CN110146014B - 一种测量内圆孔数据的测头结构与测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种测量内圆孔数据的测头结构与测量方法，其技术方案要点是包括连接板、转台一、转台二和激光系统，所述转台二通过连接板与测量设备的机身连接，转台二的转动端与转台一连接，转台一的转动端与激光系统连接，激光系统发出的激光经棱镜，实现激光转变90°输出。本发明测量精度较高，测量过程自动化，测量效率高，满足产品批量检测。
Description
技术领域
本发明涉及一种零件测量技术领域，更具体的说，它涉及一种测量内圆孔数据的测头结构与测量方法。
背景技术
在工厂，经常碰到需要加工的零件上有多个圆孔且每个圆孔都不在同一平面上的情况，由于多个圆孔不在一个平面上，这就给加工带来不少麻烦，为了保证加工零件的质量，企业需要对加工好的零件进行检测。对于零件上圆孔的检测，通常是检测圆孔的几何尺寸、形位公差等量，检测主要有人工测量法、三坐标测量法两种。人工测量法需要设计专业的装夹装置，采用游标卡、千分表等测量工具，测量过程繁琐、耗时且测量值的准确度不高，为了满足生产检测要求，需配备较多的测量人员，同时对测量人员自身要求也较高。三坐标测量法采用三坐标测量仪及配置专门的夹具，测量成本较高；测头以逐点进行测量，测量速度慢，效率不高；受被测零件形状限制，存在测量死角；接触测头在测量时，测头的接触力将使测头尖部分与被测件之间发生局部变形而影响测量值的实际读数，也因接触力容易造成磨损，影响测量精度；三坐标测量仪需受过专门培训的人才能操作。目前，这两种测量方法均不能满足企业的高效、高精度需要，企业急需测量精度较高，测量过程自动化，测量效率高，满足产品批量检测的测量设备。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种测量效率高，满足产品批量检测的测量内圆孔数据的测头结构与测量方法。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种测量内圆孔数据的测头结构，包括连接板、转台一、转台二和激光系统，所述转台二通过连接板与测量设备的机身连接，转台二的转动端与转台一连接，转台一的转动端与激光系统连接。
本发明进一步设置为：所述转台一包括伺服电机一、减速机一、转盘一和法兰一，伺服电机一与减速机一配合连接，转盘一与减速机一的输出端联动，法兰一与转盘一连接，激光系统安装在法兰一上。
本发明进一步设置为：所述转台二包括伺服电机二、减速机二、转盘二和法兰二，伺服电机二与减速机二配合连接，转盘二与减速机二的输出端联动，法兰二设置在转盘二与减速机二之间，所述连接板一端与法兰二固定连接，连接板另一端与测量设备的机身连接。
本发明进一步设置为：所述转盘二与减速机一之间设置有连接法兰，通过连接法兰连接转台一与转台二。
本发明进一步设置为：所述激光系统包括激光控制器、棱镜、支架一和支架二，所述支架一与法兰一连接，激光控制器安装在支架一上，且激光控制器位移支架一上靠近法兰一的一端，支架二安装在支架一远离法兰一的一端，棱镜安装在支架二上，且棱镜对应于激光控制器的激光输出端口设置，实现激光经棱镜转变90°输出。
为实现上述目的，本发明还提供了如下技术方案：一种测量内圆孔数据的测头结构的测量方法，其步骤为：
(1)确定基准面，建立坐标，根据待测零件的三维模型，预先计算出各圆孔的圆心坐标及该圆孔面相对基准面的角度β；
(2)根据圆孔面相对基准面的角度β，控制转台二转过相对应的角度，使激光测头射出未经棱镜变向前的激光束与圆孔面垂直；
(3)根据待测圆孔的坐标，将激光测头移动到待测圆孔上方，射出未经棱镜变向前的激光束与待测圆孔的轴线重合；
(4)在z轴方向将待检测零件圆孔按要求划分m个截面，截面相互间距离h/m，h待检测零件圆孔的深度；
(5)控制激光测头沿待测圆孔轴线垂直向下(z轴)到圆孔底部，然后，控制激光测头在水平方向(x轴)朝圆孔圆周移动一段距离x1，使激光测头到圆孔圆周的距离在激光的测量范围内；
(6)控制转台1旋转，在0°--360°范围内，每隔α°用激光测头采集数据Di，共采集360°/α°个数据，当前截面圆实时半径值ri＝Di+x1，该截面的圆度误差ei＝rmax-rmin，其中i＝(1，360°/α°)，rmax、rmin分别是该截面测到的半径最大值、最小值；
(7)控制激光测头在z轴方向向上移动h/m距离，然后，重复步骤(6)，采集数据，计算出该截面的半径、圆度误差；
(8)直至完成m个截面数据采集，算出对应截面的半径、圆度误差；
(9)根据采集到的数据处理后，得到待检测零件圆孔的测量半径、圆度误差，其中圆度误差E＝max(ej)(j＝1，m)。
本发明进一步设置为：步骤(6)中采集的数据为测头与圆周面的距离值。
本发明进一步设置为：步骤(6)中，ri是圆孔半径实时值，该圆孔底部截面的圆度误差ei＝rmax-rmin，其中i＝(1，360°/α°)，rmax、rmin分别是该截面测到的半径最大值、最小值。
本发明进一步设置为：根据步骤(6)的操作步骤，因激光传感器测量范围限制，测量时会出现偏心，故对测头运行需加入一个X轴Y轴的补偿，使得测头的传感器回转中心在自转的同时沿测头轨迹运动，完成对孔的测量。
本发明具有下述优点：通过两个转台及一个激光控制器、一个棱镜组成的测头结构，围绕本测头提出了相应的测量方法，较好解决了一个零件有多个圆孔并每个圆孔都不在同一平面上的测量难题，满足了企业产品批量生产的检测要求。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的俯视图；
图3为本发明的测量原理示意图；
图4为本发明的测量过程示意图。
图中：1、伺服电机一；2、减速机一；3、转盘一；4、法兰一；5、伺服电机二；6、减速机二；7、转盘二；8、法兰二；9、连接法兰；10、激光控制器；11、棱镜；12、支架一；13、支架二；14、连接板。
具体实施方式
参照图1至2所示，本实施例的一种测量内圆孔数据的测头结构，包括连接板14、转台一、转台二和激光系统，所述转台二通过连接板14与测量设备的机身连接，转台二的转动端与转台一连接，转台一的转动端与激光系统连接。
所述转台一包括伺服电机一1、减速机一2、转盘一3和法兰一4，伺服电机一1与减速机一2配合连接，转盘一3与减速机一2的输出端联动，法兰一4与转盘一3连接，激光系统安装在法兰一4上。
所述转台二包括伺服电机二5、减速机二6、转盘二7和法兰二8，伺服电机二5与减速机二6配合连接，转盘二7与减速机二6的输出端联动，法兰二8设置在转盘二7与减速机二6之间，所述连接板14一端与法兰二8固定连接，连接板14另一端与测量设备的机身连接。
所述转盘二7与减速机一2之间设置有连接法兰9，通过连接法兰9连接转台一与转台二。
所述激光系统包括激光控制器10、棱镜11、支架一12和支架二13，所述支架一12与法兰一4连接，激光控制器10安装在支架一12上，且激光控制器10位移支架一12上靠近法兰一4的一端，支架二13安装在支架一12远离法兰一4的一端，棱镜11安装在支架二13上，且棱镜11对应于激光控制器10的激光输出端口设置。
通过采用上述技术方案，激光控制器10发出的激光经棱镜11转变90°输出。转台二带动转台一旋转，转台一以未经棱镜11的激光束为轴线带动激光器系统旋转，转台二的旋转轴线与转台一的轴线垂直。
如图3至4所示，一种测量内圆孔数据的测头结构的测量方法，其步骤为：
(1)确定基准面，建立坐标，根据待测零件的三维模型，预先计算出各圆孔的圆心坐标及该圆孔面相对基准面的角度β；
(2)根据圆孔面相对基准面的角度β，控制转台二转过相对应的角度，使激光测头射出未经棱镜变向前的激光束与圆孔面垂直；
(3)根据待测圆孔的坐标，将激光测头移动到待测圆孔上方，射出未经棱镜变向前的激光束与待测圆孔的轴线重合；
(4)在z轴方向将待检测零件圆孔按要求划分m个截面，截面相互间距离h/m，h待检测零件圆孔的深度；
(5)控制激光测头沿待测圆孔轴线垂直向下(z轴)到圆孔底部，然后，控制激光测头在水平方向(x轴)朝圆孔圆周移动一段距离x1，使激光测头到圆孔圆周的距离在激光的测量范围内；
(6)控制转台1旋转，在0°--360°范围内，每隔α°用激光测头采集数据Di，共采集360°/α°个数据，当前截面圆实时半径值ri＝Di+x1，该截面的圆度误差ei＝rmax-rmi，其中i＝(1，360°/α°)，rmax、rmin分别是该截面测到的半径最大值、最小值；
(7)控制激光测头在z轴方向向上移动h/m距离，然后，重复步骤(6)，采集、计算出该截面的半径、圆度误差；
(8)直至完成m个截面数据采集，算出对应截面的半径、圆度误差；
(9)根据采集到的数据处理后，得到待检测零件圆孔的测量半径、圆度误差，其中圆度误差E＝max(ej)(j＝1，m)。
步骤(6)中采集的数据为测头与圆周面的距离值。
步骤(6)中，ri是圆孔半径实时值，该圆孔底部截面的圆度误差ei＝rmax-rmin，其中i＝(1，360°/α°)，rmax、rmin分别是该截面测到的半径最大值、最小值。
根据步骤(6)的操作步骤，因激光传感器测量范围限制，测量时会出现偏心，故对测头运行需加入一个X轴Y轴的补偿，使得测头的传感器回转中心在自转的同时沿测头轨迹运动，完成对孔的测量。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种测量内圆孔数据的测头结构，用于测量具有多个内圆孔且多个内圆孔不在同一平面上的待测零件的多个内圆孔，其特征在于：包括连接板、转台一、转台二和激光系统，所述转台二通过连接板与测量设备的机身连接，转台二的转动端与转台一连接，转台一的转动端与激光系统连接，
所述转台一包括伺服电机一、减速机一、转盘一和法兰一，伺服电机一与减速机一配合连接，转盘一与减速机一的输出端联动，法兰一与转盘一连接，激光系统安装在法兰一上，
所述转台二包括伺服电机二、减速机二、转盘二和法兰二，伺服电机二与减速机二配合连接，转盘二与减速机二的输出端联动，法兰二设置在转盘二与减速机二之间，所述连接板一端与法兰二固定连接，连接板另一端与测量设备的机身连接，
所述转盘二与减速机一之间设置有连接法兰，通过连接法兰连接转台一与转台二，
所述激光系统包括激光控制器、棱镜、支架一和支架二，所述支架一与法兰一连接，激光控制器安装在支架一上，且激光控制器位于支架一上靠近法兰一的一端，支架二安装在支架一远离法兰一的一端，棱镜安装在支架二上，且棱镜对应于激光控制器的激光束输出端口设置，实现激光束经棱镜转变90°输出；
转台二带动转台一旋转，转台一以未经棱镜的激光束为轴线带动激光系统旋转，转台二的旋转轴线与转台一的旋转轴线垂直；
利用上述测量内圆孔数据的测头结构进行测量的步骤为：
(1)确定基准面，建立坐标，根据待测零件的三维模型，预先计算出各个内圆孔的圆心坐标及内圆孔面相对基准面的角度；
(2)根据内圆孔面相对基准面的角度，控制转台二转过相对应的角度，使激光控制器射出未经棱镜变向前的激光束与内圆孔面垂直；
(3)根据待测内圆孔的圆心坐标，将所述测头结构移动到待测内圆孔上方，射出未经棱镜变向前的激光束与待测内圆孔的轴线重合；
(4)在z轴方向将待测内圆孔按要求划分m个截面，m个截面相互间距离h/m，h为待测内圆孔的深度，z轴为待测内圆孔轴线垂直向下；
(5)控制所述测头结构沿z轴到待测内圆孔底部，然后，控制所述测头结构在水平方向x轴朝圆孔圆周移动一段距离x1，使所述测头结构到待测内圆孔圆周的距离在激光系统的测量距离范围内；
(6)控制转台一旋转，在0°--360°范围内，每隔a°用所述测头结构采集数据Di，共采集360°/α°个数据，当前截面实时半径值ri＝Di+x1，该截面的圆度误差ej＝rmax-rmin，其中i＝1，2，......，360°/α°，rmax、rmin分别是该截面测到的半径最大值、最小值；
(7)控制所述测头结构在z轴方向向上移动h/m距离，然后，重复步骤(6)，采集数据，计算出对应截面的半径、圆度误差；直至完成m个截面数据采集，算出m个截面的半径、圆度误差；
(8)对采集到的m个截面数据处理，得到待测内圆孔的半径、圆度误差，其中圆度误差为E＝max(ej)，j＝1，2，……，m。
2.根据权利要求1所述的一种测量内圆孔数据的测头结构，其特征在于：根据步骤(6)的操作步骤，因激光控制器测量范围限制，测量时会出现偏心，故对测头结构运行加入一个X轴Y轴的补偿，使得测头结构的激光控制器回转中心在自转的同时沿测头结构轨迹运动，完成对孔的测量。
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