CN110749271B - 一种无线形位测量装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无线形位测量装置，包括上位机和下位机，所述下位机包括弹簧顶针、第一旋转变阻器、第二旋转变阻器；所述弹簧顶针的顶端与第二旋转变阻器啮合，且中部通过齿条与第一旋转变阻器啮合。在测量时，将测量装置的弹簧顶针压在待测量表面，测量顶针在零件待测表面产生相对滑动；此过程中，位移测量模块测量的弹簧顶针的位移和角度，通过无线发射接收器发送到上位机后，即可拟合得到弹簧顶针经过的零件表面的形位，实现相应零件表面的形位测量。所述弹簧顶针具备轴向弹性，可以应用于多类机床，实现复杂工况的零件表面形位的连续高效测量；本发明具备应用范围广、连续测量效率高的优势。

Description

一种无线形位测量装置
技术领域
本发明属于检验检测的技术领域，具体涉及一种无线形位测量装置。
背景技术
机械加工过程中，尤其是自动化的数控加工过程中，一方面为了保证零件的装夹定位的准确，另一方面为了保证零件加工表面的状态检测以及时对加工状态进行调整，一般需要在装夹定位和完成零件的部分加工后对零件表面的形位进行测量。传统的形位测量工具包括非自动化的杠杆表、百分表。这些量具在使用的过程中需要大量的人工参与难以实现自动化，且由于需要人工进入机床查看测量状态还存在一定的安全风险。
为了解决这一问题，目前使用集成在数控机床上的探头对待测量表面取点测量，再对这些点进行拟合得到相关表面的形位。然而探头也存在较大的局限：由于探头尖端一般是红宝石等精贵材料，一方面昂贵，另一方面也容易受到机床上切削、切削液的损伤和腐蚀；由于探头一般不具备轴向的弹性，在测量时为了避免碰撞损伤只能使用靠近、贴合、远离的反复过程进行逐点测量，测量过程耗时长、测量效率极低；最后，探头需要数控机床有相应的标准接口，不能用于非数控、无接口的机床，应用范围受限。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无线形位测量装置，旨在解决上述问题，所述弹簧顶针具备轴向弹性，可以应用于多类机床，实现复杂工况的零件表面形位的连续高效测量；本发明具备应用范围广、连续测量效率高的优势。
本发明主要通过以下技术方案实现：一种无线形位测量装置，包括上位机和下位机，所述下位机包括弹簧顶针、第一旋转变阻器、第二旋转变阻器；所述弹簧顶针的顶端与第二旋转变阻器啮合，且中部通过齿条与第一旋转变阻器啮合。
测量时，将测量装置的弹簧顶针压在待测量表面，然后让测量顶针在零件待测表面产生相对滑动；此过程中，位移测量模块测量的弹簧顶针的位移和顶针角度测量模块测量的弹簧顶针的角度，通过无线发射接收器发送到上位机后，即可拟合得到弹簧顶针经过的零件表面的形位，实现相应零件表面的形位测量。本发明具备应用范围广、连续测量效率高的优势。
为了更好的实现本发明，进一步的，所述第一旋转变阻器、第二旋转变阻器的旋转轴上分别设置有从齿轮，所述弹簧顶针的顶端对应设置有主齿轮，且弹簧顶针的中部的齿条通过双联齿轮与第一旋转变阻器上的从齿轮啮合。
为了更好的实现本发明，进一步的，还包括驱动器和舵机，所述舵机与弹簧顶针固定连接，且舵机的轴心与主齿轮的轴心重合。所述舵机用于驱动弹簧顶针绕主齿轮的轴心旋转。
为了更好的实现本发明，进一步的，所述第一旋转变阻器、第二旋转变阻器分别串联有测量电源、固定电阻以构成电阻测量电路。
为了更好的实现本发明，进一步的，所述上位机包括操作面板、测量选择模块以及依次连接的无线发射接收器、带通数字滤波模块、拟合计算模块、结果显示模块，所述测量选择模块分别连接无线发射接收器、拟合计算模块，所述操作面板与测量选择模块连接。
为了更好的实现本发明，进一步的，所述带通数字滤波模块的下限频率大于等于弹簧的振动频率，上限频率小于等于使用环境的白噪声频率。
本发明的有益效果：
（1）测量时，将测量装置的弹簧顶针压在待测量表面，然后让测量顶针在零件待测表面产生相对滑动；此过程中，位移测量模块测量的弹簧顶针的位移和顶针角度测量模块测量的弹簧顶针的角度，通过无线发射接收器发送到上位机后，即可拟合得到弹簧顶针经过的零件表面的形位，实现相应零件表面的形位测量。本发明具备应用范围广、连续测量效率高的优势。
（2）本发明的对于环境敏感的高精度传动和测量部分实现了封装，只通过弹簧顶针与测量零件的表面进行接触，可以适应由切削液、切削等导致的恶劣工况，更适合实现加工测量的一体化和集成。
（3）本发明与待测量工件仅通过顶针直接接触且存在弹簧的轴向弹性缓冲，可以实现顶针与测量部位的相对滑动而不损伤测量装置，进而实现连续测量而不是传统探头的点测量，不需要在测量过程中反复将测量装置抬离零件的待测量表面，极大提高了测量效率。
（4）本发明通过无线通信与上位机连接，在用于机床上的零件测量时，不需要在硬件上对使用该量具的机床有所需求，即使是不带数控系统的老式机床也可以使用该测量装置进行加工零件的形位测量，使用范围更加广泛。
附图说明
图1为本发明的原理框图；
图2为本发明的结构示意图。
其中：1-测量电源、3-弹簧顶针、4-固定电阻、5-双联齿轮、6-舵机、7-密封垫圈、8-封装盒、21-第一旋转变阻器、22-第二旋转变阻器。
具体实施方式
实施例1：
一种无线形位测量装置，包括上位机和下位机，所述下位机包括弹簧顶针3、第一旋转变阻器21、第二旋转变阻器22；所述弹簧顶针3的顶端与第二旋转变阻器22啮合，且中部通过齿条与第一旋转变阻器21啮合。
测量时，将测量装置的弹簧顶针3压在待测量表面，然后让测量顶针在零件待测表面产生相对滑动；此过程中，位移测量模块测量的弹簧顶针3的位移和顶针角度测量模块测量的弹簧顶针3的角度，通过无线发射接收器发送到上位机后，即可拟合得到弹簧顶针3经过的零件表面的形位，实现相应零件表面的形位测量。本发明具备应用范围广、连续测量效率高的优势。
实施例2：
本实施例是在实施例1的基础上进行优化，如图2所示，所述第一旋转变阻器21、第二旋转变阻器22的旋转轴上分别设置有从齿轮，所述弹簧顶针3的顶端对应设置有主齿轮，且弹簧顶针3的中部的齿条通过双联齿轮5与第一旋转变阻器21上的从齿轮啮合。还包括驱动器和舵机6，所述舵机6与弹簧顶针3固定连接，且舵机6的轴心与主齿轮的轴心重合；驱动器驱动舵机6带动弹簧顶针3绕主齿轮的轴心旋转。所述第一旋转变阻器21、第二旋转变阻器22分别串联有测量电源1、固定电阻4以构成电阻测量电路。
本发明与待测量工件仅通过顶针直接接触且存在弹簧的轴向弹性缓冲，可以实现顶针与测量部位的相对滑动而不损伤测量装置，进而实现连续测量而不是传统探头的点测量，不需要在测量过程中反复将测量装置抬离零件的待测量表面，极大提高了测量效率。本发明的对于环境敏感的高精度传动和测量部分实现了封装，只通过弹簧顶针3与测量零件的表面进行接触，可以适应由切削液、切削等导致的恶劣工况，更适合实现加工测量的一体化和集成。
本实施例的其他部分与实施例1相同，故不再赘述。
实施例3：
本实施例是在实施例1或2的基础上进行优化，如图1所示，所述上位机包括操作面板、测量选择模块以及依次连接的无线发射接收器、带通数字滤波模块、拟合计算模块、结果显示模块，所述测量选择模块分别连接无线发射接收器、拟合计算模块，所述操作面板与测量选择模块连接。所述带通数字滤波模块的下限频率大于等于弹簧的振动频率，上限频率小于等于使用环境的白噪声频率。
本发明通过无线通信与上位机连接，在用于机床上的零件测量时，不需要在硬件上对使用该量具的机床有所需求，即使是不带数控系统的老式机床也可以使用该测量装置进行加工零件的形位测量，使用范围更加广泛。
本实施例的其他部分与上述实施例1或2相同，故不再赘述。
实施例4：
一种无线形位测量装置，如图1、图2所示，包括上位机和下位机；所述下位机包含无线发射接收器，CPU，数模转换器，弹簧顶针3、位移放大器、旋转变阻器和电阻测量电路组成的位移测量模块，角度放大器、旋转变阻器和电阻测量电路组成的顶针角度测量模块，舵机6及其驱动器组成的顶针摆动模块，密封垫圈7和封装盒8；
所述上位机包含操作面板，测量选择模块，无线发射接收器，带通数字滤波模块，拟合计算模块和结果显示模块；
所述旋转变阻器的旋转轴上固定有齿轮，优选地，使用轴孔过盈配合实现固定；
所述弹簧顶针3的中部具有齿条结构，上端固定有一个大齿轮，优选地，齿条为加工在顶针上的外形，齿轮通过轴孔过盈配合实现固定；
所述电阻测量电路，由电池、固定电阻4和旋转变阻器组成；
所述位移放大器，由弹簧顶针3中部的齿条、双联齿轮5和旋转变阻器上的齿轮组成；
所述角度放大器，由固定在弹簧顶针3顶端的齿轮和旋转变阻器上的齿轮组成；
所述舵机6与弹簧顶针3固定，其轴心与固定在弹簧顶针3上的齿轮轴心重合，优选地，通过轴孔过盈配合实现固定；
所述带通数字滤波器的下限频率不小于弹簧的振动频率，上限频率不大于使用环境的白噪声频率；
所述测量选择模块依据测量的目标的特征类型变化而选择不同的舵机6旋转指令和拟合计算方法，优选地，模块包含平面度、平行度、直线度、圆度、圆柱度和圆角半径等形位测量模块。
测量时，将测量装置的弹簧顶针3压在待测量表面，然后让测量顶针在零件待测表面产生相对滑动；此过程中，位移测量模块测量的弹簧顶针3的位移和顶针角度测量模块测量的弹簧顶针3的角度，通过无线发射接收器发送到上位机后，即可拟合得到弹簧顶针3经过的零件表面的形位，实现相应零件表面的形位测量。本发明具备应用范围广、连续测量效率高的优势。
实施例5：
参阅图1和图2，一种无线形位测量装置，包括上位机和下位机。下位机包含无线发射接收器，CPU，数模转换器，弹簧顶针3、位移放大器、第一旋转变阻器21和电阻测量电路组成的位移测量模块，角度放大器、第二旋转变阻器22和电阻测量电路组成的顶针角度测量模块，舵机6及其驱动器组成的顶针摆动模块，密封垫圈7和封装盒8。上位机包含操作面板，测量选择模块，无线发射接收器，带通数字滤波模块，拟合计算模块和结果显示模块。
第一旋转变阻器21和第二旋转变阻器22的旋转轴上固定有齿轮，弹簧顶针3的中部具有齿条结构，上端固定有一个大齿轮，通过齿轮或齿轮齿条传动，实现弹簧顶针3的位移和角度变化到第一旋转变阻器21和第二旋转变阻器22的电阻变化。通过由电池、固定电阻4和第二旋转变阻器22或第一旋转变阻器21组成的电阻测量电路可以实现对第一旋转变阻器21和第二旋转变阻器22的电阻的测量；其中固定电阻4的作用是防止电路过载，并减小导线电阻的干扰。
为了减小对旋转变阻器的灵敏度需求以降低成本同时保证测量精度，使用了由弹簧顶针3中部的齿条、双联齿轮5和第一旋转变阻器21上的齿轮组成的位移放大器，以及由固定在弹簧顶针3顶端的齿轮和第二旋转变阻器22上的齿轮组成的角度放大器，对顶针的角度和位移进行放大。舵机6与弹簧顶针3固定，其轴心与固定在弹簧顶针3上的齿轮轴心重合，可以驱动弹簧顶针3绕上端齿轮的轴心旋转。
带通数字滤波器的下限频率不小于弹簧的振动频率，上限频率不大于使用环境的白噪声频率，用于排除弹簧顶针3的弹性振动和环境白噪声对于测量结果的干扰。
测量选择模块，优选地，模块包含平面度、平行度、直线度、圆度、圆柱度和圆角半径；依据测量选择的模块不同，上位机会发出不同的舵机6旋转指令和拟合计算方法选择指令以识别和适应待检测特征。具体的，测量模块的功能为：在测量圆角时，上位机将向舵机6发送匀速转动一定角度的指令，此时连续测量弹簧顶针3位移和对应的顶针转角，拟合计算模块则将依据顶针位移和转角拟合出此过程的顶针尖端在圆角上的轨迹，由于此轨迹平面和圆角轴线并不能保证垂直，拟合结果为一个椭圆，但依据投影关系，拟合出的椭圆短轴半径即为圆角半径；其余曲线轮廓测量与圆角测量类似；在测量平面度时，上位机将向舵机6发送旋转到固定角度的指令时弹簧顶针3垂直待测平面，此时手摇机床平行待测平面运动，记录弹簧顶针3的位移，最大位移和最小位移之差即为待测平面的平面度；其余直线轮廓测量与平面度测量类似。
本发明的对于环境敏感的高精度传动和测量部分实现了封装，只通过弹簧顶针3与测量零件的表面进行接触，可以适应由切削液、切削等导致的恶劣工况，更适合实现加工测量的一体化和集成。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种无线形位测量装置，包括上位机和下位机，其特征在于，所述下位机包括弹簧顶针（3）、第一旋转变阻器（21）、第二旋转变阻器（22）；所述弹簧顶针（3）的顶端与第二旋转变阻器（22）啮合，且中部通过齿条与第一旋转变阻器（21）啮合；
所述第一旋转变阻器（21）、第二旋转变阻器（22）的旋转轴上分别设置有从齿轮，所述弹簧顶针（3）的顶端对应设置有主齿轮，且弹簧顶针（3）的中部的齿条通过双联齿轮（5）与第一旋转变阻器（21）上的从齿轮啮合；
所述上位机包括操作面板、测量选择模块以及依次连接的无线发射接收器、带通数字滤波模块、拟合计算模块、结果显示模块，所述测量选择模块分别连接无线发射接收器、拟合计算模块，所述操作面板与测量选择模块连接。
2.根据权利要求1所述的一种无线形位测量装置，其特征在于，还包括驱动器和舵机（6），所述舵机（6）与弹簧顶针（3）固定连接，所述舵机（6）的轴心与主齿轮的轴心重合。
3.根据权利要求1所述的一种无线形位测量装置，其特征在于，所述第一旋转变阻器（21）、第二旋转变阻器（22）分别串联有测量电源（1）、固定电阻（4）以构成电阻测量电路。
4.根据权利要求1所述的一种无线形位测量装置，其特征在于，所述带通数字滤波模块的下限频率大于等于弹簧的振动频率，上限频率小于等于使用环境的白噪声频率。
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