CN109540009B - 一种外径测量装置及外径测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及测量技术领域，公开了一种外径测量装置及外径测量方法。外径测量装置包括底座、平台支撑单元和外径数据采集单元，平台支撑单元设置在底座上，平台支撑单元包括用于放置待测物的支撑平台，及驱动支撑平台相对底座沿X轴移动的第一驱动组件和沿Y轴移动的第二驱动组件；外径数据采集单元设置在底座上，外径数据采集单元包括第一传感器和驱动第一传感器围绕支撑平台旋转的第三驱动组件，第一传感器的探头朝向待测物。本发明提供的外径测量装置中的支撑平台能沿X方向和Y方向的联合移动能行走出“8”字形轨迹，第一传感器在第三驱动组件的驱动下围绕待测物旋转一周，进而能实现椭圆形截面的零部件的外径的测量。

Description

一种外径测量装置及外径测量方法

技术领域

本发明涉及测量技术领域，尤其涉及一种外径测量装置及外径测量方法。

背景技术

在现有技术中，汽车工业自动化流水作业生产线，对于汽车零部件外径的测量不仅仅局限于圆筒形的零部件，对于椭圆形等异形零部件的外径也需要进行测量，满足使用要求才能出厂。

目前测量物体的外径一般采用台架式三坐标测量仪和便携式三坐标测量仪。台架式三坐标测量仪通过XY移动检测探头获取测量数据，便携式三坐标测量仪通过机械手臂移动检测探头获取测量数据。现有技术中的台架式三坐标测量仪和便携式三坐标测量仪测量速度慢，测量一个汽车零部件大约需要八小时。由于汽车工业自动化生产线作业生产节拍高，每道测量工序时间大约需要30s以内，而台架式三坐标测量仪和便携式三坐标测量仪测量速度慢无法适应汽车工业自动化生产线。因此，需要提出一种能快速精确测量多种形状零部件的外径的测量装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种外径测量装置及外径测量方法，适合应用在工业生产线中，能测量截面为椭圆形等异形的零部件。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种外径测量装置，包括：

底座；

平台支撑单元，设置在所述底座上，所述平台支撑单元包括用于放置待测物的支撑平台，及驱动所述支撑平台相对所述底座沿X轴移动的第一驱动组件和沿Y轴移动的第二驱动组件；

外径数据采集单元，设置在所述底座上，所述外径数据采集单元包括第一传感器和驱动所述第一传感器围绕所述支撑平台旋转的第三驱动组件，所述第一传感器的探头朝向所述待测物。

优选地，所述平台支撑单元还包括第一导向组件，所述第一导向组件对所述支撑平台沿所述X轴和/或所述Y轴的移动进行导向。

优选地，所述平台支撑单元还包括第一检测组件，所述第一检测组件用于检测所述支撑平台在所述X轴方向和/或所述Y轴方向上的位置及移动的速度。

优选地，所述第三驱动组件包括齿圈和与所述齿圈啮合的牙盘，第三电机驱动所述牙盘旋转，所述齿圈通过连接板连接件与所述底座连接，且所述齿圈置于所述第二驱动组件的上方，所述支撑平台穿过所述齿圈置于所述齿圈的上方。

优选地，所述外径数据采集单元还包括驱动所述传感器第一传感器靠近或者远离所述支撑平台的第四驱动组件和驱动所述传感器第一传感器升降的第五驱动组件，所述第四驱动组件安装在所述齿圈上，所述第五驱动组件安装在所述第四驱动组件上，且所述第五驱动组件上安装所述传感器第一传感器。

优选地，所述外径数据采集单元还包括第二导向组件，所述第二导向组件对所述第一传感器沿上下方向的移动进行导向，和/或对所述第一传感器沿靠近或远离所述支撑平台的方向的移动进行导向。

优选地，所述外径数据采集单元还包括第二检测组件，所述第二检测组件用于检测所述第一传感器在上下移动方向的位置及移动的速度，和/或靠近或远离所述支撑平台的方向上的位置及移动的速度。

优选地，所述底座上设有壳体，所述平台支撑单元和所述外径数据采集单元均置于所述壳体内，所述壳体上开设有进料口。

优选地，所述进料口处设有用于检测异物的第二传感器。

本发明还提供了一种外径测量方法，应用上述的外径测量装置测量横截面为椭圆的待测物的外径，包括以下步骤：

根据所述椭圆长径、短径的粗略值确定对应的“8”字形轨迹；

第一驱动组件和第二驱动组件驱动支撑平台行走出所述“8”字形轨迹的同时，第三驱动组件驱动第一传感器围绕放置于支撑平台上的待测物旋转一周；

根据所述第一传感器的测量值拟合出所述待测物的实际外径。

本发明的有益效果：本发明提供的外径测量装置中的支撑平台能沿X方向和Y方向的联合移动能行走出“8”字形轨迹，第一传感器在第三驱动组件的驱动下围绕待测物旋转一周，进而实现椭圆形截面的零部件的外径的测量，还能测量截面为圆形的零部件的外径，适合应用于工业生产线中，应用范围广。

附图说明

图1是本发明实施例所述的外径测量装置的整体结构示意图；

图2是本发明实施例所述的平台支撑单元与外径数据采集单元连接的结构示意图；

图3是本发明实施例所述的平台支撑单元的结构示意图；

图4是本发明实施例所述的外径数据采集单元的结构示意图；

图5是本发明实施例所述的第三驱动组件与底座连接的结构示意图。

图中：

1、底座；

2、平台支撑单元；21、支撑平台；22、第一驱动组件；221、第一丝杆；222、第一电机；223、第一滑轨；224、第一光栅尺；23、第二驱动组件；231、第一安装板；232、第二丝杆；233、第二电机；234、第二滑轨；235、第二光栅尺；

3、外径数据采集单元；31、第一传感器；32、第三驱动组件；321、齿圈；322、牙盘；323、第三电机；324、连接件；325、环形板；33、第四驱动组件；331、第二安装板；332、第三丝杆；333、第四电机；334、第三滑轨；335、第三光栅尺；34、第五驱动组件；341、支架；342、第四丝杆；343、第五电机；344、第四滑轨；345、第三安装板；346、第四光栅尺；

4、壳体；41、进料口。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。

本实施例提供了一种外径测量装置，用于测量圆筒形状的汽车零部件的外径或者椭圆形汽车零部件等异形物体的外径。如图1和图2所示，外径测量装置包括底座1，底座1上设有壳体4，壳体4内设置平台支撑单元2和外径数据采集单元3，壳体4上开有进料口41，通过进料口41将待测的零部件放置到平台支撑单元2上，然后进行检测。由于在测量过程中是旋转加移动的复合过程，速度和惯性都比较大，因此设置壳体4保证操作人员的身体安全。为了进一步得提高设备的安全性能，在进料口41处设置用于检测异物的第二传感器，第二传感器检测到没有人手或者其它物体伸进壳体内，才能启动平台支撑单元2和外径数据采集单元3进行测量。

平台支撑单元2设置在底座1上，包括用于放置待测物的支撑平台21、驱动支撑平台21相对底座1沿X轴移动的第一驱动组件22和沿Y轴移动的第二驱动组件23。外径数据采集单元3设置在底座1上，外径数据采集单元3包括第一传感器31和驱动第一传感器31围绕支撑平台21旋转的第三驱动组件32，在第一传感器31围绕支撑平台21旋转的时候，第一传感器31的探头始终朝向支撑平台21上的待测物。

使用该外径测量装置测量圆筒形状的零部件时，支撑平台21位置不变，只需要第三驱动组件32驱动第一传感器31围绕待测物旋转一周，即可采集数据，拟合出圆筒形状的零部件的实际外径。当测量椭圆形截面的零部件的外径时，支撑平台21通过X方向和Y方向的联合移动能行走出“8”字形轨迹，第一传感器31围绕待测物旋转一周，拟合出待测物的实际外径。在本实施例中，第一传感器31采用激光传感器，激光传感器的扫描频率可设置为100-200Hz，围绕待测物旋转一周需要用时10s，那么第一传感器31可以采集超过1000个的数据点，实现了高速高精密的测量，并且测量重复精度能控制在1um。第一传感器31可以设置一组，为了进一步地提高检测精度，第一传感器31也可以设置两组、三组或者更多组，在此不作限定。

如图2所示，外径数据采集单元3还包括驱动第一传感器31靠近或者远离支撑平台21的第四驱动组件33和驱动第一传感器31升降的第五驱动组件34，第四驱动组件33安装在第三驱动组件32上，第三驱动组件32旋转带动第四驱动组件33围绕支撑平台21旋转，第五驱动组件34安装在第四驱动组件33上，第四驱动组件33带动第五驱动组件34靠近或者远离支撑平台21。设置驱动第一传感器31靠近或者远离支撑平台21的第四驱动组件33，可以实时调整第一传感器31与待测物的距离，确保数据采集的精确性。设置驱动第一传感器31升降的第五驱动组件34可以使第一传感器31沿待测物从上至下采集多组数据，提高了外径检测精度。

在本实施例中，如图3所示，第一驱动组件22包括第一直线驱动模组，第二驱动组件23与第一直线驱动模组的移动部连接。

具体地，第一直线驱动模组包括第一丝杆221，底座1上凸设有固定板，第一丝杆221平行于底座1设置，第一丝杆221上设有第一丝母。第一丝杆221的一端通过轴承座与固定板转动连接，另一端与第一电机222的输出轴连接，第一电机222固定连接在固定板上。

在本实施例中，平台支撑单元2还包括第一导向组件，第一导向组件包括第一导向机构，第一导向机构对支撑平台21在第一直线驱动模组的驱动下沿X轴的移动进行导向。具体地，第一导向机构包括设置在固定板上的至少一个第一滑轨223，第一滑轨223与第一丝杆221平行，在本实施例中，优选设置两个第一滑轨223，两个第一滑轨223置于第一丝杆221的两侧，两个第一滑轨223上均设有第一滑块。第二驱动组件23与两个第一滑块和第一丝母连接，第一电机222驱动第一丝杆221旋转，第一丝杆221旋转带动第一丝母沿第一丝杆221前后移动，进而带动第二驱动组件23移动。第一电机222优选为伺服电机，也可以为步进电机，在此不作限定。此外，第一直线驱动模组和第一导向机构还可以是其它结构，在此不作限定。

为了提高第二驱动组件23移动位置的精确性，平台支撑单元2还包括第一检测组件，第一检测组件用于检测支撑平台21在X轴方向上的位置及移动的速度。具体地，第一检测组件包括设置在固定板上的第一光栅尺224，第一光栅尺224用于检测支撑平台21在X轴方向上的位置及移动的速度。在本实施例中，第一光栅尺224设置在第一丝杆221与其中的一个第一滑轨223之间，第一光栅尺224的标尺光栅与第一丝杆221平行，且标尺光栅固定在固定板上，第一光栅尺224的光栅读数头与第二驱动组件23连接。

如图3所示，第二驱动组件23包括第二直线驱动模组，支撑平台21与第二直线驱动模组的移动部连接。

具体地，第二直线驱动模组包括第一安装板231，第一安装板231与第一丝母和第一滑块连接。第二直线驱动模组还包括第二丝杆232，第二丝杆232平行于底座1设置，但是与第一丝杆221垂直，第二丝杆232上设有第二丝母。第二丝杆232的一端通过轴承座与第一安装板231转动连接，另一端与第二电机233的输出轴连接，第二电机233固定连接在第一安装板231上。

第一导向组件还包括第二导向机构，第二导向机构对支撑平台21沿Y轴的移动进行导向。具体地，第二导向机构包括设置在第二安装板231上的至少一个第二滑轨234，第二滑轨234与第二丝杆232平行。在本实施例中，优选设置两个第二滑轨234，两个第二滑轨234置于第二丝杆232的两侧，两个第二滑轨234上均设有第二滑块。支撑平台21与两个第二滑块和第二丝母连接，第二电机233驱动第二丝杆232旋转，第二丝杆232旋转带动第二丝母沿第二丝杆232前后移动，进而带动支撑平台21移动。第二电机233优选为伺服电机，也可以为步进电机，在此不作限定。此外，第二直线驱动模组和第二导向机构还可以是其它结构，在此不作限定。

为了提高第二驱动组件23移动位置的精确性，第一检测组件还包括设置在第一安装板231上的第二光栅尺235，第二光栅尺235用于检测支撑平台21在Y轴方向上的位置及移动的速度。在本实施例中，第二光栅尺235设置在其中的一个第二滑轨234的外侧，且固定连接在第二滑轨234的侧面。第二光栅尺235的标尺光栅与第二丝杆232平行，且标尺光栅固定在第一安装板231上，第二光栅尺235的光栅读数头与支撑平台21连接。

在本实施例中，支撑平台21包括上支撑板和下支撑板，上支撑板和下支撑板平行设置，且上支撑板和下支撑板通过支撑柱连接，上支撑板用于放置待测物，下支撑板与第二驱动组件23的第二滑块和第二丝母连接。此外，支撑平台21不局限于上述结构，还可以是其它结构形式，在此不作限定。

如图4所示，第三驱动组件32包括齿圈321和与齿圈321啮合的牙盘322，第三电机323的输出端与牙盘322连接。在本实施例中，齿圈321优选外齿圈。如图5所示，齿圈321的上表面设有环形板325，环形板325通过连接件324与底座1连接，连接件324为圆筒状，连接件324的一端与环形板325连接，另一端与底座1连接，且使第一驱动组件22、第二驱动组件23、齿圈321和第三电机323均置于连接件324内侧。结合图2和图5，齿圈321置于第一驱动组件22和第二驱动组件23的上方，支撑平台21的上支撑板穿过齿圈321和环形板325置于环形板325的上方。

在本实施例中，第三电机323为伺服电机，在伺服电机上安装有编码器，编码器用于测量齿圈321的旋转角度和旋转角速度等，提高了控制第一传感器31围绕待测物旋转的旋转精度。

如图4所示，第四驱动组件33包括第三直线驱动模组，第五驱动组件34与第三直线驱动模组的移动部连接。

具体地，第三直线驱动模组包括第二安装板331，第二安装板331设置在与齿圈321连接的环形板325的上表面，第二安装板331上设有第三丝杆332，第三丝杆332沿齿圈321的径向方向延伸，第三丝杆332上设有第三丝母，第三丝杆332的一端连接有第四电机333，第四电机333固定安装在第二安装板331上，第三丝杆332的另一端与第二安装板331转动连接。

在本实施例中，外径数据采集单元3还包括第二导向组件，第二导向组件包括第三导向机构，第三导向机构对第一传感器31在第三直线驱动模组的驱动下沿靠近或者远离支撑平台的方向的移动进行导向。具体地，第三导向机构包括设置在第二安装板331上的至少一个第三滑轨334，第三滑轨334与第三丝杆332平行，第三滑轨334上设有第三滑块。在本实施例中，第三丝杆332的两侧均设有第三滑轨334，第五驱动组件34与第三丝母和两个第三滑块连接，提高了第五驱动组件34移动的稳定性。第四电机333驱动第三丝杆332旋转，第三丝杆332旋转带动第三丝母沿第三丝杆332前后移动，进而带动第五驱动组件34靠近或者远离支撑平台21。第四电机333优选为伺服电机，也可以为步进电机，在此不作限定。此外，第三直线驱动模组和第三导向机构还可以是其它结构，在此不作限定。

为了提高第四驱动组件33移动位置的精确性，外径数据采集单元3还包括第二检测组件，第二检测组件用于检测第一传感器31在靠近或者远离支撑平台21的方向上的位置及移动的速度。具体地，第二检测组件包括设置在第二安装板331上的第三光栅尺335，第三光栅尺335用于检测第一传感器31在靠近或者远离支撑平台21的方向上的位置及移动的速度。在本实施例中，第三光栅尺335设置在其中的一个第三滑轨334的外侧，且固定连接在第三滑轨334的侧面。第三光栅尺335的标尺光栅与第三丝杆332平行，且标尺光栅固定在第二安装板331上，第三光栅尺335的光栅读数头与第五驱动组件34连接。

第五驱动组件34包括第四直线驱动模组，第三安装板345与第四直线驱动模组的移动部连接，第三安装板345上设置至少一个第一传感器31。

具体地，第四直线驱动模组包括支架341，支架341与第三丝母和第三滑块连接。在本实施例中，支架341包括相对设置的上板和下板，上板和下板之间通过竖板连接，下板与第三丝母和第三滑块连接。第五驱动组件34的第四丝杆342的一端与下板转动连接，第四丝杆342的另一端与第五电机343的输出轴连接，第五电机343固定在上板上，第四丝杆342竖直设置且与第三丝杆332垂直。第四丝杆342上设有第四丝母。

第二导向组件还包括第四导向机构，第四导向机构对第一传感器31沿上下方向的移动进行导向。具体地，第四导向机构包括设置在支架341上的至少一个第四滑轨344，第四滑轨344与第四丝杆342平行，第四滑轨344上设有第四滑块。在本实施例中，第四丝杆342的两侧均设有第四滑轨344，第三安装板345与第四丝母和两个第四滑块连接，第三安装板345上安装有第一传感器31，第一传感器31根据实际测量需求可以设置1个或者多个，在此不作限定。第五电机343驱动第四丝杆342旋转，第四丝杆342旋转带动第四丝母沿第四丝杆342前后移动，进而带动第一传感器31上升或者下降。第五电机343优选为伺服电机，也可以为步进电机，在此不作限定。

为了提高第五驱动组件34移动位置的精确性，第二检测组件还包括设置在在支架341上的第四光栅尺346，第四光栅尺346用于检测第一传感器31在上下移动方向上的位置和移动的速度。在本实施例中，第四光栅尺346设置在其中的一个第四滑轨344的外侧，且固定连接在第四滑轨344的侧面。第四光栅尺346的标尺光栅与第四丝杆342平行，且标尺光栅固定在支架341上，第四光栅尺346的光栅读数头与第三安装板345连接。

本实施例中的外径测量装置还包括控制器和人机交互界面，第一驱动组件22、第二驱动组件23、第三驱动组件32、第四驱动组件33和第五驱动组件34均与控制器电连接。操作工通过人机交互界面发出测量指令，根据测量需求启动第一驱动组件22、第二驱动组件23、第三驱动组件32、第四驱动组件33和/或第五驱动组件34运行，测量时采集的数据信息存储到控制器内，然后生成唯一的ID识别条码，识别条码打印出来后由操作工贴在待测物上。此外，控制器等电子器件需要安装在恒温防尘的安全机柜内，不仅符合电子器件的使用环境要求，还降低了控制器等电子器件的故障率。

在使用该外径测量装置时，首先需要在人机交互界面上设置一下待测物的半径值，如果待测物的截面是椭圆形，那么需要设置待测物的长短半径值，设置的半径值用于校正激光传感器的位置，然后将待测物放置到支撑平台21上，启动外径测量装置进行检测，将检测的数据上传至控制器，控制器拟合出待测物的实际外径值，测量装置自动打印带有ID码的标签，标签上印有待测物的外径值，方便查看，测量完毕后，操作工取出待测物，将标签贴到待测物上。

本实施例还提供了一种外径测量方法，应用于上述的外径测量装置测量横截面为椭圆的待测物的外径，包括以下步骤：根据椭圆长径、短径的粗略值确定对应的“8”字形轨迹；第一驱动组件22和第二驱动组件23驱动支撑平台21行走出“8”字形轨迹的同时，第三驱动组件32驱动第一传感器31围绕放置于支撑平台21上的待测物旋转一周，根据第一传感器31的测量值拟合出待测物的实际外径。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种外径测量装置，其特征在于，包括：

底座(1)；

平台支撑单元(2)，设置在所述底座(1)上，所述平台支撑单元(2)包括用于放置待测物的支撑平台(21)，及驱动所述支撑平台(21)相对所述底座(1)沿X轴移动的第一驱动组件(22)和沿Y轴移动的第二驱动组件(23)；

外径数据采集单元(3)，设置在所述底座(1)上，所述外径数据采集单元(3)包括第一传感器(31)和驱动所述第一传感器(31)围绕所述支撑平台(21)旋转的第三驱动组件(32)，所述第一传感器(31)的探头朝向所述待测物；

所述平台支撑单元(2)还包括第一导向组件，所述第一导向组件对所述支撑平台(21)沿所述X轴和/或所述Y轴的移动进行导向；

所述第三驱动组件(32)包括齿圈(321)和与所述齿圈(321)啮合的牙盘(322)，第三电机(323)驱动所述牙盘(322)旋转，所述齿圈(321)通过连接件(324)与所述底座(1)连接，且所述齿圈(321)置于所述第二驱动组件(23)的上方，所述支撑平台(21)穿过所述齿圈(321)置于所述齿圈(321)的上方；

所述外径数据采集单元(3)还包括驱动所述第一传感器(31)靠近或者远离所述支撑平台(21)的第四驱动组件(33)和驱动所述第一传感器(31)升降的第五驱动组件(34)，所述第四驱动组件(33)安装在所述齿圈(321)上，所述第五驱动组件(34)安装在所述第四驱动组件(33)上，且所述第五驱动组件(34)上安装所述第一传感器(31)。

2.根据权利要求1所述的外径测量装置，其特征在于，所述平台支撑单元(2)还包括第一检测组件，所述第一检测组件用于检测所述支撑平台(21)在所述X轴方向和/或所述Y轴方向上的位置及移动的速度。

3.根据权利要求1所述的外径测量装置，其特征在于，所述外径数据采集单元(3)还包括第二导向组件，所述第二导向组件对所述第一传感器(31)沿上下方向的移动进行导向，和/或对所述第一传感器(31)沿靠近或远离所述支撑平台(21)的方向的移动进行导向。

4.根据权利要求3所述的外径测量装置，其特征在于，所述外径数据采集单元(3)还包括第二检测组件，所述第二检测组件用于检测所述第一传感器(31)在上下移动方向的位置及移动的速度，和/或靠近或远离所述支撑平台(21)的方向上的位置及移动的速度。

5.根据权利要求1所述的外径测量装置，其特征在于，所述底座(1)上设有壳体(4)，所述平台支撑单元(2)和所述外径数据采集单元(3)均置于所述壳体(4)内，所述壳体(4)上开设有进料口(41)。

6.根据权利要求5所述的外径测量装置，其特征在于，所述进料口(41)处设有用于检测异物的第二传感器。

7.一种外径测量方法，其特征在于，应用权利要求1-6任一项所述的外径测量装置测量横截面为椭圆的待测物的外径，包括以下步骤：

根据所述椭圆长径、短径的粗略值确定对应的“8”字形轨迹；

第一驱动组件(22)和第二驱动组件(23)驱动支撑平台(21)行走出所述“8”字形轨迹的同时，第三驱动组件(32)驱动第一传感器(31)围绕放置于支撑平台(21)上的待测物旋转一周；

根据所述第一传感器(31)的测量值拟合出所述待测物的实际外径。