CN109443141B - 一种三维测试仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及检测设备领域，尤其是一种三维测试仪，包括作为工作平台的基准板、固定在所述基准板上的横向检测机构、纵向检测机构、竖向检测机构、以及用于定位待测工件的大孔心轴和小孔心轴、夹紧待测工件的气缸装置；所述横向检测机构包括左右滑动机构、支架、小孔心轴、左右百分表，所述竖向检测机构包括两个侧面短轴、悬浮连接所述侧面短轴与所述支架的弹簧、上下百分表，所述纵向检测机构包括前后滑动机构、大孔增高垫、大孔心轴、前后百分表；有益效果：解决了异形零件在三维空间方向上的距离、角度等的测量通常采用三坐标测量仪配合定制测量程序和夹具的问题，达到了测试程序简单、效率高、误差小的技术效果。

Description

一种三维测试仪

技术领域

本发明涉及检测设备领域，尤其是一种三维测试仪。

背景技术

机加工二维尺寸可以用通用检具或者投影仪进行检验，而一些异形零件在三维空间方向上的距离、角度等的测量通用检具投影仪等就无能为力。只有通过三坐标测试仪通过测头角度的旋转，把工件固定在专用的工装上测量出各个被测要素的空间点、线、面，然后在电脑上利用Ｘ、Ｙ、Ｚ建成的三维坐标系进行空间距离、角度的参数的计算。这种检验方法比较繁琐，不仅需要三坐标测试仪，定制专用测量工装，旋转三坐标测头、单独编制测量程序，而且测试头有可能与工件干涉、测量时间长、测量误差较大，大大影响了测试效率和测试精度，同时测量设备和测量方法的特殊性，对操作人员技能要求高，且不能用于现场检测。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了解决异形零件空间测量上需要三坐标测试仪，定制专用测量工装，测量过程需要旋转三坐标测头、单独编制测量程序，测量时间长、测量误差较大，对操作人员技能要求高，测量精度和效率均不高的问题，本发明提供了一种三维测试仪，通过在作为工作平台的基准板上固定横向检测机构、纵向检测机构、竖向检测机构、以及用于定位待测工件的大孔心轴和小孔心轴、夹紧待测工件的气缸装置的技术方案，有效的解决了异形零件空间尺寸、角度测量需要三坐标测试机，并配合使用旋转三坐标测头、单独编制测量程序，测量时间长、测量误差较大，大大影响测试效率和测试精度，对操作人技能要求高，且不能用于现场检测，甚至测试头有可能与工件干涉等问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种三维测试仪，包括作为工作平台的基准板、固定在所述基准板上的横向检测机构、纵向检测机构、竖向检测机构、以及用于定位待测工件的大孔心轴和小孔心轴、夹紧待测工件的气缸装置；所述横向检测机构与所述竖向检测机为一体结构，其与所述纵向检测机构分别位于所述基准板的两侧；所述横向检测机构包括左右滑动机构、支架、小孔心轴、左右百分表，所述左右滑动机构固定于所述基准板上，所述支架为“回形”或“凹形”空腔结构且侧面上部设有对称侧孔，下面固定在所述左右滑动机构上，左侧面下部与左右百分表探针相接触，所述小孔心轴贯穿所述支架的空腔，与待测工件配合端设置有胀套；所述竖向检测机构包括两个侧面短轴，所述侧面短轴一端与小孔心轴侧面固定连接，另一端与横向检测机构的所述支架侧孔相对应位置设有通孔，穿过所述通孔的弹簧将所述侧面短轴上下悬浮连接在所述支架的两侧孔内，所述小孔心轴的上面与上下百分表探针相接触；所述上下百分表通过百分夹具固定安装在所述支架正上方，这样的设计，巧妙的通过弹簧和两个侧面短轴上下悬浮连接满足待测工件竖向移动，进而通过上下百分表探测待测工件上下方向上的位移；所述纵向检测机构包括前后滑动机构、大孔增高垫、大孔心轴、前后百分表，所述前后滑动机构固定于所述基准板上，所述大孔增高垫下面固定于前后滑动机构上，上面固定连接大孔心轴，前侧面下部与前后百分表的探针相接触。

本发明三维尺寸测试仪适用于两个三维空间内既不平行也不相交的直线之间的位置关系测量，测试之前，所述三维测试仪的初始值是图纸要求尺寸的理论尺寸为参考值，实际测量时，横向、纵向、竖向三个方向位移，可以通过滑轨或弹簧进行调节，三个百分表分别进行测量，若设置参考位置的百分表为0位，则显示值为实际值与理论值间的偏差值，若设置参考位置的百分表为理论值，则显示值为产品实际测试尺寸。为了适应现场快速检测，测量前可先根据图纸要求的尺寸制造一块模板（标准样件），然后在三维测试仪上显示出三个方向距离数据和角度的数据初始值作为后续测量的标准参考值，并根据图纸尺寸公差值的大小在百分表上划出对应的区间读数。实际现场测量使用时，安装好被测零件后就可直接读出三个方向百分表距离数据和数显倾角仪的角度数据。

具体的，所述气缸装置包括第一气缸装置、第二气缸装置，所述第一气缸装置包括穿过所述小孔心轴的气缸长轴，以及连接气缸长轴另一端的第一气缸，所述第二气缸装置包括大孔心轴上方设有压板的第二气缸，以及设于基准板上、用于固定所述第二气缸的气缸固定板和气缸支撑。这样的设计，利用气缸半自动化的装夹方式可以有效避免因手工拧螺栓用力不稳造成的装夹的不稳定性，同时开启气缸开关时，第一气缸首先拉紧胀套固定待测工件的一端，然后待测工件的另一端被第二气缸压紧，三维测试仪的横向检测机构、纵向检测机构、竖向检测机构与原始位置的位移即可得到待测工件的两个孔心轴线间的距离。

具体的，所述支架包括左右两块侧面立板、两块角度支座，所述左侧面立板、右侧面立板固定于所述基准板上，所述左右百分表固定安装在左侧面立板上，所述左右滑动机构设置于所述左侧面立板、右侧面立板中间，两块所述角度支座固定于所述左右滑动机构上，包括”L”形状的第一角度支座，直线形状的第二角度支座，所述第一角度支座与所述第二角度支座共同围成所述支架的腔体结构，上下百分表的夹具固定于两块所述角度支座的上面，左右百分表的探针与第一角度支座的左侧面下部相接触。所述左右两块侧面立板与所述两块角度支座之间用弹簧连接，增加了测试系统的柔性。

具体的，所述左右滑动机构和所述前后滑动机构包括线性滑轨和滑块，两块所述角度支座和所述大孔增高垫均固定在所述滑块上。滑动机构是横向检测机构、纵向检测机构测量位移的必要条件，包括但不限于滑轨式滑动、滚动式滑动。

具体的，所述小孔心轴上面吸附有底面带强磁性的数显倾角仪。当待测件小孔被小孔心轴胀套及第一气缸装置夹紧，大孔被大孔心轴及第二气缸装置夹紧，与所述胀套共轴线的小孔心轴随所述胀套外工件内孔轴线和水平实际夹角的变化而同步发生数显倾角仪读数的变化。水平状态下数显倾角仪为0度，数显倾角仪显示的角度为两个内孔中心线投影到一个平面上的夹角。

具体的，所述小孔心轴与第一气缸相连的一端设置有弹簧支架和弹簧支撑，所述弹簧支架一端固定于所述基准板上，另一端通过弹簧支撑连接到小孔心轴。这样的设计，为三维测试仪增加了缓冲机构，当待测工件从小孔心轴取下时，内部贯穿有气缸长轴的小孔心轴在该缓冲机构的保护下保持平衡。

具体的，所述大孔增高垫包括增高垫和角度调节块两部分，所述增高垫和所述角度调节块之间可拆卸连接，所述角度调节块上面可固定连接所述大孔心轴。所述角度调节块适用于同类型不同型号间产品的快速切换，增加三维测试仪的通用性。

具体的，所述侧面短轴固定于所述小孔心轴的一端设置有深沟球轴承。深沟轴承内圈与所述侧面短轴过盈连接，深沟轴承内圈与外圈之间通过滚珠的滚动实现低摩擦转动，这样的设计使横向检测机构在左右滑动机构上的滑动更加顺畅，也提升了三维尺寸测试仪的使用寿命。

具体的，所述基准板下面固定有两块承板，这样的设计方便三维尺寸测试仪的搬运和定位。

具体的，所述第二气缸装置中的压板与所述第二气缸固定连接，所述压板采用尼龙材质。固定连接方式包括螺丝固定、粘接，压板的材质也可以采用橡胶等其他软性材质材料，用于工件受力面的保护和缓冲。

本发明的有益效果是：本发明提供了一种三维测试仪，包括作为工作平台的基准板、固定在所述基准板上的横向检测机构、纵向检测机构、竖向检测机构、以及用于定位待测工件的大孔心轴和小孔心轴、夹紧待测工件的气缸装置的技术方案，解决了异形零件空间测量上需要三坐标测试仪，定制专用测量工装，测量过程需要旋转三坐标测头、单独编制测量程序，测量时间长、测量误差较大，对操作人技能要求高，不便于现场测试，测量精度和效率均不高，甚至测试头有可能与工件干涉等技术问题，达到操作程序简单，对操作人员技能要求低，便于现场测试，测试时间短，效率高，测试误差小、精度高的技术效果。本发明三维测试仪，结构简单并用半自动化装夹方式，成本低，稳定性好，精度高，便于生产推广和在线使用。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的立体结构意图。

图2是本发明横向检测机构与竖向检测机构侧视图。

图3是本发明侧面短轴与支架侧孔连接示意图。

图4是本发明侧面短轴及连接结构示意图。

图5是本发明纵向检测机构侧视图。

图6是本发明三维测试仪工件测试状态。

图中：1.基准板；2. 横向检测机构；3.纵向检测机构；4.竖向检测机构；5.大孔心轴；6.小孔心轴；7.气缸装置；8.数显倾角仪；9.弹簧支架；10.弹簧支撑；11. 深沟球轴承；12.承板；21.左右滑动机构；22.支架；23.左右百分表；24.胀套；31.前后滑动机构；32.大孔增高垫；33.前后百分表；41.侧面短轴；42.弹簧；43.上下百分表；44.上下百分表的夹具；71.气缸长轴；72.第一气缸；73.压板；74.第二气缸；75.气缸固定板；76.气缸支撑；211.线性滑轨；212.滑块；221.左侧面立板；222.右侧面立板；223.第一角度支座；224.第二角度支座；311.线性滑轨；312.滑块；321.增高垫；322.角度调节块；A.待测工件。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

实施例1：

如图1、图2、图5所示，一种三维测试仪，包括作为工作平台的基准板1、固定在所述基准板上1的横向检测机构2、纵向检测机构3、竖向检测机构4、以及用于定位待测工件的大孔心轴5和小孔心轴6、夹紧待测工件的第一气缸装置、第二气缸装置，其中，所述横向检测机构2与所述竖向检测机构4为一体结构，它们与所述纵向检测机构3分别位于所述基准板1的两侧，所述横向检测机构2包括左右滑动机构21、支架22、小孔心轴6、左右百分表23，所述左右滑动机构21固定于所述基准板1上，所述支架22为“凹形”空腔结构且侧面上部设有对称侧孔，下面固定在所述左右滑动机构21上，左侧面下部与左右百分表23探针相接触，所述小孔心轴6贯穿所述支架22的“凹形”空腔，与待测工件配合端设置有胀套24；如图4所示,所述竖向检测机构4包括两个侧面短轴41，所述侧面短轴41一端与小孔心轴6侧面固定连接，另一端与横向检测机构的所述支架22侧孔相对应位置设有通孔，穿过所述通孔的弹簧42将所述侧面短轴41上下悬浮连接在所述支架22的两侧孔内，所述小孔心轴6的上面与固定在所述支架22正上方的上下百分表43的探针相接触；如图5所示,所述纵向检测机构3包括前后滑动机构31、大孔增高垫32、大孔心轴5、前后百分表33，所述前后滑动机构31固定于所述基准板1上，所述大孔增高垫32下面固定于前后滑动机构31上，上面固定连接大孔心轴5，前侧面下部与前后百分表33的探针相接触。

优选地，所述气缸装置7包括第一气缸装置、第二气缸装置，所述第一气缸装置包括穿过所述小孔心轴6的气缸长轴71，以及连接气缸长轴71另一端的第一气缸72，所述第二气缸装置包括设置于大孔心轴5上方带有压板73的第二气缸74，以及设于基准板1上、用于固定所述第二气缸74的气缸固定板75和气缸支撑76。

优选地，所述支架22包括左右两块侧面立板、两块角度支座，所述左侧面立板221、右侧面立板222固定于所述基准板1上，所述左右百分表23固定安装在左侧面立板221上，所述左右滑动机构21设置于所述左侧面立板221、右侧面立板222中间，两块所述角度支座固定于所述左右滑动机构21上，包括”L”形状的第一角度支座223，直线形状的第二角度支座224，所述第一角度支座223与所述第二角度支座224共同围成所述支架22的“凹形”腔体结构，上下百分表43的夹具44固定于两块所述角度支座的上面，左右百分表23的探针与第一角度支座223的左侧面下部相接触。进一步地，左右两块侧面立板，与两块角度支座之间选用弹簧缓冲连接，增加测试仪整体的柔性。

优选地，所述左右滑动机构21包括线性滑轨211和滑块212，所述前后滑动机构31包括线性滑轨311和滑块312，所述两角度支座固定在所述滑块212上，所述大孔增高垫32固定在所述滑块312上。

优选地，所述小孔心轴6上面吸附有底面带强磁性的数显倾角仪8。当待测件小孔被小孔心轴胀套及第一气缸装置夹紧，大孔被大孔心轴及第二气缸装置夹紧，与所述胀套共轴线的小孔心轴随所述胀套外工件内孔轴线和水平实际夹角的变化而同步发生数显倾角仪读数的变化。水平状态下数显倾角仪为0度，数显倾角仪显示的角度为两个内孔中心线投影到一个平面上的夹角。

优选地，所述小孔心轴6与第一气缸72相连的一端设置有弹簧支架9和弹簧支撑10，所述弹簧支架9一端固定于所述基准板1上，另一端通过弹簧支撑10连接到小孔心轴6。

优选地，所述大孔增高垫32包括增高垫321和角度调节块322两部分，所述增高垫321和所述角度调节块322之间可拆卸连接，所述角度调节块322上面可固定连接所述大孔心轴5。

优选地，所述侧面短轴41固定于所述小孔心轴6的一端设置有深沟球轴承11。

优选地，所述基准板1下面固定有两块承板12。

优选地，所述第二气缸装置中的压板73与所述第二气缸74固定连接，所述压板73采用尼龙材质。

本实施例所述固定连接方法包括但不限于螺栓固定、焊接等方法。

测试原理：

本发明所述三维测试仪需要测量的工件为异形零件(以实施例为例），该工件小孔中轴线与大孔中轴线在三维空间内既不相交也不平行，这两根中轴线间的距离尺寸、两个内孔中心线投影到同一平面上的夹角通常采用三坐标测试机测量。为了适应现场快速检测，测量前可先根据图纸要求的尺寸制造一块模板（标准样件），然后在三维测试仪上显示出三个方向距离数据和角度的数据初始值作为后续测量的标准参考值，并根据图纸尺寸公差值的大小在百分表上划出对应的区间读数。实际现场测量使用时，安装好被测零件后就可直接读出三个方向百分表距离数据和数显倾角仪的角度数据，这种方法可快速间接得到以下三种距离尺寸：（1）其中一个内孔中轴线上一点距离另外内孔中轴线的距离，（2）其中内孔中轴线上一点距离另外一个内孔上（下）表面的距离，（3）其中一个内孔中轴线和另外一个内孔中轴线的距离。另外，安装在小孔心轴上面的底面带强磁性的数显倾角仪，与所述胀套共轴线的小孔心轴随所述胀套外工件内孔轴线和水平实际夹角的变化而同步发生数显倾角仪读数的变化，水平方向为0度，则测量的显示角度是两个内孔中心线投影到一个平面上的夹角。

使用方法：

1、把尺寸完全符合理论值的标准样件如图六所示放置于本发明三维测试仪上，首先把标准样件小孔定位在胀套上，标准样件端面与小孔心轴相吻合；

2、接着把标准样件另一端的大孔定位在大孔心轴上，标准样件的大孔端面与角度调节块相吻合；

3、然后同时启动第一气缸、第二气缸的开关，第一气缸首先拉紧胀套固定标准样件小孔端，然后标准样件定位在大孔心轴上的大孔端被气缸压紧；

4、最后将横向检测机构、纵向检测机构、竖向检测机构的各个百分表设置为初始值；

5、校准完成后，重复上述1-3步骤重复放置待测工件，待测工件夹紧后，左右百分表、上下百分表、前后百分表的示数为待测工件与校准样件之间在横向、纵向、竖向三个方向的位移数据，若初始值设定为0，则显示数据为实际尺寸与标准样件尺寸间的偏差，若初始值设定与标准样件尺寸一致，则显示数据为实际三维尺寸，数显倾角仪显示的角度度数为大小两个内孔中心线投影到同一平面上的夹角。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种三维测试仪，包括作为工作平台的基准板(1)、固定在所述基准板(1)上的横向检测机构(2)、纵向检测机构(3)、竖向检测机构(4)、以及用于定位待测工件的大孔心轴(5)和小孔心轴(6)、夹紧待测工件的气缸装置(7)，其特征在于：所述横向检测机构(2)与所述竖向检测机构(4)为一体结构，其与所述纵向检测机构(3)分别位于所述基准板(1)的两侧，所述横向检测机构(2)包括左右滑动机构(21)、支架(22)、小孔心轴(6)、左右百分表(23)，所述左右滑动机构(21)固定于所述基准板(1)上，所述支架(22)为空腔结构且侧面上部设有对称侧孔，下面固定在所述左右滑动机构(21)上，左侧面下部与左右百分表(23)探针相接触，所述小孔心轴(6)贯穿所述支架(22)的空腔，与待测工件配合端设置有胀套(24)；所述竖向检测机构(4)包括两个侧面短轴(41)，所述侧面短轴(41)一端与小孔心轴(6)侧面固定连接，另一端与横向检测机构的所述支架(22)侧孔相对应位置设有通孔，穿过所述通孔的弹簧(42)将所述侧面短轴(41)上下悬浮连接在所述支架(22)的两侧孔内，所述小孔心轴(6)的上面与固定在所述支架(22)正上方的上下百分表(43)探针相接触；所述纵向检测机构(3)包括前后滑动机构(31)、大孔增高垫(32)、大孔心轴(5)、前后百分表(33)，所述前后滑动机构(31)固定于所述基准板(1)上，所述大孔增高垫(32)下面固定于前后滑动机构(31)上，上面固定连接大孔心轴(5)，前侧面下部与前后百分表(33)的探针相接触。

2.如权利要求1所述一种三维测试仪，其特征在于：所述气缸装置(7)包括第一气缸装置、第二气缸装置，所述第一气缸装置包括穿过所述小孔心轴(6)的气缸长轴(71)，以及连接气缸长轴另一端的第一气缸(72)，所述第二气缸装置包括大孔心轴(5)上方设有压板(73)的第二气缸(74)，以及设于基准板(1)上、用于固定所述第二气缸(74)的气缸固定板(75)和气缸支撑(76)。

3.如权利要求1所述一种三维测试仪，其特征在于：所述支架(22)包括左右两块侧面立板、两块角度支座，所述左侧面立板(221)、右侧面立板(222)固定于所述基准板(1)上，所述左右百分表(23)固定安装在左侧面立板(221)上，所述左右滑动机构(21)设置于所述左侧面立板(221)、右侧面立板(222)中间，两块所述角度支座固定于所述左右滑动机构(21)上，包括”L”形状的第一角度支座(223)，直线形状的第二角度支座(224)，所述第一角度支座(223)与所述第二角度支座(224)共同围成所述支架(22)的腔体结构，上下百分表(43)的夹具(44)固定于两块所述角度支座的上面，左右百分表(23)的探针与第一角度支座(223)的左侧面下部相接触。

4.如权利要求3所述一种三维测试仪，其特征在于：所述左右滑动机构(21)包括第一线性滑轨(211)和第一滑块(212)，所述前后滑动机构(31)包括第二线性滑轨(311)和第二滑块(312)，两块所述角度支座固定在所述第一滑块(212)上，所述大孔增高垫(32)固定在所述第二滑块(312)上。

5.如权利要求1所述一种三维测试仪，其特征在于：所述小孔心轴(6)上面吸附有底面带强磁性的数显倾角仪(8)，与所述胀套(24)共轴线的小孔心轴(6)随所述胀套(24)外工件内孔轴线和水平实际夹角的变化而同步发生数显倾角仪(8)读数的变化。

6.如权利要求1所述一种三维测试仪，其特征在于：所述小孔心轴(6)与第一气缸(72)相连的一端设置有弹簧支架(9)和弹簧支撑(10)，所述弹簧支架(9)一端固定于所述基准板(1)上，另一端通过弹簧支撑(10)连接到小孔心轴(6)。

7.如权利要求1所述一种三维测试仪，其特征在于：所述大孔增高垫(32)包括增高垫(321)和角度调节块(322)两部分，所述增高垫(321)和所述角度调节块(322)之间可拆卸连接，所述角度调节块(322)上面可固定连接所述大孔心轴(5)。

8.如权利要求1所述一种三维测试仪，其特征在于：所述侧面短轴(41)固定于所述小孔心轴(6)的一端设置有深沟球轴承(11)。

9.如权利要求1所述一种三维测试仪，其特征在于：所述基准板(1)下面固定有两块承板(12)。

10.如权利要求2所述一种三维测试仪，其特征在于：所述第二气缸装置中的压板(73)与所述第二气缸(74)固定连接，所述压板(73)采用尼龙材质。