CN109297379A - 一种大尺寸螺纹千分尺自动检定系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种大尺寸螺纹千分尺自动检定系统，包括螺纹千分尺检定装置、校对用量杆校准装置以及具有检定软件的上位机。螺纹千分尺检定装置中，步进电机联动螺纹千分尺的微分筒旋转，检定位移传感器代替传统量块作为标准器，图像传感器采集读数区域信息；校对用量杆校准装置运用校准位移传感器替代立式光学计测量校对用量杆的尺寸偏差；上位机软件对机械装置联机控制，对数据进行处理和判断，使得整个系统实现自动化和智能化。相对于传统手动检定螺纹千分尺，本系统检定范围更大，检定更加精确，操作也更加便捷。

Description

一种大尺寸螺纹千分尺自动检定系统

技术领域

本申请涉及千分尺检定领域，特别是一种螺纹千分尺自动检定系统。

背景技术

千分尺又称螺旋测微器，是工业领域中使用最为频繁和广泛的测量工具之一。千分尺主要由测砧、测微螺杆、尺架、锁紧装置、隔热装置、固定套筒、微分筒和测力装置组成。千分尺以精密测量著称，是比游标卡尺更精密的测量长度的工具，其测量精度可精确到0.01mm(估读一位至0.001mm，故叫千分尺)。因此，千分尺作为一种精密的测量工具，如果出现问题，势必会影响测量结果，进而影响后续项目中长度的测量，为了确保千分尺的示值准确可靠，需要按照国家计量检定规程定期对其进行检定，检定方法的合理性将关系到产品的质量。

我国目前在示值误差，测量面的平行度、平面度等领域有较大突破，其中各项参数检定的辅助用具不断改善。虽然已有一些智能的千分尺检定设备，但是设备结构太复杂，应用不够方便也不够广泛，导致大多数研发人员仍然还在手动操作检定千分尺，而且目前的技术存在以下几点问题：

1)只能够检定量程较小的千分尺，检定范围低于200mm；

2)目前检定示值误差选用的标准器为标准量块，量块研合的过程中可能会产生误差；

3)检定点固定，无法连续或任意选点。

发明内容

本申请提供一种结构简单的螺纹千分尺自动检定系统，能够实现对大尺寸螺纹千分尺自动化检定。

为了实现上述目的，本申请提供了以下的技术方案：

一种大尺寸螺纹千分尺自动检定系统，包括了：

1)螺纹千分尺检定装置，包括检定位移传感器和驱动装置，驱动装置与螺纹千分尺中微分筒连接，检定位移传感器放置在螺纹千分尺中测微螺杆的运动轨迹上，检定移传感器、测微螺杆、驱动装置均处于同一中轴线；

2)校对用量杆校准装置，包括校准位移传感器、第一三针、第一规槽、量块和量杆支架，第一三针放置在第一规槽内，第一规槽放置在量块的顶部，校准位移传感器位于第一三针和第一规槽的上方，量杆支架用于放置校对用量杆；

3)具有检定软件的上位机，与步进电机、检定位移传感器和校准位移传感器信号连接。

在螺纹千分尺检定装置中，驱动装置包括步进电机和联轴器，步进电机的输出轴通过联轴器与微分筒转动连接。

进一步地，还包括图像传感器，图像传感器的镜头正对着螺纹千分尺的读数区域。

进一步地，还包括电机轨道，电机轨道固定在工作台上，步进电机与电机轨道滑动连接。

在校对用量杆校准装置中，校准位移传感器的触头为锥形测头的形状。

进一步地，装置中还包括第二三针和第二规槽，第二三针放置于第二规槽内，第二规槽位于量杆支架的下方。

进一步地，装置中还包括旋转头，用于调整校准位移传感器的位置。

具有检定软件的上位机，能够对机械装置的控制，还可以对检定后的数据进行处理、判断，最后生成检定结果证书。

本申请的有益效果是：

1)螺纹千分尺检定装置，运用检定位移传感器替代标准量块检定，能够检定较大尺寸的螺纹千分尺，除了减小量块自身的误差，还可以连续选取或任意选取检定点，减小检定点选取的偶然性，提高检定精准度；

2)多项检定项目集成至同一螺纹千分尺检定装置，操作性更加灵活便捷；

3)校对用量杆校准装置，不同于以往量块、三针和规槽的放置位置，本装置将三针和规槽放置在量块的上方，使用校准位移传感器测量校对用量杆相对于量块的尺寸偏差，相比用立式光学计和平面测帽的校准方式，提高了校准精度，检定人员操作起来也更加方便；

4)上位机检定软件实现对机械装置的控制，同时能够对采集到数据进行处理分析，得出检定报告，使得螺纹千分尺的检定智能化。

附图说明

图1为螺纹千分尺检定装置的结构示意图；

图2为校对用量杆校准装置的结构示意图；

图3为第四具体实施方式第一步骤状态下的结构示意图；

图4为第四具体实施方式第二步骤状态下且移除量杆支架后的结构示意图；

图5为上位机软件生成检定证书的流程图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本申请作进一步详细说明。

在本申请实施例中，大尺寸螺纹千分尺自动检定系统包括螺纹千分尺检定装置、校对用量杆校准装置以及具有检定软件的上位机。螺纹千分尺检定装置通过联轴器与步进电机连接，利用步进电机带动微分筒的转动以及与检定位移传感器的配合，来实现对测微头的示值误差、微分筒锥面的端面与固定套管毫米刻度线的相对位置的自动化检定，此外在该装置中利用校对用量杆可以检定示值误差。校对用量杆校准装置，通过校准位移传感器来校准校对用量杆的工作尺寸偏差，减少人工读数带来的失误，防止影响后续的测量。

如图1所示，螺纹千分尺检定装置主要包括检定位移传感器101和驱动装置，驱动装置包括联轴器102和步进电机103。步进电机103安装在电机轨道104上并与其滑动连接，电机轨道104固定在工作台上。联轴器102具有两端，一端与步进电机103的输出轴转动连接，另一端与螺纹千分尺的微分筒105转动连接，步进电机103通过联轴器102控制螺纹千分尺微分筒105的转动角度。检定位移传感器101放在螺纹千分尺中测微螺杆106的运动轨迹上，且与底部的垫块107固定，检定位移传感器101与螺纹千分尺的测微螺杆106、联轴器102和步进电机103均位于同一中轴线上。检定位移传感器101和步进电机103均通过串口通信方式与上位机连接。螺纹千分尺的尺架108，由一个夹具109固定和支撑，由于夹具109固定支撑了尺架108，且步进电机103连接了微分筒105，螺纹千分尺能够保持平衡状态。当然，也可以由多个夹具109支撑和固定尺架108。

螺纹千分尺检定装置还具有图像传感器110，图像传感器110位于螺纹千分尺的上方，图像传感器110的镜头正对着螺纹千分尺的读数区域。图像传感器110安装在图像传感器支架111的悬臂端，而图像传感器支架111固定在支座112上，支座112放于工作台上，所以移动支座112，图像传感器110的位置也可以移动，便于调整图像传感器110的镜头的位置。图像传感器110的镜头周边可以安装环形灯，利用环形灯给镜头补光，以此达到更好的数据采集效果。图像传感器110采集完的螺纹千分尺的读数信息后，将数据信息通过串口通信方式上传到上位机中。

实施例一：

检定微分筒锥面的端面与固定套管毫米刻度线的相对位置。上位机控制步进电机103，联轴器102带动螺纹千分尺的微分筒105转动，使微分筒105的零刻线与固定套管的纵刻线对准；若无法对准，继续使微分筒105转动，使微分筒105端面与固定套管毫米刻线右边缘相切，此时图像传感器110拍摄读数，将拍摄数据传给上位机。完成操作后，在上位机软件中判断偏移量。

实施例二：

检定测微头的示值误差。首先把螺纹千分尺的测头更换成平面测头，将检定位移传感器101的触头与平面测头接触。通过上位机控制步进电机103，使联轴器102带动螺纹千分尺的微分筒105旋转，此时检定位移传感器101的触头往后缩，平面测头与检定位移传感器101的触头同步平移，步进电机103在电机轨道104上往前移动。到达设定好的检定点距离后，步进电机103停止转动，这时微分筒105也停止转动，检定位移传感器101记录下这期间的平移距离并上传给上位机，检定位移传感器101的记录值为标准值。同时，图像传感器110接收上位机的命令，对螺纹千分尺的度数区域进行拍摄，图像传感器110将拍摄数据上传回上位机作为螺纹千分尺的示值。上位机的软件能够对标准值和示值进行误差计算。然后继续控制步进电机103带动微分筒105转动，往复上述过程，在不同的检定点能够取到相应地标准值和示值，上位机分别对不同检定点的标准值和示值计算误差。

螺纹千分尺检定装置采用步进电机103带动微分筒105的转动，使得检定可以连续选点，也可以任意选点，不受螺纹千分尺检定规程中受检点的尺寸限制。采用高标准的位移传感器101替代传统的量块作为标准器，避免了量块本身及其研合过程中产生的误差，同时由于不受量块长度的限制，可以检定范围更大的螺纹千分尺。另一方面，图像传感器110采集螺纹千分尺的度数，解决人工手持螺纹千分尺时读数不准确的问题，提高检定精准度。

实施例三：

检定示值误差。在本实施例中需要用到检定装置中的已完成校准的校对用量杆，且该校对用量杆与被测螺纹千分尺测量下限和测量上限的尺寸均相同，用每对测头分别对螺纹千分尺示值误差进行检定。检定前，将检定位移传感器101和垫块107移除，安装好V形测头和锥形测头，控制步进电机将微分筒105转动至零位，固定套管也调零。检定时，放入一个校对用量杆，锁紧校对用用量杆，步进电机103控制微分筒105转动继续锁紧，此时图像传感器110记录下螺纹千分尺的示值上传至上位机中，然后转动V形测头180度，图像传感器110再次记录下螺纹千分尺的示值上传至上位机中。上位机将读取和计算两次读数的平均值，此平均值与该校对用量杆的实际值(该校对用量杆实际值已经在检定示值误差前记录在上位机中，需要使用时调取即可)比较，即可得出螺纹千分尺的示值误差。

完成示值误差的检定需要用到校准后工作尺寸的校对用量杆，所以检定大尺寸螺纹千分尺也需要一个能够精确校准校对用量杆的装置。

实施例四：

校准校对用量杆的工作尺寸。如图2至图4所示，校对用量杆自动校准装置主要包括校准位移传感器201、量块202、第一规槽203和第一三针204，三针是用以测量外螺纹中径的三根一套的精密量针。第一三针204放置在第一规槽203内，第一规槽203位于量块202的顶部，量块202的底部两侧具有量块夹205，量块夹205用与夹紧和固定住量块202。量块夹205可以带动量块202、第一规槽203和第一三针204整体向校准位移传感器201的方向移动。量块202一般为四等量块，量块夹205可以是两片、三片或四片，只要能够夹紧并固定住量块即可。校准位移传感器201的触头206形状与锥形测头的形状一致。

校准位移传感器201位于第一三针204和第一规槽203的上方，旋转头207与支架208可转动连接，旋转头207可以带动校准位移传感器201转动至合适的位置，支架208固定在工作台上，校准位移传感器201通过串口通信方式与上位机连接。在校准位移传感器201的另一侧具有量杆支架209，量杆支架209为上下贯通的圆柱形支架，其也可以为其它上下贯通的柱状体结构，量杆支架209用于放置校对用量杆210，使其呈现竖直状态。量杆支架209的下方具有第二规槽211和第二三针212，第二三针212放在第二规槽211内。量杆支架209中放置校对用量杆210时，校对用量杆210的头部与第二三针212接触。

校准时，第一步骤(如图3所示)，将固定好的量块202、第一规槽203和第一三针204移动至校准位移传感器201的下方，此时校准位移传感器的触头206收缩，校准位移传感器201记录下触头206的收缩平移距离L1，并自动把采集到的位移数据上传至上位机，之后将量块202及第一规槽203推回原位；然后，第二步骤(如图4所示)，把量杆支架209和校对用量杆210移动至校准位移传感器201的下方，此时校准位移传感器201的触头206抵住校对用量杆210的尾部，校对用量杆210的头部抵住第二规槽211和第二三针212，校准位移传感器201记录下触头206的收缩平移距离L2，并自动把采集到的位移数据上传至上位机。上位机软件对数据L1,L2进行计算，计算出校准值E＝L2-L1。将上述步骤重复多次，取平均值即为最后的校准值。此外，为了方便量块夹移动至位校准移传感器的下方，还可以在量块夹的下端设置固定滑轨。

校对用量杆自动校准装置，用校准位移传感器替代了传统的立式光学计测量尺寸偏差，使整个校准装置避免受到立式光学计及平面测帽等相关误差的影响，更加精准地校准校了对用量杆的工作尺寸。

对于大尺寸螺纹千尺的检定，研发人员根据螺纹千分尺国家规定的检定规程对上位机设计了相关检定软件，该软件一方面能够实现对机械装置的控制，另一方面可以对检定位移传感器、图像传感器和校准位移传感器传输到上位机的数据进行处理、判断及生成检定记录。

例如，在检定测微头的示值误差时，上位机相应软件程序控制步进电机带动微分筒转动，当平面测头到达第一个检定点时，控制步进电机停止转动，回收数据后，控制步进电机进行下一个检定点的检定，直至所有检定点检定完成。在上位机中具有报表生成工具包，软件生成测微头示值误差的报表模板，报表模板中含有检定规程规定的测微头误差范围，检定位移传感器和图像传感器上传的数据在报表中处理，最后得出测微头示值误差的平均值，再与报表中允许的误差范围比较，以此检定该项目是否合格。每一次的检定数据和检定结果都会被保存在软件里，检定人员可以选择删除或保存在文件夹中。

所有检定项目完成后，可以让系统生成检定结果证书，图5所示的是上位机软件生成检定证书的流程图，具体操作步骤如下：

S01：初始化系统数据；

S02：输入基本信息；

S03：选择检定完成的项目；

S04：比对计量性能要求；

S05：判断是否全部符合；

S06：生成合格或者不合格的检定证书；

S07：释放数据空间；

S08：结束。

螺纹千分尺检定装置、校对用量杆校准装置以及具有检定软件的上位机构成了大尺寸螺纹千分尺自动检定系统，此系统较大程度上避免了人为因素误差以及相关标准检定仪器的误差，提高了检定准确性，而且自动检定系统中各装置的结构不复杂，检定人员操作起来方便快捷，相比原来手动检定方式也大大增加了检定速度，此外组装和维修该装置也非常方便。

以上内容是结合具体的实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。

Claims (7)

1.一种大尺寸螺纹千分尺自动检定系统，其特征在于：包括

螺纹千分尺检定装置，包括检定位移传感器(101)和驱动装置，所述驱动装置与螺纹千分尺的微分筒(105)连接，所述检定位移传感器(101)放置在所述螺纹千分尺的测微螺杆(106)的运动轨迹上，所述检定移传感器(101)、测微螺杆(106)、驱动装置均处于同一中轴线；

校对用量杆校准装置，包括校准位移传感器(201)、第一三针(204)、第一规槽(203)、量块(202)和量杆支架(209)，所述第一三针(204)放置在所述第一规槽(203)内，所述第一规槽(203)放置在所述量块(202)的顶部，所述校准位移传感器(201)位于所述第一三针(204)和第一规槽(203)的上方，所述量杆支架(209)用于放置校对用量杆(210)；

具有检定软件的上位机，与所述驱动装置、检定位移传感器(101)和校准位移传感器(201)信号连接。

2.根据权利要求1所述的大尺寸螺纹千分尺自动检定系统，其特征在于：所述驱动装置包括步进电机(103)和联轴器(102)，所述步进电机(103)的输出轴通过所述联轴器(102)与所述微分筒(105)转动连接。

3.根据权利要求2所述的大尺寸螺纹千分尺自动检定系统，其特征在于：所述螺纹千分尺检定装置还包括图像传感器(110)，所述图像传感器(110)的镜头正对着所述螺纹千分尺的读数区域。

4.根据权利要求3所述的大尺寸螺纹千分尺自动检定系统，其特征在于：所述螺纹千分尺检定装置还包括电机轨道(104)，所述电机轨道(104)固定在所述工作台上，所述步进电机(103)与电机轨道(104)滑动连接。

5.根据权利要求1所述的大尺寸螺纹千分尺自动检定系统，其特征在于：所述校准位移传感器(201)的触头(206)形状与锥形测头的形状相同。

6.根据权利要求5所述的大尺寸螺纹千分尺自动检定系统，其特征在于：所述校对用量杆校准装置还包括第二规槽(211)和第二三针(212)，所述第二三针(212)放置于第二规槽(211)内，所述第二规槽位于所述量杆支架的下方。

7.根据权利要求5所述的大尺寸螺纹千分尺自动检定系统，其特征在于：所述校对用量杆校准装置还包括旋转头(207)，用于调整校准位移传感器(201)的位置。