CN109570267B - 一种大型筒形件外表面周长测量设备及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于大型筒形件外表面周长的接触式测量设备，涉及航空航天装配制造领域。该装置的测量条件是已有筒形件转载设备能够水平装载筒形件并控制筒形件精准自传一周。通过使用带角度编码器的标准滚轮与筒形件外表面保持无滑动的滚动将周长转化为标准滚轮滚过的距离并使用计数器记录测量数值。通过对测头延筒形件轴向和径向两个自由度的设计，该装置能够适应筒形件的偏心旋转和轴向窜动。通过支架与底座的解耦，该装置能够实现安装稳定性及拆卸便捷性。本发明操作简单，成本低、效率高，可以实现大型筒形件外表面周长的自动化、高精度测量，取代传统的人工使用卷尺测量方法。

Description

一种大型筒形件外表面周长测量设备及其使用方法

技术领域

本发明涉及航空航天制造、机械制造、在位测量领域，尤其涉及一种用于大型筒形件外表面周长的接触式测量设备。

背景技术

在航空航天制造领域，筒形件的制造质量水平决定了飞机机身和火箭箭体的可靠性、承载能力等整体服役性能。在筒形件的制造过程中的精确在位测量为提高筒形件的制造质量水平提供的保证。其中，筒形件外周长的精确测量可以对上架装焊的筒形件局部片段进行合格检测，确保装焊的各个筒形件局部片段的外周长一致以提高筒形件装焊质量水平。

目前，国内航空航天领域的筒形件外周长的测量方式自动化程度较低，手工劳动量比较大，测量精度较低。目前为筒形件外周长的测量方式为先将筒形件装载到可带动其旋转的设备上，并将皮尺一端固定到筒形件外表面上，设备控制筒形件自转一周后皮尺完成绕筒形件一周，然后人工读取皮尺测值得到筒形件外周长值。皮尺绕行筒形件外表面一周需要工人手工将皮尺一端对齐筒形件端面边缘，而筒形件尺寸较大，故较难做到皮尺在整个筒形件的外表面上都严格对齐端面边缘；皮尺材质存在一定柔性，测量数值会随着受到拉力的大小而改变，故需要工人每次使用时保持一定的拉力，对工人操作的要求较高；皮尺测值由工人人工读数完成，读数过程存在估读误差且可能由于误读产生粗差。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种用于大型筒形件外表面周长的接触式测量设备，该设备配合能够水平装载并精确控制筒形件绕轴旋转的筒形件装载设备，可实现筒形件外周长测量精度的大幅提升，降低了测量的手工劳动量，实现了测量的自动化。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是：航天领域中筒形件外周长传统测量方式中自动化程度较低，手工劳动量比较大，测量精度较低。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于大型筒形件外表面周长的接触式测量设备。所述设备测头包括测量滚轮、辅助滚轮、顶轮、第一平台、第二平台、第三平台，所述设备支架包括测头支架连接U型板、测头支架连接杆、型材支架、型材底座，所述设备底座包括螺纹转接头、支架底板，所述信号采集设备包括角度编码器、计数器，所述筒形件装载设备包括装载支架、控制机构、转接花盘；设备测头通过U型板和设备支架连接，设备支架和设备底座以可拆卸的方式连接，信号采集设备的角度编码器与测量滚轮轴连接，筒形件装载设备通过转接花盘装载与设备侧头接触的筒形件。

进一步地，所述设备测头、设备底座都是以铝合金作为材料制成。

进一步地，所述测量滚轮的侧面呈一定宽度的标准圆柱面，中心有用于插入转轴的贯通孔。测量滚轮的作用是与筒形件外表面保持无滑动的接触，并与角度编码器轴连接，实现其在筒形件上滚动的距离的测量。

进一步地，所述辅助滚轮的侧面呈一定宽度的标准圆柱面，中心有用于插入转轴的贯通孔。辅助滚轮的作用是与筒形件内表面保持接触，并与测量滚轮通过拉簧连接，实现带动测量滚轮适应测量处的筒形件厚度变化。

进一步地，所述顶轮的侧面呈一定宽度的标准圆柱面，中心有用于插入转轴的贯通孔。顶轮的作用是与筒形件端面保持接触，实现带动测量滚轮和辅助滚轮跟随筒形件的旋转时的轴向窜动。

进一步地，所述第一平台包括第一平台基板、测量滚轮安装板、测量滚轮滑行导轨、L型安装板、导轨行程挡块。所述第一平台基板为测量滚轮、辅助滚轮和顶轮的安装基座，其中心开有凹槽用于连接推力机构，地面安装孔用于将其安装在第二平台的导轨滑块上。所述的测量滚轮安装板的侧面安装孔用于安装角度编码器，底面安装孔用于将其安装在导轨滑块上。所述测量滚轮滑行导轨用于安装测量滚轮安装板，实现测量滚轮对筒形件厚度变化的适应。所述L型安装板的侧面上开有两个圆槽用于固定安装测量滚轮转轴和顶轮转轴的深沟滚珠轴承。所述导轨行程挡块安装在测量滚轮滑行导轨外侧，用于防止测量滚轮安装板滑离导轨。

进一步地，所述第二平台包括第二平台基板、第一平台滑行导轨、导轨行程挡块、推力机构。所述第二平台基板为第一平台和推力机构的安装基座。所述第一平台滑行导轨安装在第二平台基板上，用于安装第一平台，实现第一平台对筒形件轴向窜动的适应。所述导轨行程挡块安装在第二平台基板头尾两侧，用于防止第一平台滑离导轨。

进一步地，所述推力机构包括推簧、推簧导向杆、导向杆固定件。所述推簧一端插入第一平台基板中心的凹槽中，一端插入导向杆固定件的凹槽中，其作用是推动第一平台使顶轮与筒形件端面保持接触。所述推簧导向杆安装在导向杆固定件上，其作用是防止推簧严重弯曲变形。所述导向杆固定件安装在第二平台尾部，用于安装固定推簧和推簧导向杆。

进一步地，所述第三平台包括第三平台基板、第二平台滑行导轨、导轨行程挡块。所述第三平台基板为第二平台的安装基座。所述第二平台滑行导轨安装在第三平台基板上，用于安装第二平台，实现第二平台对筒形件偏心旋转的适应。所述导轨行程挡块安装在第三平台基板的头尾两侧，用于防止第二平台滑离导轨。

进一步地，所述设备支架包括测头支架连接U型板、测头支架连接杆、型材支架、型材底座。所述测头支架连接U型板用于安装第三平台。所述测头支架连接杆上开有腰型槽，用于连接测头支架连接U型板和型材支架且倾斜角度在一定范围内可调。所述型材支架为标准的铝合金型材，用于整体的支撑。所述型材底座用于安装型材支架，其上安装肘夹用于与支架底板的安装和拆卸。

进一步地，所述设备底座包括螺纹转接头、支架底板。所述螺纹转接头的侧面是大小与现场地面安装孔大小相等的螺纹，顶部开有标准螺纹孔。所述支架底板中心开有安装孔，用于使用标准螺钉将其固定在旋入螺纹转接头的地面，支架底板中心到边缘的距离与地面安装孔到导轨的距离相等，安装使将其边缘对齐导轨实现定位。

进一步地，所述信号采集设备包括角度编码器、计数器。所述角度编码器为增量式角度编码器，用于累积测量滚轮转过的角度。所述计数器与角度编码器之间通过导线连接，接收角度编码器发送的脉冲信号，使用内置的处理器根据测量滚轮的直径和滚轮转过角度计算测量滚轮滚过的距离并显示。

进一步地，所述筒形件装载设备包括装载支架、控制机构、转接花盘。所述装载支架是整体设备的支撑，底部可与导轨连接并在导轨上滑行。所述控制机构内包括电机以及蜗轮蜗杆机构，与转接花盘轴连接输出周向旋转。所述转接花盘其轴与控制机构相连，端面钻有用于与筒形件螺纹连接的螺孔。

本发明还公开了一种大型筒形件外表面周长的接触式测量设备的使用方法，其特征在于，所述使用方法包括如下步骤，包括如下步骤：

第一步、将设备底座安装在现场已有的安装孔上，长期稳定不拆卸；

第二步、将设备的其余部分安装好，使用肘夹将设备支架安装到设备底座上；

第三步、将筒形件装载到筒形件装载设备上，将筒形件开至测量设备处，将筒形件的端面开至与顶轮接触，并将计米其推入一定距离使推力机构具有一定的预紧力，适当调整测头安装高度和角度，使各平台上导轨滑块大致处于导轨中间；

第四步、将计数器示数置零，开动装载筒形件的设备使筒形件自转一周；

第五步、筒形件自传停止后，读取计数器上的示数作为单次筒形件周长测量结果；

第六步、重复第一步到第五步，得到多次测量结果并求平均作为最终筒形件测量结果。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明采用带测量滚轮的角度编码器和计数器测量和显示筒形件外周长，计数器与角度编码器之间通过导线连接，接收角度编码器发送的脉冲信号，使用内置的处理器根据测量滚轮的直径和滚轮转过角度计算测量滚轮滚过的距离并显示，其模块技术较为成熟，实现了低成本下的测量自动化程度和精度的提高。

2、本发明采用了可延筒形件轴向、径向移动的测头，可以使测量适应筒形件旋转时产生的筒壁厚度不均、轴向窜动、偏心旋转：测量滚轮安装在测量滚轮导轨上及其与辅助滚轮之间的柔性连接可以适应筒壁厚度不均的现象；第一平台安装在第一平台滑行导轨上及推力机构推动第一平台使顶轮与筒形件端面保持接触可以适应轴向窜动的现象；第二平台安装在第二平台滑行导轨上可以适应筒形件的偏心旋转现象。最终实现将测量滚轮稳定在筒形件外表面同一垂直于轴向的外表面圆周上进行测量。

3、本发明采用设备底座与现场稳定固定，设备支架对设备底座的可拆卸式安装实现了设备定位的一致性和安装的便捷性。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明设备的整体结构示意图；

图2是本发明的设备测头结构示意图；

图3是本发明的设备支架结构示意图；

图4是本发明的设备底座结构示意图；

图5是本发明筒形件装载设备示意图；

图6是本发明操作的流程图。

其中：1为设备测头，11为测量滚轮，12为辅助滚轮，13为顶轮，14为第一平台,141为第一平台基板，142为测量滚轮安装板，143为测量滚轮滑行导轨，144为L型安装板，145为导轨行程挡块，15为第二平台,151为第二平台基板，152为第一平台滑行导轨，153为导轨行程挡块，154为推力机构，1541为推簧，1542为推簧导向杆，1543为导向杆固定件，16为第三平台,161为第三平台基板，162为第二平台滑行导轨，163为导轨行程挡块，2为设备支架，21为测头支架连接U型板，22为测头支架连接杆，23为型材支架，24为型材底座，3为设备底座，31为螺纹转接头，32为支架底板，41为角度编码器，42为计数器，51为装载支架，52为控制机构，53为转接花盘。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1所示，本发明提供了一种用于大型筒形件外表面周长的接触式测量设备，并通过此设备实现了筒形件外周长测量精度的大幅提升，降低了测量的手工劳动量，实现了测量的自动化。该接触式测量设备包括设备测头1、设备支架2、设备底座3、信号采集设备4。

设备测头1、设备直接2、设备底座3都是以铝合金作为材料制成。

如图2所示，测量滚轮11的侧面呈一定宽度的标准圆柱面，中心有用于插入转轴的贯通孔。测量滚轮11的作用是与筒形件外表面保持无滑动的接触，并与角度编码器41轴连接，实现其在筒形件上滚动的距离的测量。

如图2所示，辅助滚轮12的侧面呈一定宽度的标准圆柱面，中心有用于插入转轴的贯通孔。辅助滚轮的作用是与筒形件内表面保持接触，并与测量滚轮通过拉簧连接，实现带动测量滚轮11适应测量处的筒形件厚度变化。

如图2所示，顶轮13的侧面呈一定宽度的标准圆柱面，中心有用于插入转轴的贯通孔。顶轮的作用是与筒形件端面保持接触，实现带动测量滚轮11和辅助滚轮12跟随筒形件的旋转时的轴向窜动。

如图2所示，第一平台14包括第一平台基板141、测量滚轮安装板142、测量滚轮滑行导轨143、L型安装板144、导轨行程挡块145。所述第一平台基板141为测量滚轮11、辅助滚轮12和顶轮13的安装基座，其中心开有凹槽用于连接推力机构154，地面安装孔用于将其安装在第二平台15的导轨滑块上。测量滚轮安装板142的侧面安装孔用于安装角度编码器41，底面安装孔用于将其安装在导轨滑块上。测量滚轮滑行导轨143用于安装测量滚轮安装板142，实现测量滚轮11对筒形件厚度变化的适应。L型安装板144的侧面上开有两个圆槽用于固定安装测量滚轮11转轴和顶轮13转轴的深沟滚珠轴承。导轨行程挡块145安装在测量滚轮滑行导轨外侧，用于防止测量滚轮安装板142滑离导轨。

如图2所示，第二平台15包括第二平台基板151、第一平台滑行导轨152、导轨行程挡块153、推力机构154。第二平台基板151为第一平台14和推力机构154的安装基座。第一平台滑行导轨152安装在第二平台基板151上，用于安装第一平台14，实现第一平台14对筒形件轴向窜动的适应。导轨行程挡块153安装在第二平台基板151头尾两侧，用于防止第一平台14滑离导轨。

如图2所示，推力机构154包括推簧1541、推簧导向杆1542、导向杆固定件1543。推簧1541一端插入第一平台基板141中心的凹槽中，一端插入导向杆固定件的凹槽中，其作用是推动第一平台14使顶轮13与筒形件端面保持接触。推簧导向杆1542安装在导向杆固定件1543上，其作用是防止推簧严重弯曲变形。所述导向杆固定件1543安装在第二平台15尾部，用于安装固定推簧1541和推簧导向杆1542。

如图2所示，第三平台16包括第三平台基板161、第二平台滑行导轨162、导轨行程挡块163。第三平台基板161为第二平台162的安装基座。第二平台1滑行导轨162安装在第三平台基板161上，用于安装第二平台15，实现第二平台15对筒形件偏心旋转的适应。导轨行程挡块163安装在第三平台基板161的头尾两侧，用于防止第二平台15滑离导轨。

如图3所示，设备支架2包括测头支架连接U型板21、测头支架连接杆22、型材支架23、型材底座24。测头支架连接U型板21用于安装第三平台16。测头支架连接杆22上开有腰型槽，用于连接测头支架连接U型板21和型材支架23且倾斜角度在一定范围内可调。型材支架23为标准的铝合金型材，用于整体的支撑。型材底座24用于安装型材支架23，底座基板241一端呈钩状用于将其定位到设备底座3，肘夹242用于快速安装和拆卸。

如图4所示，设备底座3包括螺纹转接头31、支架底板32。所述螺纹转接头31的侧面是大小与现场地面安装孔大小相等的螺纹，顶部开有标准螺纹孔。支架底板32中心开有安装孔，用于使用标准螺钉将其固定在旋入螺纹转接头的地面，支架底板32中心到边缘的距离与地面安装孔到导轨的距离相等，安装使将其边缘对齐导轨实现定位。

信号采集设备4包括角度编码器41、计数器42。角度编码器41为增量式角度编码器，用于累积测量滚轮转过的角度；计数器42与角度编码器41之间通过导线连接，接收角度编码器41发送的脉冲信号，使用内置的处理器根据测量滚轮的直径和滚轮转过角度计算测量滚轮滚过的距离并显示。

如图5所示，筒形件装载设备5包括装载支架51、控制机构52、转接花盘53，装载支架51是整体设备的支撑，底部可与导轨连接并在导轨上滑行。控制机构52内包括电机以及蜗轮蜗杆机构，与转接花盘轴连接输出周向旋转。转接花盘53其轴与控制机构相连，端面钻有用于与筒形件螺纹连接的螺孔。

如图6所示，本发明所述技术方案提供一种用于大型筒形件外表面周长的接触式测量设备的操作方法：

第一步、参见图4将设备底座3安装在现场已有的安装孔上，长期稳定不拆卸；

第二步、参见图1、图2和图3将设备的其余部分安装好，将设备支架2安装到设备底座3上；

第三步、参见图1，将筒形件装载到筒形件装载设备上，将筒形件开至测量设备处，将筒形件的端面开至与顶轮13接触，并将其推入一定距离使推力机构154具有一定的预紧力，适当调整设备测头1安装高度和角度，使各平台上导轨滑块大致处于导轨中间；

第四步、将计数器42示数置零，开动装载筒形件的设备使筒形件自转一周；

第五步、筒形件自传停止后，读取计数器42上的示数作为单次筒形件周长测量结果；

第六步、重复第一步到第五步，得到多次测量结果并求平均作为最终筒形件测量结果。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种用于大型筒形件外表面周长的接触式测量设备，包括设备测头、设备支架、设备底座、及信号采集设备，其特征在于：所述设备测头包括测量滚轮、辅助滚轮、顶轮、第一平台、第二平台、第三平台，所述设备支架包括测头支架连接U型板、测头支架连接杆、型材支架、型材底座，所述设备底座包括螺纹转接头、支架底板，所述信号采集设备包括角度编码器、计数器；设备测头通过U型板和设备支架连接，设备支架和设备底座以可拆卸的方式连接，信号采集设备的角度编码器与测量滚轮轴连接；所述测量滚轮与筒形件外表面保持无滑动的接触，所述辅助滚轮与筒形件内表面保持接触，并与所述测量滚轮通过拉簧连接，所述顶轮与筒形件端面保持接触；

所述第一平台包括第一平台基板、测量滚轮安装板、测量滚轮滑行导轨、L型安装板、导轨行程挡块；所述第一平台基板为测量滚轮、辅助滚轮和顶轮的安装基座，其中心开有凹槽用于连接推力机构，地面安装孔用于将其安装在第二平台的导轨滑块上；所述测量滚轮安装板的侧面安装孔用于安装角度编码器，底面安装孔用于将其安装在导轨滑块上；所述测量滚轮滑行导轨用于安装测量滚轮安装板；所述L型安装板的侧面上开有两个圆槽用于固定安装辅助滚轮转轴和顶轮转轴的深沟滚珠轴承；所述导轨行程挡块安装在测量滚轮滑行导轨外侧；

所述第二平台包括第二平台基板、第一平台滑行导轨、导轨行程挡块、推力机构，所述第二平台基板为第一平台和推力机构的安装基座，所述第一平台滑行导轨安装在第二平台基板上，用于安装第一平台，所述导轨行程挡块安装在第二平台基板头尾两侧；所述推力机构包括推簧、推簧导向杆、导向杆固定件，所述推簧一端插入第一平台基板中心的凹槽中，一端插入导向杆固定件的凹槽中，所述推簧导杆安装在导向杆固定件上，所述导向杆固定件安装在第二平台尾部；

所述第三平台包括第三平台基板、第二平台滑行导轨、导轨行程挡块，所述第三平台基板为第二平台的安装基座，所述第二平台滑行导轨安装在第三平台基板上，所述导轨行程挡块安装在第三平台基板的头尾两侧。

2.如权利要求1所述的用于大型筒形件外表面周长的接触式测量设备，其特征在于：所述设备测头、设备底座是以铝合金作为材料制成。

3.如权利要求1所述的用于大型筒形件外表面周长的接触式测量设备，其特征在于：所述测量滚轮的侧面呈一定宽度的标准圆柱面，中心有用于插入转轴的贯通孔。

4.如权利要求1所述的用于大型筒形件外表面周长的接触式测量设备，其特征在于：所述辅助滚轮的侧面呈一定宽度的标准圆柱面，中心有用于插入转轴的贯通孔。

5.如权利要求1所述的用于大型筒形件外表面周长的接触式测量设备，其特征在于：所述顶轮的侧面呈一定宽度的标准圆柱面，中心有用于插入转轴的贯通孔。

6.如权利要求1所述的用于大型筒形件外表面周长的接触式测量设备，其特征在于，所述设备支架包括测头支架连接U型板、测头支架连接杆、型材支架、型材底座；所述第三平台安装在测头支架连接U型板上，所述测头支架连接杆上开有腰型槽，用于连接测头支架连接U型板和型材支架且倾斜角度在一定范围内可调；型材支架固定在型材底座上；型材底座上有安装肘夹。

7.如权利要求1所述的用于大型筒形件外表面周长的接触式测量设备，其特征在于，所述设备底座包括螺纹转接头、支架底板；所述螺纹转接头的侧面是大小与现场地面安装孔大小相等的螺纹，顶部开有标准螺纹孔；所述支架底板中心开有安装孔，支架底板中心到边缘的距离与地面安装孔到导轨的距离相等。

8.一种使用如权利要求1至7中任一项所述的大型筒形件外表面周长的接触式测量设备的使用方法，其特征在于，所述使用方法包括如下步骤：

第一步、将设备底座安装在现场已有的安装孔上，长期稳定不拆卸；

第二步、将设备的其余部分安装好，使用肘夹将设备支架安装到设备底座上；

第三步、使用现场装载筒形件的设备将筒形件开至测量设备处，将筒形件的端面开至与顶轮接触，并将其推入一定距离使推力机构具有一定的预紧力，适当调整测头安装高度和角度，使各平台上导轨滑块大致处于导轨中间；

第四步、将计数器示数置零，开动装载筒形件的设备使筒形件自转一周；

第五步、筒形件自传停止后，读取计数器上的示数作为单次筒形件周长测量结果；

第六步、重复第一步到第五步，多次测量结果求平均作为最终筒形件测量结果。