚度、膨胀等的高技术产品。笔式位移传感器具有优良的性能，适用于质量控制和计量应用中的高精度、高重复性的测量。如图1所示，目前大部分机构都是使用笔式传感器1’直接接触零件2’进行测量，在测量具有倾斜面的零件2’时，笔式传感器1’的测头会受到一个倾斜的作用力而产生变形，从而影响测量精度以及笔式传感器1’的使用寿命。尤其是目前在孔的测量中，若擅自使用笔式传感器伸入孔中测量，由于孔尤其是深孔内部肉眼不可见，因此笔式传感器在测量时变形程度也无法预知，从而严重影响了孔相关数据的测量。

发明内容

本发明提供了一种双孔形位公差测量机构，无需将笔式传感器伸入孔中测量，以解决现有技术中存在的测量精度低和传感器使用寿命低的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种双孔形位公差测量机构，测量时放置具有双孔的部件的一侧，其中，包括一对垂直于至少一个孔的轴向的第一导轨和在所述第一导轨上滑动的测量装置，所述测量装置包括

一固定框架，所述固定框架面对所述具有双孔的部件的侧面上固定有至少一条垂直于所述第一导轨的第二导轨和在所述第二导轨上滑动的移动板；

所述移动板上还设置有垂直于所述第一导轨和第二导轨形成的平面的第三导轨，所述第三导轨上滑动着向所述具有双孔的部件延伸形成的测试臂，所述测试臂远离所述具有双孔的部件的一端在所述第三导轨上滑移，靠近所述具有双孔的部件的一端沿着所述双孔的轴向延伸形成至少两个测试探头，每个测试探头至少与一个孔的轴向平行；

所述测试臂上设置有两个相反安装的第一测距传感器，两个第一测距传感器的测试方向与所述第三导轨平行，用于测量所述测试臂在第三导轨方向上的位移；

所述移动板还固定连接有两个相反安装的第二测距传感器，两个第二测距传感器的测试方向平行于所述第二导轨，用于测量所述移动板在所述第二导轨方向上的位移；

所述固定框架内还设置有至少一个第三测距传感器，所述第三测距传感器的测试方向平行于所述第一导轨，用于测量所述测量装置在所述第一导轨上的位移。

作为优选，所述第一测距传感器、第二测距传感器和第三测距传感器皆为笔式传感器。

作为优选，所述第三导轨两端分别设置有第一侧板和第二侧板，所述测试臂与所述第一侧板之间、所述测试臂与所述第二侧板之间皆固定有相同的第一弹簧，使得非工作状态下所述测试臂与所述第一侧板和所述第二侧板之间距离相等。

作为优选，所述第一导轨两端在第三导轨方向上延伸形成第三侧板和第四侧板，所述固定框架和所述第三侧板、所述固定框架和所述第四侧板之间皆固定有相同的第二弹簧，使得非工作状态下，所述固定框架停靠在所述第一导轨的中央。

作为优选，所述固定框架内还设置有与所述移动板和所述固定框架皆连接的两个沿着第三导轨方向排列的驱动气缸，分别定义为第一气缸和第二气缸，所述第一气缸与第二气缸缸径相同，所述第一气缸的行程等于所述第二气缸的行程的一半，所述第一气缸的活塞杆与所述移动板滑动连接，所述第二气缸的活塞杆与所述移动板固定连接。

作为优选，所述移动板向所述固定框架内延伸形成有固定块，所述第二测距传感器与所述固定块固定连接，所述固定块向远离所述深孔的方向延伸形成有固定侧板，所述固定侧板的长度方向平行于所述第三导轨，所述第二气缸的活塞杆与所述固定侧板通过螺栓固定连接。

作为优选，所述固定侧板朝向所述第一气缸的方向延伸形成圆管或者第四导轨，所述第一气缸的活塞杆在所述圆管内或者在第四导轨上滑动。

作为优选，当双孔轴向平行且位置相对时，所述测试臂设置有两个测试探头且两个测试探头关于所述测试臂轴对称。

作为优选，当双孔轴向相互垂直时，所述测试臂设置有两个所述测试探头，其中一个测试探头设置在测试臂的侧面，另一个测试探头设置在所述测试臂的端部，两个所述测试探头的轴线相互垂直。

作为优选，所述第一测距传感器、第二测距传感器和第三测距传感器皆和计算系统信号连接，所述计算系统中设置有测量软件，所述测量软件根据所述第一测距传感器、所述第二测距传感器和第三测距传感器所发送的测量数据计算所述双孔的形位公差。

本发明提供一种双孔形位公差测量机构，测量时放置具有双孔的部件的一侧，其中，包括一对垂直于所述双孔轴向的第一导轨和在所述第一导轨上滑动的测量装置，所述测量装置包括

一固定框架，所述固定框架面对所述具有双孔的部件的侧面上固定有至少一条垂直于所述第一导轨的第二导轨和在所述第二导轨上滑动的移动板；

所述移动板上还设置有垂直于所述第一导轨和第二导轨形成的平面的第三导轨，所述第三导轨上滑动着向所述具有双孔的部件延伸形成的测试臂，所述测试臂远离所述具有双孔的部件的一端在所述第三导轨上滑移，靠近所述具有双孔的部件的一端沿着所述双孔的轴向延伸形成至少两个测试探头；

所述测试臂上设置有两个相反安装的第一测距传感器，两个第一测距传感器的测试方向与所述第三导轨平行，用于测量所述测试臂在第三导轨方向上的位移；

所述移动板还固定连接有两个相反安装的第二测距传感器，两个第二测距传感器的测试方向平行于所述第二导轨，用于测量所述移动板在所述第二导轨方向上的位移；

所述固定框架内还设置有至少一个第三测距传感器，所述第三测距传感器的测试方向平行于所述第一导轨，用于测量所述测量装置在所述第一导轨上的位移。

使用上述双孔形位公差测量机构时，测量装置先沿着第一导轨移动，使得一个测试探头伸入一个孔内，然后测量装置向另一个孔移动，直至另一个测试探头伸入另一个孔内，根据第一测距传感器显示的测试臂在第三导轨方向上的位移数据、第二测距传感器显示的移动板在第二导轨方向上的位移数据、第三测距传感器显示的固定框架在第一导轨方向上的位移数据，从而计算出两个孔的形位公差。这种测量机构，无需使用笔式传感器伸入孔中，即可测量出双孔形位公差，减少人为干扰因素和人为差错，提高测量的准确性，也提高了生产过程或设备的可靠性及运行效率。

附图说明

图1是现有技术中笔式传感器的测量原理图；

图2和图3为本发明实施例一的测量机构两个角度视图；

图4是本发明实施例一的测量机构主视图；

图5是图4的俯视图；

图6是图4的左视图；

图7是图5A-A处剖视图；

图8是图5B-B处剖视图；

图9是图5C-C处剖视图；

图10是本发明实施例一的测量机构起始位置结构示意图；

图11是本发明实施例一的测量机构测量一个孔时的示意图；

图12是本发明实施例一的测量机构测量另一个孔时的示意图；

图13是本发明实施例二的双孔位置结构示意图；

图14是本发明实施例三的双孔位置结构示意图。

图1中所示：1’、笔式传感器；2’、零件；

图2-14中所示：110-第一孔、120-第二孔、200-测量装置、210-固定框架、220-移动板、221-第二导轨、222-第三导轨、223-第一侧板、224-第二侧板、225-固定块、226-第二测距传感器、227-固定侧板、228-第四导轨、230-第一气缸、231-第一活塞杆、240-第二气缸、241-第二活塞杆、250-测试臂、251-第一弹簧、252-第一测距传感器、253-测试探头、260-第三测距传感器、300-底板、310-第一导轨、320-第三侧板、330-第四侧板、340-第二弹簧。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细描述：

实施例一

如图2至9所示，本发明提供了一种双孔形位公差测量机构，放置在具有双孔的部件的一侧，在本实施例中，该双孔轴向相互平行且位置相对，并且双孔之间具有测量空间，测量机构与测量空间相对，将待测量的双孔分别定义为第一孔110和第二孔120.

为方便描述，将第一导轨310所在的直线方向定义为X向，将第二导轨221所在的直线方向定义为Y向，将第三导轨222所在的直线方向定义为Z向，建立XYZ三维坐标系。

测量机构包括一对垂直于双孔轴向平行的第一导轨310和在所述第一导轨310上滑动的测量装置。

第一导轨310设置在底板300，两根第一导轨310在底板300上对称分布，底板300在Z向向上延伸形成了第三侧板320和第四侧板330，测量装置的两端与第三侧板320和第四侧板330之间各设置一条弹性指数和长度完全相同的第二弹簧340，使得非工作状态下，由于第二弹簧340的作用力，测量装置固定在第一导轨310中点。具体地，测量装置包括固定框架210，本实施例中固定框架210为长方体框架，第二弹簧340固定在固定框架210和第三侧板320和第四侧板330之间。

在固定框架210内固定设置一第三测距传感器260，第三测距传感器260为笔式传感器，该第三测距传感器260从固定框架210内朝远离具有双孔的部件的方向延伸，用于测量固定框架210在X向上的位移。

较佳地，为了实现自动化测量，可在设置一第二驱动装置与固定框架210连接，驱动固定框架210在第一导轨310上移动，第二驱动装置可选用现有技术中的气缸。

所述固定框架210面对具有双孔的部件的侧面上固定有至少一条垂直于所述第一导轨310的第二导轨221和在所述第二导轨221上滑动的移动板220，也就是说移动板220在Y向上移动。

所述移动板220上还设置有平行于Z向的第三导轨222，在本实施例中，第二导轨221和第三导轨222的长度皆等于固定框架210分别在Y向和Z向的长度。并且为了使得移动板220稳定，设置了两条第二导轨221，使得移动板220稳定地在第二导轨221上滑动，且移动板220在Y方向上的长度小于固定框架210.

所述第三导轨222上滑动着向所述具有双孔的部件延伸形成的测试臂250，所述测试臂250远离具有双孔的部件的一端在第三导轨222上滑动，本实施例中，第三导轨222也对称设置有两条，所述第三导轨222两端分别设置有第一侧板223和第二侧板224，所述测试臂250与所述第一侧板223之间、所述测试臂250与所述第二侧板224之间皆固定有长度和弹性系数完全相同的第一弹簧251，使得非工作状态下，在两个第一弹簧251的作用下，所述测试臂250与所述第一侧板223和所述第二侧板224之间距离相等，也即测试臂250停靠在第三导轨222的中点。

测试臂250靠近具有双孔的部件的一端具有至少两个测试探头253，其中至少已有一个测试探头253的轴向与至少一个孔的轴向平行，在本实施例中，双孔轴向平行，两个测试探头253在Y向上排布并且关于测试臂250轴对称，且皆设置在测试臂250的侧面，该测试探头253为一半球形或者圆柱形，半径小于或者等于孔内径，当测试探头253全部没入孔内即完成该孔的定位。

在测试臂250上还设置有两个测试方向完全相反也即相反安装的第一测距传感器252，第一测距传感器252为笔式传感器，两个第一测距传感器252的测试方向为Z向，也即第一测距传感器252是用于测试测试臂250在Z向上的位移。

移动板220向固定框架210内部延伸形成以固定块225，该固定块225上固定着两个相反安装的第二测距传感器226，该第二测距传感器226也为笔式传感器，两个第二测距传感器226的测试方向为Y向用于测试移动板220在Y向上的位移。

第一测距传感器252、第二测距传感器226和第三测距传感器260皆与计算系统连接，计算系统中设置常见的数据计算软件，根据第一测距传感器252和第二测距传感器226、第三测距传感器260分别测量得到的测试臂250在Z向上的位移数据、移动板220在Y向上的位移数据、固定框架210在X向上的位移数据，计算得到双孔形位公差。

为了实现自动化测量，所述固定框架210内还设置有与所述移动板220和固定框架210皆固定连接的第一驱动装置，所述第一驱动装置包括两个沿着Z向排列的驱动气缸，分别定义为第一气缸230和第二气缸240，两个气缸的同侧端部皆固定在固定框架210上，两个气缸的活塞杆与移动板220连接。

两个气缸与移动板220的连接方式为：所述固定块225在X向向远离所述具有双孔的部件的方向延伸形成有固定侧板227，所述固定侧板227的长度方向平行于Z向，并且Z向长度大于第一气缸230的活塞杆和第二气缸240的活塞杆之间的距离。为了方便描述，将第一气缸230的活塞杆定义为第一活塞杆231，将第二气缸240的活塞杆定义为第二活塞杆241，所述第二活塞杆241与所述固定侧板227通过螺栓固定连接，而固定侧板227朝向所述第一活塞杆231的方向延伸形成圆管或者第四导轨228，第一活塞杆231在所述圆管内或者在第四导轨228上滑动，如图7所示。

为了方便描述，将第一气缸230、第二气缸240、第三气缸310、第四气缸320中的活塞杆行程为0处定义为正向，行程极限之处定义为反向。

所述第一气缸230与第二气缸240缸径相同，所述第一气缸230的行程等于所述第二气缸240的行程的一半，第一气缸230正向供气，第二气缸240反向供气，将第一气缸230的作用力定义为F1，第二气缸的作用力定义为F2，根据F＝PS，相同压强下第二气缸240反向工作供气时有效面积须减掉活塞杆的面积，定义第一气缸230的供气时的有效面积为S1，第二气缸240供气时的有效面积为S2，S2<S1，则F2<F1，所以使得在非工作状态下，移动板220停靠在第二导轨221中点处。在工作状态下，第一气缸230和第二气缸240皆驱动着移动板220在第二导轨221上移动。

本发明中，第一驱动装置中的两个气缸和第二驱动装置中的两个气缸皆与PLC控制的电磁阀连接，根据实际测量需求，对PLC编程，使得对于第一驱动装置，第一气缸230反向移动，第二气缸240也反向移动，使得移动板220带动测试探头253在Y向移动，直至一个测试探头253的半球全部没入一个孔内，请参照图11，对该孔进行定位；然后控制电磁阀使得第一气缸230继续反向移动，第二气缸240正向移动，使得移动板220带动另外一个测试探头253在Y向上向另一孔处移动，直至另外一个测试探头253的全部没入另一个内，请参照图12，对该孔进行定位，并测量从一个孔移动至另一个孔时在XYZ坐标系中每个方向上位移的距离。

本发明提供的测量机构在使用前用一个合格的具有数据检验报告的零件做校准，机构运动到每一个测量点测量程序归零，然后通过检验报告将对应的偏差值输入程序完成校准，即可开始零件的测量。

本发明提供的测量机构使用过程如下：

步骤一：请参照图10，双孔形位公差测量机构放置在具有双孔的部件的一侧，且与双孔之间的测量空间相对，然后驱动测量装置在第一导轨310上移动，若测量装置固定连接了第二驱动装置，则由第二驱动装置驱动测量装置在第一导轨310上移动，直至测试探头253位于双孔之间；

步骤二：请参照图11，先使得第二气缸240停止供气，第一气缸230和第二气缸240皆反向移动，移动板220沿着第二导轨221朝向第二导轨221的一端移动，使得一个测试探头253的没入第一孔110，记录第一测距传感器252测量的Z向位移、第二测距传感器226测量得到的Y向位移、第三测距传感器260测量得到的Z向位移，分别为z1、y1和x1，发给计算系统,根据公式得到第一孔110的位置度；

步骤三：请参照图12，然后使得第二气缸240开始供气，第一气缸230继续反向移动，第二气缸240正向移动，使得第一活塞杆231维持位置不变，第二活塞杆241被推动，从而带动移动板220向第二导轨221的另一端移动，直至另一个测试探头253的全部没入第二孔120内，记录第一测距传感器252测量的测试臂250的Z向位移、第二测距传感器226测量得到的移动板220在Y向上的位移、第三测距传感器260测量得到的固定框架210在X向上的位移，分别为z2、y2、x2，发给计算系统，根据公式：

宽度＝w+(y1-y2)，其中w为双孔理论公差值，从而计算出双孔形位公差。

综上所述，使用上述双孔形位公差测量机构时，测量装置先沿着第一导轨310移动，使得一个测试探头253伸入一个孔内，然后测量装置向另一个孔移动，直至另一个测试探头253伸入另一个孔内，根据第一测距传感器252显示的测试臂在第三导轨222方向上的位移数据、第二测距传感器226显示的移动板220在第二导轨221方向上的位移数据、第三测距传感器260显示的固定框架210在第一导轨310方向上的位移数据，从而计算出两个孔的形位公差。这种测量机构，无需使用笔式传感器伸入孔中，即可测量出双孔形位公差，减少人为干扰因素和人为差错，提高测量的准确性，也提高了生产过程或设备的可靠性及运行效率。

实施例二

本实施例和实施例一的区别在于，请参照图13，具有双孔的部件中，双孔的轴向相互平行但双孔沿着孔的径向排列，此时只需使用一个测试探头253，从第一孔110移动至第二孔120，分别测量在移动过程中测试臂250在Z向上的位移、移动板220在Y向上的位移、固定框架210在X向上的位移，从而计算出双孔的形位公差。

实施例三

本实施例和实施例一的区别在于，请参照图14，具有双孔的部件中，双孔的轴向相互垂直，此时测试臂250上的两个测试探头253的结构为：一个测试探头253设置在测试臂250侧面，另一个测试探头253设置在测试臂250端部，使用轴向平行于第一孔110的测试探头253进入第一孔110定位，然后移动，使用轴向平行于第二孔120的测试探头进入第二孔120定位，分别测量在移动过程中测试臂250在Z向上的位移、移动板220在Y向上的位移、固定框架210在X向上的位移，从而计算出双孔的形位公差。

虽然说明书中对本发明的实施方式进行了说明，但这些实施方式只是作为提示，不应限定本发明的保护范围。在不脱离本发明宗旨的范围内进行各种省略、置换和变更均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种双孔形位公差测量机构，测量时放置于具有双孔的部件的一侧，其特征在于，包括一对垂直于至少一个孔的轴向的第一导轨和在所述第一导轨上滑动的测量装置，所述测量装置包括

一固定框架，所述固定框架面对所述具有双孔的部件的侧面上，固定有至少一条垂直于所述第一导轨的第二导轨和在所述第二导轨上滑动的移动板；

所述移动板上还设置有垂直于所述第一导轨和第二导轨形成的平面的第三导轨，所述第三导轨上滑动着向所述具有双孔的部件延伸形成的测试臂，所述测试臂远离所述具有双孔的部件的一端在所述第三导轨上滑移，靠近所述具有双孔的部件的一端沿着所述双孔的轴向延伸形成有至少两个测试探头，每个测试探头至少与一个孔的轴向平行；

所述测试臂上设置有两个相反安装的第一测距传感器，两个第一测距传感器的测试方向与所述第三导轨平行，用于测量所述测试臂在第三导轨方向上的位移；

所述移动板还固定连接有两个相反安装的第二测距传感器，两个第二测距传感器的测试方向平行于所述第二导轨，用于测量所述移动板在所述第二导轨方向上的位移；

所述固定框架内还设置有至少一个第三测距传感器，所述第三测距传感器的测试方向平行于所述第一导轨，用于测量所述测量装置在所述第一导轨上的位移。

2.根据权利要求1所述的双孔形位公差测量机构，其特征在于，所述第一测距传感器、第二测距传感器和第三测距传感器皆为笔式传感器。

3.根据权利要求1所述的双孔形位公差测量机构，其特征在于，所述第三导轨两端分别设置有第一侧板和第二侧板，所述测试臂与所述第一侧板之间、所述测试臂与所述第二侧板之间皆固定有相同的第一弹簧，使得非工作状态下所述测试臂与所述第一侧板和所述第二侧板之间距离相等。

4.根据权利要求1所述的双孔形位公差测量机构，其特征在于，所述第一导轨两端在第三导轨方向上延伸形成第三侧板和第四侧板，所述固定框架和所述第三侧板、所述固定框架和所述第四侧板之间皆固定有相同的第二弹簧，使得非工作状态下，所述固定框架停靠在所述第一导轨的中央。

5.根据权利要求1所述的双孔形位公差测量机构，其特征在于，所述固定框架内还设置有与所述移动板和所述固定框架皆连接的两个沿着第三导轨方向排列的驱动气缸，分别定义为第一气缸和第二气缸，所述第一气缸与第二气缸缸径相同，所述第一气缸的行程等于所述第二气缸的行程的一半，所述第一气缸的活塞杆与所述移动板滑动连接，所述第二气缸的活塞杆与所述移动板固定连接。

6.根据权利要求5所述的双孔形位公差测量机构，其特征在于，所述移动板向所述固定框架内延伸形成有固定块，所述第二测距传感器与所述固定块固定连接，所述固定块向远离所述深孔的方向延伸形成有固定侧板，所述固定侧板的长度方向平行于所述第三导轨，所述第二气缸的活塞杆与所述固定侧板通过螺栓固定连接。

7.根据权利要求6所述的双孔形位公差测量机构，其特征在于，所述固定侧板朝向所述第一气缸的方向延伸形成圆管或者第四导轨，所述第一气缸的活塞杆在所述圆管内或者在第四导轨上滑动。

8.根据权利要求1所述的双孔形位公差测量机构，其特征在于，当双孔轴向平行且位置相对时，所述测试臂设置有两个测试探头且两个测试探头关于所述测试臂轴对称。

9.根据权利要求1所述的双孔形位公差测量机构，其特征在于，当双孔轴向相互垂直时，所述测试臂设置有两个所述测试探头，其中一个测试探头设置在测试臂的侧面，另一个测试探头设置在所述测试臂的端部，两个所述测试探头的轴线相互垂直。

10.根据权利要求1所述的双孔形位公差测量机构，其特征在于，所述第一测距传感器、第二测距传感器、第三测距传感器皆与计算系统信号连接，所述计算系统中设置有测量软件，所述测量软件根据所述第一测距传感器、所述第二测距传感器和第三测距传感器所发送的测量数据计算所述双孔的形位公差。