CN110657767A - 一种空间相交孔交点定位测量工具 - Google Patents

Abstract

本发明尤其涉及一种空间相交孔交点定位测量工具，包括滑轨、测量杆、定位件、距离测量组件、反射件和测量探头；测量杆滑动设置在滑轨内，定位件滑动套设在滑轨上，测量杆和定位件的滑动方向一致，滑轨、测量杆和定位件的中心线重合，测量杆与滑轨之间设有第一容栅传感器，定位件和滑轨之间设有第二容栅传感器；定位件和反射件均呈圆台型，定位件和反射件分别设置在相交管道的管道端口处，反射件的小端端面为信号反射面，其中心区域为非反射区，距离测量组件用于测量定位件的小端至其所在管道端口的距离；滑轨的测量端与反射件所在管道的管道内壁接触，测量杆的测量端转动设有测量探头，测量探头上设有角度传感器、信号发射器和信号接收器。

Description

一种空间相交孔交点定位测量工具

技术领域

本发明属于管道测量工具技术领域，尤其涉及一种空间相交孔交点定位测量工具。

背景技术

空间相交管道是常见的广泛应用于机械装置以及管道设计中的结构，由于其功能需要，使其结构往往有两个或两个以上管状结构相交组成，同时各管状结构之间所形成的夹角以及空腔内部结构的几何交点到相关特征的距离则是需要保证的重要参数，此类数据往往与构件的功能直接相关，因此是检验产品满足功能需求的重要指标和参考数据。

由于该构件的结构特殊，其关键特征在管状结构内部，所以测量时借助传统的工具往往难以测得，如内部交点，其实为虚拟点，但是作为确定此类零件内部尺寸的重要特证点，其定位与测量都是十分重要，但又由于其特殊性，往往难以测得。常见的传统测量方法是：如图1所示的减速箱体由双管空间相交构成，从交点O到台阶面的尺寸为24.01mm偏差为0.03mm为重要尺寸，需要检测控制，为此设计的传统的专用检测工具，其包括底座1、对表环规2、螺钉3、止动销4、定位心轴5和量表组件6，在该检具当中，将无法通过减速箱体的其它部位来体现空间交点O转移到定位心轴5上，从而用定位心轴5上的表面作为测量基面，定位心轴5的结构和尺寸，如图3所示，以定位心轴5的B面为基准确定C面，C面距离B面为34.19mm，C面与轴线的交点为D点，当减速箱体装在定位心轴5上时，减速箱体的A面与定位心轴5的B面接触，从而D点与O点重合，F面就可以作测量基面，利用该测量基面就可以测量出目标尺寸，也就是定位心轴5上尺寸E加上对表环规的高度尺寸G就是目标尺寸。

由上述内容可知，传统的专用检测工具存在以下缺陷：

(1)需要定做专用定位心轴，当所测量的工件如果内径不满足定位心轴的尺寸规格，则需要重行进行定位心轴的制作来满足不同的工件尺寸，通用性较差。

(2)采用的接触式测量，由于检测工具本身的误差累计，将影响最终的测量结果，从而导致测量结果的精度下降。

(3)由于是机械式测量，读取数据任然需要依靠人工读取，在读取数据时，过程较为复杂，同时人工读取数据也存在读书误差，从而降低数据准确性和精度。

(4)功能较为单一，只能用来测量双管交叉机构，且只可用于相交点到管口端面的测量，因此功能单一，且拓展应用空间较小。

发明内容

为解决现有技术存在的空间相交管道的各管状结构之间所形成的夹角以及空腔内部结构的几何交点到相关特征的距离难以测得的问题，本发明提供一种空间相交孔交点定位测量工具。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下，一种空间相交孔交点定位测量工具，包括滑轨、测量杆、定位件、距离测量组件、反射件、测量探头和控制电路模块；

所述测量杆滑动设置在滑轨内，所述定位件滑动套设在滑轨上，且所述测量杆和定位件的滑动方向一致，所述滑轨、测量杆和定位件的中心线重合，所述测量杆与滑轨之间设置有第一容栅传感器，所述定位件和滑轨之间设置有第二容栅传感器；

所述定位件和反射件均呈圆台型，所述定位件和反射件分别位于相交管道的管道端口处配合定位，所述反射件的小端端面为信号反射面，其中心区域为非反射区，所述距离测量组件用于测量定位件的小端至其所在管道端口的距离；

所述滑轨的测量端与反射件所在管道的管道内壁接触，所述测量杆的测量端转动设置有测量探头，所述测量探头由驱动组件驱动转动，所述测量探头的转动轴线与反射件的轴线相垂直，所述测量探头上设置有角度传感器，所述测量探头上沿其轴线方向设置有信号发射器和信号接收器，所述信号发射器用于发射信号至信号反射面，所述信号接收器用于接收信号反射面反射的信号；

所述驱动组件、第一容栅传感器、第二容栅传感器、角度传感器、信号发射器和信号接收器均与控制电路模块电连接。

作为优选，所述距离测量组件包括固定座和滑杆，所述滑杆的表面沿其轴向刻设有刻度，所述固定座固定设置在定位件的大端，所述定位件的外壁上沿其轴线方向贯穿有容纳槽，所述滑杆滑动穿过固定座和容纳槽，所述滑杆的滑动方向与定位件的轴线方向一致，所述滑杆的两端分别固定设置有端盖和限位块，所述固定座和限位块之间设置有弹簧，当所述定位件与管道端口配合定位时，所述限位块与管道端面接触，所述弹簧处于压缩状态。滑杆的一端安装端盖，用于防止滑杆脱离固定座；当处于非测量状态时，受弹簧弹力作用滑杆向下移动，直到端盖与固定座接触，当测量零件的相交管道时，定位件与管道端口配合定位，同时限位块与管道端面接触，弹簧处于压缩状态，读取滑杆上的数值，得出定位件的小端至其所在管道端口的距离；距离测量组件结构简单可靠，设计巧妙，便于操作。

作为优选，所述第一容栅传感器包括第一定栅和第一动栅，所述第一定栅固定设置在滑轨上，所述第一动栅固定设置在测量杆上；所述第二容栅传感器包括第二定栅和第二动栅，所述第二定栅固定设置在滑轨上，所述第二动栅固定设置在定位件上。利用第一容栅传感器测量测量杆的移动距离，利用第二容栅传感器测量定位件的移动距离，利用容栅传感器原理进行测量，为成熟的测量方法，数据采集后传递给控制电路模块进行后续运算处理。

作为优选，所述驱动组件包括电动机和齿轮减速机构，所述电动机固定设置在测量杆上，所述测量探头通过连接轴转动设置在测量杆上，所述电动机的输出端与齿轮减速机构的输入端传动连接，所述齿轮减速机构的输出端与连接轴传动连接。当电动机转动时，电动机的输出速度经过齿轮减速机构减速，以较慢的速度带动测量探头转动，提高该测量工具的测量稳定性和测量精度。

作为优选，所述齿轮减速机构包括相互啮合的小齿轮和大齿轮，所述小齿轮与电动机的输出端传动连接，所述大齿轮与连接轴传动连接。

进一步地，所述滑轨包括横梁和位于横梁两侧的侧板，所述横梁上开设有供测量杆滑动穿过的通孔，所述侧板上开设有燕尾槽，所述测量杆上固定设置有与燕尾槽配合的燕尾滑块。滑轨设置成对称结构，再配合燕尾滑槽和燕尾滑块，保证测量杆滑动的稳定性和方向精度。

进一步地，所述侧板的测量端端部呈圆弧形。其与被测零件的管道内壁相切接触，又由于两个侧板成对称结构，在接触管道内壁时可实现自动对心，从而实现整个测量装置的定位。

进一步地，所述滑轨的操作端两侧设置有侧耳握把，所述测量杆的操作端设置有环形把手，所述环形把手上设置有角度测量按钮和距离测量按钮，所述角度测量按钮和距离测量按钮均与控制电路模块电连接。环形把手和侧耳握把的设置便于操作该测量工具。

进一步地，所述侧板的测量端设置有限位片，所述限位片用于限位测量杆。有效防止测量杆超行程运行。

进一步地，所述非反射区呈曲面，所述非反射区的半径为6mm。当信号发射器发射信号至非反射区时，曲面会将信号远离信号接收器反射，反射信号无法被信号接收器采集；非反射区呈曲面的设置，结构简单可靠，设计巧妙。

有益效果：

(1)本发明的空间相交孔交点定位测量工具，测量迅速，精度较高；本发明采用光线反射原理记录工件结构特征，反应灵敏，速度快，采用高精度传感器可以精确的记录相关角度、距离信息，完成测量。

(2)本发明的空间相交孔交点定位测量工具，适用性强，可针对不同口径空间相交管道测量，有别与传统的测量工具，在测量过程中需要定做专用的辅助量规或者其他工具以适应不同尺寸规格的工件，本发明具有一定通用性，可以根据定位件以及反射件的实际尺寸测量一定范围内的不同尺寸的工件，对于超出定位件以及反射件尺寸范围的工件，本发明也可通过更换定位件以及反射件来满足测量需求。

(3)本发明的空间相交孔交点定位测量工具，具有一定拓展应用；与传统的测量工具只能针对双孔结构测量，而无法应对多孔测量，本发明由于采用光线反射原理而非触碰式测量，因此在使用过程中可根据需求灵活运用该测量工具，从而实现对多相交孔结构的测量，使本发明的使用范围进一步扩大。

(4)本发明的空间相交孔交点定位测量工具，可测量角度；传统测量工件只局限于对关键的点的定位测量，而本发明在结合的了角度传感器和光线反射原理后可以实现对相交管道互相形成的角度测量，从而丰富本发明的功能，扩大应用范围。

(5)本发明的空间相交孔交点定位测量工具，测量快速，操作便捷；本发明结合了单片机控制技术，利用角度传感器，容栅传感器以及光线反射原理进行数据采集，利用控制电路模块分析，处理，从而实现数据的快速精确测量，提高了测量精度，简化的测量过程，降低了测量成本，操作便捷，易于掌握，适合推广使用。

附图说明

图1是背景技术的减速箱体的剖视示意图；

图2是背景技术的减速箱体测量状态时的剖视示意图；

图3是背景技术的定位心轴的结构示意图；

图4是本发明空间相交孔交点定位测量工具的立体结构示意图；

图5是本发明空间相交孔交点定位测量工具的另一角度立体结构示意图；

图6是图5中待测零件未示意时的立体结构示意图；

图7是图6中A的局部放大示意图；

图8是本发明空间相交孔交点定位测量工具的定位件和距离测量组件的爆炸示意图；

图9是本发明空间相交孔交点定位测量工具的滑轨的立体结构示意图；

图10是本发明空间相交孔交点定位测量工具的测量杆的立体结构示意图；

图11是本发明空间相交孔交点定位测量工具的测量杆的另一角度立体结构示意图；

图12是图11中B的局部放大示意图；

图13是本发明空间相交孔交点定位测量工具的主视局部放大示意图；

图14是本发明空间相交孔交点定位测量工具的后视局部放大示意图；

图15是本发明空间相交孔交点定位测量工具的测量状态示意图；

图1～图3中，背景技术：1、底座，2、对表环规，3、螺钉，4、止动销，5、定位心轴，6、量表组件；

图4～图15中，本发明：1、滑轨，1-1、横梁，1-2、通孔，1-3、侧板，1-4、燕尾槽，1-5、侧耳握把，1-6、限位片，2、测量杆，2-1、燕尾滑块，2-2、环形把手，2-3、角度测量按钮，2-4、距离测量按钮，2-5、显示屏，3、定位件，3-1、容纳槽，4、距离测量组件，4-1、固定座，4-2、滑杆，4-3、端盖，4-4、限位块，4-5、弹簧，5、反射件，5-1、信号反射面，5-2、非反射区，6、测量探头，7、控制电路模块，8-1、电动机，8-2、齿轮减速机构，8-2-1、小齿轮，8-2-2、大齿轮，8-3、连接轴，9、第一容栅传感器，9-1、第一定栅，9-2、第一动栅，10、第二容栅传感器，10-1、第二定栅，10-2、第二动栅，11、角度传感器，12、信号发射器，13、信号接收器，14、待测零件。

具体实施方式

实施例

如图4～14所示，一种空间相交孔交点定位测量工具，包括滑轨1、测量杆2、定位件3、距离测量组件4、反射件5、测量探头6和控制电路模块7；本实例的待测零件14为空间相交的双管道零件；所述测量杆2滑动设置在滑轨1内，所述定位件3滑动套设在滑轨1上，且所述测量杆2和定位件3的滑动方向一致，所述滑轨1、测量杆2和定位件3的中心线重合，所述测量杆2与滑轨1之间设置有第一容栅传感器9，所述定位件3和滑轨1之间设置有第二容栅传感器10；具体地，所述第一容栅传感器9包括第一定栅9-1和第一动栅9-2，所述第一定栅9-1固定设置在滑轨1上，所述第一动栅9-2固定设置在测量杆2上；所述第二容栅传感器10包括第二定栅10-1和第二动栅10-2，所述第二定栅10-1固定设置在滑轨1上，所述第二动栅10-2固定设置在定位件3上；

如图4～8所示，所述定位件3和反射件5均呈圆台型，以扩大定位件3和反射件5的适用范围，所述定位件3和反射件5分别位于相交管道的管道端口处配合定位，所述反射件5的小端端面为信号反射面5-1，其中心区域为非反射区5-2，所述非反射区5-2呈曲面，所述非反射区5-2的半径为6mm，所述距离测量组件4用于测量定位件3的小端至其所在管道端口的距离；

如图10～15所示，所述滑轨1的测量端与反射件5所在管道的管道内壁接触，所述测量杆2的测量端转动设置有测量探头6，测量探头6呈圆柱形，所述测量探头6由驱动组件驱动转动，所述测量探头6的转动轴线与反射件5的轴线相垂直，所述测量探头6上设置有角度传感器11，所述测量探头6上沿其轴线方向设置有信号发射器12和信号接收器13，所述信号发射器12用于发射红外线信号至信号反射面5-1，所述信号接收器13用于接收信号反射面5-1反射的红外线信号；

所述驱动组件、第一容栅传感器9、第二容栅传感器10、角度传感器11、信号发射器12和信号接收器13均与控制电路模块7电连接。

如图7和图8所示，为了便于测量定位件3的小端至其所在管道端口的距离，所述距离测量组件4包括固定座4-1和滑杆4-2，所述滑杆4-2的表面沿其轴向刻设有刻度，所述固定座4-1固定设置在定位件3的大端，所述定位件3的外壁上沿其轴线方向贯穿有容纳槽3-1，所述滑杆4-2滑动穿过固定座4-1和容纳槽3-1，所述滑杆4-2的滑动方向与定位件3的轴线方向一致，所述滑杆4-2的两端分别固定设置有端盖4-3和限位块4-4，所述固定座4-1和限位块4-4之间设置有弹簧4-5，当所述定位件3与管道端口配合定位时，所述限位块4-4与管道端面接触，所述弹簧4-5处于压缩状态。

如图12和13所示，所述驱动组件包括电动机8-1和齿轮减速机构8-2，所述电动机8-1固定设置在测量杆2上，所述测量探头6通过连接轴8-3转动设置在测量杆2上，角度传感器11固定设置在连接轴8-3上，所述电动机8-1的输出端与齿轮减速机构8-2的输入端传动连接，所述齿轮减速机构8-2的输出端与连接轴8-3传动连接；具体地，所述齿轮减速机构8-2包括相互啮合的小齿轮8-2-1和大齿轮8-2-2，所述小齿轮8-2-1与电动机8-1的输出端传动连接，所述大齿轮8-2-2与连接轴8-3传动连接。

如图9和10所示，为了提高测量杆2滑动的方向精度，所述滑轨1包括横梁1-1和位于横梁1-1两侧的侧板1-3，所述横梁1-1上开设有供测量杆2滑动穿过的通孔1-2，所述侧板1-3上开设有燕尾槽1-4，所述测量杆2上固定设置有与燕尾槽1-4配合的燕尾滑块2-1；所述侧板1-3的测量端设置有限位片1-6，所述限位片1-6用于限位测量杆2防止测量杆2超行程运行；为了便于滑轨1与管道内壁接触实现自动对心，所述侧板1-3的测量端端部呈圆弧形。

为了便于操作，所述滑轨1的操作端两侧设置有侧耳握把1-5，所述测量杆2的操作端设置有环形把手2-2，所述环形把手2-2上设置有角度测量按钮2-3和距离测量按钮2-4，所述角度测量按钮2-3和距离测量按钮2-4均与控制电路模块7电连接；测量杆2上设置有显示屏2-5，显示屏2-5与控制电路模块7电连接。

如图15所示，工作原理如下：

1)、首先将反射件5置于待测零件14的第一个管道的端口处定位住，此时反射件5的信号反射面5-1朝向第一个管道的内部；

2)、手持滑轨1的侧耳握把1-5，将该测量工具从与第一个管道相交的第二个管道的端口插入，直至滑轨1的圆弧形端部与第一个管道的内壁接触；

3)、沿滑轨1滑动定位件3，直至定位件3与第二个管道的端口配合定位住，此时限位块4-4与第二个管道的端面接触，弹簧4-5处于压缩状态，读取滑杆4-2上的数值，得出定位件3的小端至第二个管道端口的距离S3；同时，第二动栅10-2与第二定栅10-1配合，并在显示屏2-5上显示定位件3的小端至测量杆2顶部原点的距离S2；

4)、按下角度测量按钮2-3，此时测量杆2的测量端与限位片1-6接触，测量探头6在电动机8-1的驱动下转动，同时角度传感器11、信号发射器12和信号接收器13工作，当测量探头6转动到合适角度，信号接收器13采集到信号反射面5-1反射的红外线信号时，此时证明信号发射器12和信号接收器13均垂直与信号反射面5-1，即其平行于第一个管道的轴线，通过计算在显示屏2-5上显示相交的第一个管道和第二个管道的夹角A；

5)、第一个管道和第二个管道的夹角A确定后，电动机8-1停止转动，此时信号发射器12和信号接收器13均保持垂直于信号反射面5-1的状态；再沿滑轨1向上平移测量杆2，测量杆2带动测量探头6、信号发射器12和信号接收器13向上平移，此时反射光线沿第一个管道的中心面移动，信号发射器12不断向信号反射面5-1发射红外线信号，信号接收器13不断接收信号反射面5-1反射的红外线信号，当红外线信号进入非反射区5-2时，由于非反射区5-2呈曲面，曲面会将红外线信号远离信号接收器13反射，红外线反射信号无法被信号接收器13采集，此时记录该标记点至测量杆2顶部原点的距离，继续移动测量杆2，当红外线信号离开非反射区5-2后，信号接收器13再次采集红外线反射信号，此时记该录标记点至测量杆2顶部原点的距离，求两次标记点至测量杆2顶部原点的平均距离，即得相交的第一个管道和第二个管道的交点至测量杆2顶部原点的距离S1，并在显示屏2-5上显示；

6)、综上所述，第一个管道和第二个管道相交点距离第二个管道端口的距离为S＝S1-S2+S3。

Claims (10)

1.一种空间相交孔交点定位测量工具，其特征在于：包括滑轨(1)、测量杆(2)、定位件(3)、距离测量组件(4)、反射件(5)、测量探头(6)和控制电路模块(7)；

所述测量杆(2)滑动设置在滑轨(1)内，所述定位件(3)滑动套设在滑轨(1)上，且所述测量杆(2)和定位件(3)的滑动方向一致，所述滑轨(1)、测量杆(2)和定位件(3)的中心线重合，所述测量杆(2)与滑轨(1)之间设置有第一容栅传感器(9)，所述定位件(3)和滑轨(1)之间设置有第二容栅传感器(10)；

所述定位件(3)和反射件(5)均呈圆台型，所述定位件(3)和反射件(5)分别位于相交管道的管道端口处配合定位，所述反射件(5)的小端端面为信号反射面(5-1)，其中心区域为非反射区(5-2)，所述距离测量组件(4)用于测量定位件(3)的小端至其所在管道端口的距离；

所述滑轨(1)的测量端与反射件(5)所在管道的管道内壁接触，所述测量杆(2)的测量端转动设置有测量探头(6)，所述测量探头(6)由驱动组件驱动转动，所述测量探头(6)的转动轴线与反射件(5)的轴线相垂直，所述测量探头(6)上设置有角度传感器(11)，所述测量探头(6)上沿其轴线方向设置有信号发射器(12)和信号接收器(13)，所述信号发射器(12)用于发射信号至信号反射面(5-1)，所述信号接收器(13)用于接收信号反射面(5-1)反射的信号；

所述驱动组件、第一容栅传感器(9)、第二容栅传感器(10)、角度传感器(11)、信号发射器(12)和信号接收器(13)均与控制电路模块(7)电连接。

2.根据权利要求1所述的空间相交孔交点定位测量工具，其特征在于：所述距离测量组件(4)包括固定座(4-1)和滑杆(4-2)，所述滑杆(4-2)的表面沿其轴向刻设有刻度，所述固定座(4-1)固定设置在定位件(3)的大端，所述定位件(3)的外壁上沿其轴线方向贯穿有容纳槽(3-1)，所述滑杆(4-2)滑动穿过固定座(4-1)和容纳槽(3-1)，所述滑杆(4-2)的滑动方向与定位件(3)的轴线方向一致，所述滑杆(4-2)的两端分别固定设置有端盖(4-3)和限位块(4-4)，所述固定座(4-1)和限位块(4-4)之间设置有弹簧(4-5)，当所述定位件(3)与管道端口配合定位时，所述限位块(4-4)与管道端面接触，所述弹簧(4-5)处于压缩状态。

3.根据权利要求1或2所述的空间相交孔交点定位测量工具，其特征在于：所述第一容栅传感器(9)包括第一定栅(9-1)和第一动栅(9-2)，所述第一定栅(9-1)固定设置在滑轨(1)上，所述第一动栅(9-2)固定设置在测量杆(2)上；所述第二容栅传感器(10)包括第二定栅(10-1)和第二动栅(10-2)，所述第二定栅(10-1)固定设置在滑轨(1)上，所述第二动栅(10-2)固定设置在定位件(3)上。

4.根据权利要求1所述的空间相交孔交点定位测量工具，其特征在于：所述驱动组件包括电动机(8-1)和齿轮减速机构(8-2)，所述电动机(8-1)固定设置在测量杆(2)上，所述测量探头(6)通过连接轴(8-3)转动设置在测量杆(2)上，所述电动机(8-1)的输出端与齿轮减速机构(8-2)的输入端传动连接，所述齿轮减速机构(8-2)的输出端与连接轴(8-3)传动连接。

5.根据权利要求4所述的空间相交孔交点定位测量工具，其特征在于：所述齿轮减速机构(8-2)包括相互啮合的小齿轮(8-2-1)和大齿轮(8-2-2)，所述小齿轮(8-2-1)与电动机(8-1)的输出端传动连接，所述大齿轮(8-2-2)与连接轴(8-3)传动连接。

6.根据权利要求1所述的空间相交孔交点定位测量工具，其特征在于：所述滑轨(1)包括横梁(1-1)和位于横梁(1-1)两侧的侧板(1-3)，所述横梁(1-1)上开设有供测量杆(2)滑动穿过的通孔(1-2)，所述侧板(1-3)上开设有燕尾槽(1-4)，所述测量杆(2)上固定设置有与燕尾槽(1-4)配合的燕尾滑块(2-1)。

7.根据权利要求6所述的空间相交孔交点定位测量工具，其特征在于：所述侧板(1-3)的测量端端部呈圆弧形。

8.根据权利要求6或7所述的空间相交孔交点定位测量工具，其特征在于：所述滑轨(1)的操作端两侧设置有侧耳握把(1-5)，所述测量杆(2)的操作端设置有环形把手(2-2)，所述环形把手(2-2)上设置有角度测量按钮(2-3)和距离测量按钮(2-4)，所述角度测量按钮(2-3)和距离测量按钮(2-4)均与控制电路模块(7)电连接。

9.根据权利要求6或7所述的空间相交孔交点定位测量工具，其特征在于：所述侧板(1-3)的测量端设置有限位片(1-6)，所述限位片(1-6)用于限位测量杆(2)。

10.根据权利要求1所述的空间相交孔交点定位测量工具，其特征在于：所述非反射区(5-2)呈曲面，所述非反射区(5-2)的半径为6mm。

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