CN110186400A - 摩擦焊接同轴度精度检测装置及其检测方法 - Google Patents

摩擦焊接同轴度精度检测装置及其检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明是一摩擦焊接同轴度精度检测装置及其检测方法。本发明适用于对摩擦焊接工件同轴度要求较高的领域，分别定义第四伺服电机16，第二伺服电机12，第三伺服电机13为X方向、Y方向和Z方向的伺服电机，主轴激光测距仪3和尾座激光测距仪4可在X方向、Y方向和Z方向的伺服电机的拖动下，坐标系里进行移动，其实际位置的坐标值可由三个伺服电机实时读出。根据主轴激光测距仪3和尾座激光测距仪4在坐标系的坐标值和激光测测距仪测出的数据便可确定主轴工件的圆心坐标值和尾座工件的圆心坐标值。

Description

摩擦焊接同轴度精度检测装置及其检测方法
技术领域
本发明涉及一摩擦焊接同轴度精度检测装置及其检测方法。
背景技术
摩擦焊，是指利用工件接触面摩擦产生的热量为热源，使工件在压力作用下产生塑性变形而进行焊接的方法，在航空、航天、汽车、船舶、石油化工、工程机械等领域具有广泛的工程应用。由于摩擦焊机精度及刚度、夹具精度及刚度、工件尺寸精度及材料特性等因素的影响，主轴工件和尾座工件装夹到焊机主轴夹具和尾座夹具上，两个工件之间存在一定的同轴度精度偏差。同轴度精度偏差对工件焊后精度具有重要影响，尤其是对焊后同轴度精度要求高的航空、航天零部件，较大的焊前同轴度精度偏差将直接导致产品质量问题。通过对摩擦焊接工件进行焊前同轴度精度检测，对提高摩擦焊接精度并确保工程部件的焊接质量具有决定性意义。
目前，同轴度检测方法多为百分表检测，无专用检测仪装置。百分表检测也会存在一定的误差，而且如果检测大的工件时非常费时费力，不能实现对被焊工件的焊前同轴度精度进行精确测量。
发明内容
本发明是一摩擦焊接同轴度精度检测装置，实现对摩擦焊接主轴工件和尾座工件的焊前同轴度精度检测。本发明采用如下的技术方案：一种摩擦焊接同轴度精度检测装置，其特征是：由主轴工件1，尾座工件2，主轴激光测距仪3，尾座激光测距仪4，第一连接臂5，第二连接臂6，第一滑块7，第一伺服电机8，第一滚珠丝杠9，第二滚珠丝杠10，传动轴11，第二伺服电机12，第三伺服电机13，第二滑块14，倾角传感器15，第四伺服电机16，第三滚珠丝杠17和第三滑块18构成：主轴工件1和尾座工件2由卡盘固定在摩擦焊机床身上；主轴激光测距仪3通过机械连接方式安装在第一连接臂5上，尾座激光测距仪4通过机械连接方式安装在第二连接臂6上；第一伺服电机8通过传动轴11与第一连接臂5和第二连接臂6连接，并且他们都安装在第一滑块7上，第一滑块7配装在第一滚珠丝杠9上，第一滚珠丝杠9可由第二伺服电机12驱动旋转；第二伺服电机12和第一滚珠丝杠9都安装在第二滑块14上，第二滑块14安装在第二滚珠丝杠10上，第二滚珠丝杠10可由第三伺服电机13驱动旋转；第二滚珠丝杠10和第三伺服电机13都安装在第三滑块18上，第三滑块18安装在第三滚珠丝杠17上，第三滚珠丝杠17可由第四伺服电机16驱动旋转，倾角传感器15安装在第一连接臂5上。
一种摩擦焊接同轴度精度检测方法，定义第四伺服电机16、第二伺服电机12以及第三伺服电机13都在原点的位置为坐标系的坐标原点；调整第一伺服电机8，通过倾角传感器15的读数可确定主轴激光测距仪3和尾座激光测距仪4在水平和竖直方向的位置；把主轴激光测距仪3调整到在竖直方向后，再由第四伺服电机16、第二伺服电机12以及第三伺服电机13带动在X轴方向移动，使主轴激光测距仪3沿X轴从主轴径向方向扫描通过；然后把第一伺服电机8旋转90度，把主轴激光测距仪3调整到在水平方向后，再由第四伺服电机16、第二伺服电机12以及第三伺服电机13带动在Y轴方向移动，使主轴激光测距仪3沿Y轴从主轴径向方向扫描通过；然后再用同样的方式让尾座激光测距仪4扫描尾座工件；当主轴激光测距仪3沿X轴方向扫描主轴工件时，实时采集激光测距仪的数据进行比较，当采集到最小的数值时，此时激光测距仪通过主轴工件的圆心，此时记录下X轴方向的坐标值，即为主轴工件圆心在X轴方向的坐标值。当主轴激光测距仪3沿Y轴方向扫描主轴工件时，实时采集激光测距仪的数据进行比较，当采集到最小的数值时，此时激光测距仪通过主轴工件的圆心，此时记录下Y轴方向的坐标值，即为主轴工件圆心在Y轴方向的坐标值；当尾座激光测距仪4沿X轴方向扫描尾座工件时，实时采集激光测距仪的数据进行比较，当采集到最小的数值时，此时尾座激光测距仪4通过尾座工件的圆心，此时记录下X轴方向的坐标值，即为尾座工件圆心在X轴方向的坐标值；当尾座激光测距仪4沿Y轴方向扫描尾座工件时，实时采集激光测距仪的数据进行比较，当采集到最小的数值时，此时激光测距仪通过尾座工件的圆心，此时记录下Y轴方向的坐标值，即为尾座工件圆心在Y轴方向的坐标值；在分别确定了主轴工件和尾座工件的圆心坐标后，分别对它们的X坐标和Y坐标进行做差计算即可得出两个工件的轴心偏差值。
本发明装置工作原理：
本发明采用激光测距仪对主轴工件和尾座工件的圆心位置进行非接触式测量。主轴激光测距仪3安装在第一连接臂5上，尾座激光测距仪4安装在第二连接臂6上，第一伺服电机8通过传动轴11与第一连接臂5和第二连接臂6连接，可同时拖动第一连接臂5和第二连接臂6旋转；安装在第一连接臂5上的倾角传感器15可保证第一连接臂5和第二连接臂6的倾斜角度，从而保证主轴激光测距仪3和尾座激光测距仪4能分别沿水平和垂直方向进行扫描。在主轴激光测距仪3和尾座激光测距仪4的角度都调整合适后，再在第二伺服电机12、第三伺服电机13和第四伺服电机16的拖动下沿图一所示的X和Y方向对主轴和尾座工件进行扫描移动。
本发明装置技术效果：
采用上述装置方案，可对摩擦焊提供主轴工件和尾座工件同轴度精度进行检测。现在常用的测量主轴工件和尾座工件同轴度的方法是：通过在主轴卡盘上固定一块百分表，百分表表头打在尾座工件上，通过在人工旋转主轴的同时，分别多次读取打在尾座工件上百分表的数值，来进行判断偏差尺寸，由于人工读取百分表数值存在一定的误差，所以多点测量后误差会更大，而且由于主轴惯性很大，人工转动主轴也很费力费时。
本发明通过三个直线运动伺服电机和一个旋转伺服电机带动两个激光测距仪，对主轴工件和尾座工件进行非接触测量，而且只在水平和垂直两个方向行走适当距离即可确定主轴工件和尾座工件的圆心坐标，从而得出主轴工件和尾座工件的偏差值。
本发明方法工作原理：
定义第四伺服电机16、第二伺服电机12以及第三伺服电机13都在原点的位置为图1所示坐标系的坐标原点；根据焊接工件的尺寸，通过调整第四伺服电机16、第二伺服电机12以及第三伺服电机13，使主轴和尾座工件处于激光测距的测量范围内；调整第一伺服电机8，通过倾角传感器15的读数可确定主轴激光测距仪3和尾座激光测距仪4在水平和竖直方向的位置。把主轴激光测距仪3调整到在竖直方向后，再由第四伺服电机16、第二伺服电机12以及第三伺服电机13带动在X轴方向移动，使主轴激光测距仪3沿X轴从主轴径向方向扫描通过，主轴激光测距仪3的运动轨迹如图3所示，实时读取主轴激光测距仪3的数值并做比较，当判断读取到数值最小时记录当前X坐标值，即为主轴工件圆心的X坐标值；然后把第一伺服电机8旋转90度，把主轴激光测距仪3调整到在水平方向后，再由第四伺服电机16、第二伺服电机12以及第三伺服电机13带动在Y轴方向移动，使主轴激光测距仪3沿Y轴从主轴径向方向扫描通过，主轴激光测距仪3的运动轨迹如图4所示，实时读取主轴激光测距仪3的数值并做比较，当判断读取到数值最小时记录当前Y坐标值，即为主轴工件圆心的Y坐标值；以同样的方式扫描尾座工件，找出尾座工件的圆心坐标值。通过比较主轴和尾座圆心的坐标值即可得知主轴工件和尾座工件的同轴度偏差。
本发明方法技术效果：
由于数值是由伺服电机行走位移和激光测距仪测量并由计算机读出，减少了人为读取数据的误差和人为操作误差，可提高了测量精度；而且在整个操作过程中无需转动主轴，只需操作伺服电机运动即可，大大减少了劳动强度，同时也节省了测量时间。
附图说明
图1为本发明的结构主视图。
图2为本发明的结构俯视图。
图3为测距传感器水平运动轨迹图。
图4为测距传感器竖直运动轨迹图。
具体实施方式：
如图2所示，一种摩擦焊接同轴度精度检测装置，由主轴工件1，尾座工件2，主轴激光测距仪3，尾座激光测距仪4，第一连接臂5，第二连接臂6，第一滑块7，第一伺服电机8，第一滚珠丝杠9，第二滚珠丝杠10，传动轴11，第二伺服电机12，第三伺服电机13，第二滑块14，倾角传感器15，第四伺服电机16，第三滚珠丝杠17和第三滑块18构成。
主轴工件1和尾座工件2由卡盘固定在摩擦焊机床身上；主轴激光测距仪3通过机械连接方式安装在第一连接臂5上，尾座激光测距仪4通过机械连接方式安装在第二连接臂6上；第一伺服电机8通过传动轴11与第一连接臂5和第二连接臂6连接，并且他们都安装在第一滑块7上，第一滑块7配装在第一滚珠丝杠9上，第一滚珠丝杠9可由第二伺服电机12驱动旋转；第二伺服电机12和第一滚珠丝杠9安装都安装在第二滑块14上，第二滑块14安装在第二滚珠丝杠10上，第二滚珠丝杠10可由第三伺服电机13驱动旋转；第二滚珠丝杠10和第三伺服电机13都安装在第三滑块18上，第三滑块18安装在第三滚珠丝杠17上，第三滚珠丝杠17可由第四伺服电机16驱动旋转，倾角传感器15安装在第一连接臂5上。
定义第四伺服电机16、第二伺服电机12以及第三伺服电机13都在原点的位置为图1所示坐标系的坐标原点；调整第一伺服电机8，通过倾角传感器15的读数可确定主轴激光测距仪3和尾座激光测距仪4在水平和竖直方向的位置。把主轴激光测距仪3调整到在竖直方向后，再由第四伺服电机16、第二伺服电机12以及第三伺服电机13带动在X轴方向移动，使主轴激光测距仪3沿X轴从主轴径向方向扫描通过，主轴激光测距仪3的运动轨迹如图3所示；然后把第一伺服电机8旋转90度，把主轴激光测距仪3调整到在水平方向后，再由第四伺服电机16、第二伺服电机12以及第三伺服电机13带动在Y轴方向移动，使主轴激光测距仪3沿Y轴从主轴径向方向扫描通过，主轴激光测距仪3的运动轨迹如图4所示；然后再用同样的方式让尾座激光测距仪4扫描尾座工件。
当主轴激光测距仪3沿X轴方向扫描主轴工件时，实时采集激光测距仪的数据进行比较，当采集到最小的数值时，此时激光测距仪通过主轴工件的圆心，此时记录下X轴方向的坐标值，即为主轴工件圆心在X轴方向的坐标值。当主轴激光测距仪3沿Y轴方向扫描主轴工件时，实时采集激光测距仪的数据进行比较，当采集到最小的数值时，此时激光测距仪通过主轴工件的圆心，此时记录下Y轴方向的坐标值，即为主轴工件圆心在Y轴方向的坐标值。
当尾座激光测距仪4沿X轴方向扫描尾座工件时，实时采集激光测距仪的数据进行比较，当采集到最小的数值时，此时激光测距仪通过尾座工件的圆心，此时记录下X轴方向的坐标值，即为尾座工件圆心在X轴方向的坐标值。当尾座激光测距仪4沿Y轴方向扫描尾座工件时，实时采集激光测距仪的数据进行比较，当采集到最小的数值时，此时激光测距仪通过尾座工件的圆心，此时记录下Y轴方向的坐标值，即为尾座工件圆心在Y轴方向的坐标值。
在分别确定了主轴工件和尾座工件的圆心坐标后，分别对它们的X坐标和Y坐标进行做查比较即可得出两个工件的轴心偏差值。

Claims (2)

1.一种摩擦焊接同轴度精度检测装置，其特征是：由主轴工件(1)，尾座工件(2)，主轴激光测距仪(3)，尾座激光测距仪(4)，第一连接臂(5)，第二连接臂(6)，第一滑块(7)，第一伺服电机(8)，第一滚珠丝杠(9)，第二滚珠丝杠(10)，传动轴(11)，第二伺服电机(12)，第三伺服电机(13)，第二滑块(14)，倾角传感器(15)，第四伺服电机(16)，第三滚珠丝杠(17)和第三滑块(18)构成：主轴工件(1)和尾座工件(2)由卡盘固定在摩擦焊机床身上；主轴激光测距仪(3)通过机械连接方式安装在第一连接臂(5)上，尾座激光测距仪(4)通过机械连接方式安装在第二连接臂(6)上；第一伺服电机(8)通过传动轴(11)与第一连接臂(5)和第二连接臂(6)连接，并且他们都安装在第一滑块(7)上，第一滑块(7)配装在第一滚珠丝杠(9)上，第一滚珠丝杠(9)可由第二伺服电机(12)驱动旋转；第二伺服电机(12)和第一滚珠丝杠(9)都安装在第二滑块(14)上，第二滑块(14)安装在第二滚珠丝杠(10)上，第二滚珠丝杠(10)可由第三伺服电机(13)驱动旋转；第二滚珠丝杠(10)和第三伺服电机(13)都安装在第三滑块(18)上，第三滑块(18)安装在第三滚珠丝杠(17)上，第三滚珠丝杠(17)可由第四伺服电机(16)驱动旋转，倾角传感器(15)安装在第一连接臂(5)上。
2.根据权利要求1所述的一种摩擦焊接同轴度精度检测方法，其特征是：定义第四伺服电机(16)、第二伺服电机(12)以及第三伺服电机(13)都在原点的位置为坐标系的坐标原点；调整第一伺服电机(8)，通过倾角传感器(15)的读数可确定主轴激光测距仪(3)和尾座激光测距仪(4)在水平和竖直方向的位置；把主轴激光测距仪(3)调整到在竖直方向后，再由第四伺服电机(16)、第二伺服电机(12)以及第三伺服电机(13)带动在X轴方向移动，使主轴激光测距仪(3)沿X轴从主轴径向方向扫描通过；然后把第一伺服电机(8)旋转90度，把主轴激光测距仪(3)调整到在水平方向后，再由第四伺服电机(16)、第二伺服电机(12)以及第三伺服电机(13)带动在Y轴方向移动，使主轴激光测距仪(3)沿Y轴从主轴径向方向扫描通过；然后再用同样的方式让尾座激光测距仪(4)扫描尾座工件；当主轴激光测距仪(3)沿X轴方向扫描主轴工件时，实时采集激光测距仪的数据进行比较，当采集到最小的数值时，此时激光测距仪通过主轴工件的圆心，此时记录下X轴方向的坐标值，即为主轴工件圆心在X轴方向的坐标值。当主轴激光测距仪(3)沿Y轴方向扫描主轴工件时，实时采集激光测距仪的数据进行比较，当采集到最小的数值时，此时激光测距仪通过主轴工件的圆心，此时记录下Y轴方向的坐标值，即为主轴工件圆心在Y轴方向的坐标值；当尾座激光测距仪(4)沿X轴方向扫描尾座工件时，实时采集激光测距仪的数据进行比较，当采集到最小的数值时，此时尾座激光测距仪(4)通过尾座工件的圆心，此时记录下X轴方向的坐标值，即为尾座工件圆心在X轴方向的坐标值；当尾座激光测距仪(4)沿Y轴方向扫描尾座工件时，实时采集激光测距仪的数据进行比较，当采集到最小的数值时，此时激光测距仪通过尾座工件的圆心，此时记录下Y轴方向的坐标值，即为尾座工件圆心在Y轴方向的坐标值；在分别确定了主轴工件和尾座工件的圆心坐标后，分别对它们的X坐标和Y坐标进行做差计算即可得出两个工件的轴心偏差值。
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