CN111272116B - 弹性测量装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及检测测量领域，具体公开一种弹性测量装置，该弹性测量装置包括：基础件和连接件，该基础件和连接件彼此间隔设置，连接件上远离基础件延伸设置有接触头；第一弹性变形体和第二弹性变形体，该第一弹性变形体和第二弹性变形体彼此间隔地连接在基础件和连接件之间，从而形成四边形结构；悬臂件，该悬臂件固定设置于连接件并从连接件向基础件延伸，基础件上安装有用于测量悬臂件位移变化的测量头；致动件，该致动件固定安装于基础件并朝向悬臂件延伸，该致动件在安装于基础件上的致动器的驱动下而可释放地对悬臂件的端部施加载荷。根据本申请的技术方案，能够使测量装置实现弹性变形，从而提高测量装置的柔性适用性。

Description

弹性测量装置

技术领域

本申请涉及检测测量领域，更具体地说，涉及一种弹性测量装置。

背景技术

机械零部件出厂前需要进行检测测量，以确保机械零部件的各项参数满足工作需要。除了机械零部件表面的参数外，对于中空或带孔的机械零部件，对其内表面的尺寸形状等参数进行检测也十分重要，而且通常难度更大。

传统上，通常需要根据机械工件内表面形状尺寸的不同，分别设计针对该形状尺寸的测量装置，使检测成本大大增加，检测过程繁琐，检测效率低。

因此，如何提高测量装置的柔性适用性成为本领域需要解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本申请提出了一种弹性测量装置，以提高测量装置的柔性适用性。

根据本申请，提出了一种弹性测量装置，该弹性测量装置包括：基础件和连接件，该基础件和连接件彼此间隔设置，所述连接件上远离所述基础件延伸设置有接触头；第一弹性变形体和第二弹性变形体，该第一弹性变形体和第二弹性变形体彼此间隔地连接在所述基础件和连接件之间，从而形成四边形结构；悬臂件，该悬臂件固定设置于所述连接件并从所述连接件向所述基础件延伸，所述基础件上安装有用于测量悬臂件位移变化的测量头；致动件，该致动件固定安装于所述基础件并朝向所述悬臂件延伸，该致动件在安装于所述基础件上的致动器的驱动下而可释放地对所述悬臂件的端部施加载荷。

优选地，所述接触头通过连杆而固定连接于所述连接件，所述连杆包括直接固定于所述连接件的基础部、从该基础部延伸的杆体部和在该杆体部末端安装有所述接触头的安装部。

优选地，所述基础部在所述连接件的大部分长度范围内贴合地固定于所述连接件。

优选地，所述安装部的延伸方向与所述杆体部的延伸方向之间的角度为60度至90度。

优选地，所述接触头和连杆位于所述四边形结构所在的平面内；或者所述接触头不位于所述四边形结构所在的平面内。

优选地，所述第一弹性变形体和第二弹性变形体均为细长的板条形状。

优选地，所述第一弹性变形体和第二弹性变形体均具有厚度变小的减薄部。

优选地，所述第一弹性变形体和第二弹性变形体设置有沿厚度方向贯穿的通孔。

优选地，所述第一弹性变形体和第二弹性变形体为相对独立的部件；或者所述第一弹性变形体和第二弹性变形体通过连接板而连接为U形结构且通过该连接板贴合固定于所述连接件。

优选地，所述致动件在所述致动器的作用下具有往复转换的初始位置和致动位置，其中：在非致动状态下的所述初始位置，所述致动件不与所述悬臂件相作用，所述连接件相对于所述基础件处于初始状态，从而使所述接触头处于伸出位置；在致动状态下的致动位置，所述致动件对所述悬臂件施加朝向所述第二弹性变形体的载荷，从而使所述连接件处于相对于所述基础件朝向所述第二弹性变形体偏移的偏移状态，使所述接触头处于收缩位置，该收缩位置相对于所述伸出位置具有位移差。

优选地，所述基础件延伸有邻近所述第一弹性变形体间隔设置的延伸部，所述测量头安装于该延伸部且间隙地穿过所述第一弹性变形体而接近所述悬臂件。

优选地，所述测量头在所述四边形结构所在的平面内延伸。

优选地，所述致动器安装于所述延伸部且间隙地穿过所述第一弹性变形体，所述致动器为线性致动器。

优选地，所述致动件包括：支架，该支架突出地固定设置于所述基础件朝向所述连接件的侧面；

致动杆，该致动杆铰接于所述支架并具有与所述致动器配合的第一端和与所述悬臂件配合的第二端。

优选地，所述支架为叉形支架，所述致动杆的中部通过铰接轴铰接于所述叉形支架的开口端部。

优选地，所述致动器间隙地穿过所述致动杆的所述第一端且端部设置有凸缘止挡部。

优选地，所述致动杆的所述第二端设置有滚轮。

优选地，所述基础件上固定设置有固定臂，该固定臂在所述四边形结构所在的平面内从所述基础件朝向所述连接件延伸并位于所述悬臂件与所述第二弹性变形体之间，所述固定臂的端部不与所述连接件相接触且与所述悬臂件的底部相邻近，在所述固定臂的端部与所述悬臂件的底部之间设置有弹性件。

根据本申请的技术方案，能够使测量装置实现弹性变形，从而提高测量装置的柔性适用性，进而能够适应多种机械零部件内表面测量的工况环境，提高检测效率。

本申请的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施方式及其说明用于解释本申请。在附图中：

图1为本申请优选实施方式的弹性测量装置的示意图；

图2为图1所示的弹性测量装置在非致动状态下的示意图；

图3为图2的局部放大图；

图4为图1所示的弹性测量装置在致动状态下的示意图；

图5为本申请另一种实施方式的弹性测量装置的局部示意图；

图6为图1的局部放大图；

图7为图2的局部剖视图。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本申请的技术方案。

如图1所示，本申请提供了一种弹性测量装置，该弹性测量装置包括：基础件10和连接件11，该基础件10和连接件11彼此间隔设置，所述连接件11上远离所述基础件10延伸设置有接触头12；第一弹性变形体21和第二弹性变形体22，该第一弹性变形体21和第二弹性变形体22彼此间隔地连接在所述基础件10和连接件11之间，从而形成四边形结构；悬臂件30，该悬臂件30固定设置于所述连接件11并从所述连接件11向所述基础件10延伸，所述基础件10上安装有用于测量悬臂件30位移变化的测量头31；致动件40，该致动件40固定安装于所述基础件10并朝向所述悬臂件30延伸，该致动件40在安装于所述基础件10上的致动器41的驱动下而可释放地对所述悬臂件30的端部施加载荷。下面对该技术方案进行详细描述。

1.1 基础件10、连接件11和接触头12

基础件10用作弹性测量装置的安装基础。基础件10可以为各种合适的结构形式，通常情况下基础件10的刚性较高，从而在弹性变形体发生弹性变形时基础件10基本保持不变形。

连接件11与基础件10间隔设置且背向基础件10连接有接触头12，接触头12作为直接与待测零部件的测量点相互接触，从而在接触头与待测零部件的测量点之间产生压力变化。接触头12可以通过多种方式固定连接于连接件11，例如，接触头12通过连杆13而固定连接于所述连接件11。连杆13可以单根也可以为多根彼此连接而成。优选情况下，如图2所示，所述连杆13包括直接固定于所述连接件11的基础部131、从该基础部131延伸的杆体部132和在该杆体部132末端安装有所述触头12的安装部133。但可以理解的是，连杆13并不限于上述具体结构形式。

接触头12的指向可以根据具体应用工况而选择设计。例如，如图2所示，安装部133的延伸方向与所述杆体部132的延伸方向之间的角度为60度至90度。另外，虽然如图2所示，安装部133形成了一个弯折部，但图中仅为示例，而不限于此结构形式。另外，接触头12和连杆13可以位于四边形结构所在的平面内，也可以使接触头12不位于所述四边形结构所在的平面内。因此，接触头12的立体空间方位可以根据具有工况而选择设计。

1.2 四边形结构

在所述基础件10和连接件11之间彼此间隔地设置有第一弹性变形体21和第二弹性变形体22，从而形成四边形结构，如图1和图2所示。因此，当连接件11的接触头12与待测零部件的测量点相互接触而产生压力时，接触头12会带动连接件11通过第一弹性变形体21和第二弹性变形体22而相对于基础件10产生预定的弹性变形（通常该弹性变形并非为人眼所能观察）。因此，通过检测或感知该弹性变形的程度，进而能够获得预定参数的测量数据。

上述四边形结构可以为长方形结构、正方形结构或菱形结构，甚至在某些工况下也可以为不规则的四边形结构。在该结构中，第一弹性变形体21和第二弹性变形体22为允许连接件11相对于基础件10发生变形或位移的关键部件。优选情况下，所述第一弹性变形体21和第二弹性变形体22的弹性模量E为150-250Gpa，以有利于上述精密变形和位移的发生，进而实现测量。弹性变形体的材料可以为不锈钢或硬质合金等，如2Cr13。优选地，如图1所示，所述第一弹性变形体21和第二弹性变形体22均为细长的板条形状。由于板条形状的厚度相对较薄，因此，有利于发生弹性变形。

进一步优选地，所述第一弹性变形体21和第二弹性变形体22均具有厚度变小的减薄部B，如图2所示；和/或如图1所示，所述第一弹性变形体21和第二弹性变形体22设置有沿厚度方向贯穿的通孔H。通过设置减薄部B，能进一步提高弹性变形体的可变形性；通过设置通孔H，除了提高可变形性之外，还能够降低重量。针对减薄部B和通孔H可以设置在弹性变形体的合适的位置处。

第一弹性变形体21和第二弹性变形体22可以为相对独立的部件。作为另一种选择方式，如图2所示，所述第一弹性变形体21和第二弹性变形体22通过连接板23而连接为U形结构且通过该连接板23贴合固定于所述连接件11。如图1和图2所示，第一弹性变形体21和第二弹性变形体的端部可通过紧固件而可拆卸地连接于基础件10。

如图5和图7所示，为了缓冲连接件11通过所述第一弹性变形体21和第二弹性变形体22的弹性变形而相对于基础件10的位移，优选情况下，在基础件10上固定设置有固定臂50，该固定臂50在所述四边形结构所在的平面内从所述基础件10朝向所述连接件11延伸并位于悬臂件30（在下文中详细描述）与所述第二弹性变形体22之间，所述固定臂50的端部不与所述连接件11相接触且与所述悬臂件30的底部相邻近，在所述固定臂50的端部501与所述悬臂件30的底部301之间设置有弹性件60。

在该结构形式中，基础件10基本保持固定不动，因此固定臂50与基础件10固定连接为同一刚体。由于固定臂50的端部与连接件11之间不直接接触（如图7所示），从而避免对连接件11的干涉影响，连接件11依然能够自由地通过弹性体的弹性变形而相对于基础件10产生位移。

由于弹性件60的设置，当连接件11以及悬臂件30相对于基础件10存在位移时，弹性件60能够缓冲二者之间的相对位移。进一步优选的，如图5所示，也可以在悬臂件30与安装于连接件11的部件之间设置弹性件（未标记）。所述弹性件可以为弹簧件。

1.3 悬臂件30

如图1、图2、图4、图5所示，连接件11固定设置有向基础件10延伸（但不连接于基础件10）的悬臂件30。因此，当连接件11通过第一弹性变形体21和第二弹性变形体22发生弹性变形或弹性位移时，悬臂件30能够直接反映连接件11的弹性位移变化。同时，在基础件10上安装有用于测量悬臂件30位移变化的测量头31，如图1至图3所示，测量头31与悬臂件30相邻但一般不直接接触。测量头31通过感知悬臂件30的位移变化从而获得检测数据。

1.4 致动器41和致动件40

如图1、图2、图3、图4、图5和图6所示，基础件10固定安装有致动件40，该致动件40朝向所述悬臂件30延伸，用于在安装于所述基础件10上的致动器41的驱动下而可释放地对所述悬臂件30的端部施加载荷。因此，在致动器41的驱动下，致动件40可以对悬臂件30的端部施加载荷或不施加载荷，从而使悬臂件30直接带动连接件11通过第一弹性变形体21和第二弹性变形体22的弹性变形而相对于基础件10发生位移，进而使连接件11的接触头12在伸出位置与收缩位置（或者收缩位置与伸出位置）之间转换。

致动器41优选为线性致动器，如线性电机、气缸、液压缸等，通过线性移动从而能对悬臂件30的端部时间拉力F（如图5所示）和/或推力（未显示）。需要注意的是，在图4和图5中不同的实施方式中，致动件40有所不同。在图5所示的实施方式中，所谓的致动件40实际为悬臂件30的一部分，因此拉力F能够使连接件11相对于基础件10在图5所示的方位中整体向右偏移；而在图4和图6所示的实施方式中，则通过杠杆机构通过拉力F使得连接件11向左偏移。通过控制连接件11的偏移方向能够使连接件上的接触头12向与连接件相同的方向移动或后退。

致动器41安装于基础件10或者安装于机架。如图3所示，所述基础件10延伸有邻近所述第一弹性变形体21间隔设置的延伸部14，所述测量头31安装于该延伸部14且间隙地穿过所述第一弹性变形体21而接近所述悬臂件30，所述致动器41安装于所述延伸部14且间隙地穿过所述第一弹性变形体21。

延伸部14从基础件10延伸，因此可以理解为基础件10的一部分。延伸部14为测量头31和致动器41提供安装基础。例如，如图3所示，测量头31需要间隙地穿过第一弹性变形体21而悬臂件30，因此测量头不会影响第一弹性变形体的弹性变形。类似地，致动器41安装于延伸部14且间隙地穿过第一弹性变形体21从而通过致动件40与悬臂件30的相互作用，因此致动器41也不会影响第一弹性变形体的弹性变形。

致动件40受致动器41的驱动和控制，并直接与悬臂件30的端部相互作用，或为悬臂件30的一部分。如图4和图6所示，根据优选实施方式，所述致动件40包括：支架401，该支架401突出地固定设置于所述基础件10朝向所述连接件11的侧面；致动杆402，该致动杆402铰接于所述支架401并具有与所述致动器41配合的第一端403和与所述悬臂件30配合的第二端404。因此，致动杆402相当于铰接于支架401的杠杆，致动杆402的第一端403与致动器41相配合，而第二端404用于与悬臂件30相配合。如图4所示，当致动杆402顺时针转动时，能够使第二端404脱离与悬臂件30的抵触关系；而当致动杆402逆时针转动时，能够使第二端404对悬臂件30的端部时间图4所示方位中向左的压力，进而使得连接件11及其接触头向左偏移。

在该实施方式中，由于利用致动杆402与支架401的铰接设计，从而无需致动器41直接作用于悬臂件30，因此能够更为精准地对悬臂件30施加载荷F。而且，与整体式悬臂件30相比，由于悬臂件30可以设计得更小或更为紧凑，因此可以施加更小的载荷就能够驱动悬臂件30的变形，进而带动连接件和接触头12的位移。而且，通过作为杠杆402的机构设计，可以实现力的放大效果，从而利用致动器40对致动杆402的第一端403施加相对小的力，就能在第二端404对悬臂件30的端部施加相对大的力，从而试下对致动器40所施加的载荷的精准控制，以进一步提高测量精度。

如图6所示，所述支架401为叉形支架，所述致动杆402的中部通过铰接轴405铰接于所述叉形支架的开口端部406。因而，致动杆402的两侧侧面均通过铰接轴405铰接于开口端部406，从而获得良好的稳定性。优选情况下，致动杆402的所述第二端404设置有滚轮407，从而能够避免第二端404与悬臂件30的端部之间的摩擦集中。虽然在图中表示了本申请的优选实施方式，但本申请并不限于此，例如支架401也可以不为叉形结构形式，而仅为板条状。

致动器41可以通过多种方式与致动杆402的第一端403配合或连接。例如，致动器41可以直接铰接连接于第一端403，因此在致动器41可以施加推力和拉力。优选情况下，致动器41间隙地穿过所述致动杆402的所述第一端403且端部设置有凸缘止挡部411，因此通过施加拉力（载荷）而使致动杆402在图4的方位中逆时针转动，以通过第二端404对悬臂件30的端部施加朝左的压力。当致动杆402不转动时或顺时针转动时，第二端404不会对悬臂件30的端部施加作用力，或者即便施加也不会使悬臂件30产生变形。进一步优选的，可以在铰接轴处设置扭簧（未图示），以通过致动器41和扭簧一起控制致动杆402的位置。

1.5 工作模式

致动件40在致动器41的作用下或释放下处于非致动状态下的初始位置。在该非致动状态下的初始位置，致动件40不对悬臂件30施加压力或载荷，从而悬臂件30和连接件11保持其自身相对于基础件10的初始状态，同时安装于连接件11的接触头12处于第一位置（如沿接触头12朝向的伸出位置，以进行点触待测零部件的待测点）。

致动器41对致动件40进行作用，以使致动件40进入致动位置，如在图4所示的实施方式中拉动致动杆402的第一端403，进而使致动杆403的通过第二端404悬臂件30的端部施加载荷，即朝向第二弹性变形体22的载荷F（如图4所示），从而使悬臂件30带动连接件11通过第一弹性变形体21和第二弹性变形体22的弹性变形而相对于基础件10在与悬臂件30受力方向相同的方向上产生偏移位移，进而使接触头12处于第二位置如沿接触头12朝向的收缩位置，该收缩位置相对于所述伸出位置具有位移差。本领域技术人员可以理解的是，在不同的实施方式中，接触头的上述伸出位置和收缩位置可以互换，如图5所示的实施方式。

因此，当准备利用过上述弹性测量装置时，首先利用致动器驱动致动件进而使得接触头12处于收缩位置，然后将上述弹性测量装置移动到预定的准确位置，再释放致动件从而使接触头12处于伸出位置并准确地点触于待测量零部件的测量点处，同时由于致动器无需驱动而便于接触头12保持与测量点出的点触。因此，通过测量头31测量与接触头12和连接件11连接在一起的悬臂件30的参数信息，进而获得测量参数。当然，本申请也不限于此，例如，可以在致动器非致动时使接触头处于收缩位置，而在致动器致动时使接触头处于伸出位置。

以上对本申请所提供的弹性测量装置进行了详细而充分地描述，利用弹性变形体的组合设计，使得上述测量装置具有良好的柔性实用性，可适用于多种不同的应用场合。而且，由于悬臂件的紧凑型和小型化的设计，能够减小需要致动器施加的载荷大小，加上优选方式的杠杆设计，更能进一步降低所需载荷的大小，而提高测量的精准度。上述弹性测量装置中的各个部分或部件，通常利用金属材料制成，但在满足应用条件下也不排除利用非金属材料制成，如工程塑料、陶瓷等，这需要根据具体工况而加以选择适用。上述弹性测量装置可以用于测量各种参数，如尺寸参数、位置度参数等。弹性测量装置可以单个适用，也可以根据不同的应用场合而组合适用。下面将针对在优选情况下（而不是必须或只能）结合有上述弹性测量装置的两种测量系统分别进行详细地描述。

以上详细描述了本申请的优选实施方式，但是，本申请并不限于上述实施方式中的具体细节，在本申请的技术构思范围内，可以对本申请的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本申请的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本申请对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本申请的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本申请的思想，其同样应当视为本申请所公开的内容。

Claims (9)

1.弹性测量装置，其特征在于，该弹性测量装置包括：

基础件（10）和连接件（11），该基础件（10）和连接件（11）彼此间隔设置，所述连接件（11）上远离所述基础件（10）延伸设置有接触头（12）；

第一弹性变形体（21）和第二弹性变形体（22），该第一弹性变形体（21）和第二弹性变形体（22）彼此间隔地连接在所述基础件（10）和连接件（11）之间，从而形成四边形结构；

悬臂件（30），该悬臂件（30）固定设置于所述连接件（11）并从所述连接件（11）向所述基础件（10）延伸，所述基础件（10）上安装有用于测量悬臂件（30）位移变化的测量头（31）；

致动件（40），该致动件（40）固定安装于所述基础件（10）并朝向所述悬臂件（30）延伸，该致动件（40）在安装于所述基础件（10）上的致动器（41）的驱动下而可释放地对所述悬臂件（30）的端部施加载荷，

所述致动件（40）在所述致动器（41）的作用下具有往复转换的初始位置和致动位置，其中：

在非致动状态下的所述初始位置，所述致动件（40）不与所述悬臂件（30）相作用，所述连接件（11）相对于所述基础件（10）处于初始状态，从而使所述接触头处于伸出位置；

在致动状态下的致动位置，所述致动件（40）对所述悬臂件（30）施加朝向所述第二弹性变形体（22）的载荷（F），从而使所述连接件（11）处于相对于所述基础件（10）朝向所述第二弹性变形体（22）偏移的偏移状态，使所述接触头处于收缩位置，该收缩位置相对于所述伸出位置具有位移差。

2.根据权利要求1所述的弹性测量装置，其特征在于，

所述接触头（12）通过连杆（13）而固定连接于所述连接件（11），所述连杆（13）包括直接固定于所述连接件（11）的基础部（131）、从该基础部（131）延伸的杆体部（132）和在该杆体部（132）末端安装有所述接触头（12）的安装部（133）；

所述安装部（133）的延伸方向与所述杆体部（132）的延伸方向之间的角度为60度至90度。

3.根据权利要求2所述的弹性测量装置，其特征在于，所述接触头（12）和连杆（13）位于所述四边形结构所在的平面内；或者所述接触头（12）不位于所述四边形结构所在的平面内；或者所述第一弹性变形体（21）和第二弹性变形体（22）均为细长的板条形状。

4.根据权利要求1所述的弹性测量装置，其特征在于，

所述第一弹性变形体（21）和第二弹性变形体（22）均具有厚度变小的减薄部（B）；或者

所述第一弹性变形体（21）和第二弹性变形体（22）设置有沿厚度方向贯穿的通孔（H）；或者

所述第一弹性变形体（21）和第二弹性变形体（22）为相对独立的部件；或者

所述第一弹性变形体（21）和第二弹性变形体（22）通过连接板（23）而连接为U形结构且通过该连接板（23）贴合固定于所述连接件（11）。

5.根据权利要求1所述的弹性测量装置，其特征在于，所述基础件（10）延伸有邻近所述第一弹性变形体（21）间隔设置的延伸部（14），所述测量头（31）安装于该延伸部（14）且间隙地穿过所述第一弹性变形体（21）而接近所述悬臂件（30），所述致动器（41）安装于所述延伸部（14）且间隙地穿过所述第一弹性变形体（21），所述致动器（41）为线性致动器。

6.根据权利要求1所述的弹性测量装置，其特征在于，所述致动件（40）包括：

支架（401），该支架（401）突出地固定设置于所述基础件（10）朝向所述连接件（11）的侧面；

致动杆（402），该致动杆（402）铰接于所述支架（401）并具有与所述致动器（41）配合的第一端（403）和与所述悬臂件（30）配合的第二端（404）。

7.根据权利要求6所述的弹性测量装置，其特征在于，所述支架（401）为叉形支架，所述致动杆（402）的中部通过铰接轴（405）铰接于所述叉形支架的开口端部（406）。

8.根据权利要求6或7所述的弹性测量装置，其特征在于，

所述致动器（41）间隙地穿过所述致动杆（402）的所述第一端（403）且端部设置有凸缘止挡部（411）；

所述致动杆（402）的所述第二端（404）设置有滚轮（407）。

9.根据权利要求1所述的弹性测量装置，其特征在于，所述基础件（10）上固定设置有固定臂（50），该固定臂（50）在所述四边形结构所在的平面内从所述基础件（10）朝向所述连接件（11）延伸并位于所述悬臂件（30）与所述第二弹性变形体（22）之间，所述固定臂（50）的端部不与所述连接件（11）相接触且与所述悬臂件（30）的底部相邻近，在所述固定臂（50）的端部（501）与所述悬臂件（30）的底部（301）之间设置有弹性件（60）。

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