CN111579236B - 自动化悬臂式抗凹性测量设备及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动化悬臂式抗凹性测量设备，还包括：地板底座总成(100）、横移竖梁组件(200）、夹紧机构总成(300）、横梁总成(400），其特征在于：地板底座总成(100）用于承载抗凹性试验台架，并驱动台架在底座方向的水平运动；横移竖梁组件(200)安装在地板底座总成(100)上，作为夹紧机构总成(300）、横梁总成(400）、探头总成(500）的承载部件，横移竖梁组件(200)通过传动装置驱动在地板底座总成(100)上做水平横移运动；夹紧机构总成(300)作用是当横梁总成(400)调节到合适的竖直位置或水平位置后，对横梁总成(400)进行夹紧；该方案能够通过程序控制可完成智能化、自动化、快速有效的测量和收集待测点处抗凹性能参数。

Description

自动化悬臂式抗凹性测量设备及测量方法

技术领域

本发明涉及一种检测技术，尤其涉及自动化悬臂式抗凹性测量设备及测量方法。

背景技术

汽车车身门体作为汽车销售及使用中消费者的第一接触对象。其质量观感的质量直接影响消费者对于汽车品牌的认可。假设某消费者按压某款汽车的车门外板，结果车门外板轻易的凹陷下去。那么消费者很可能会认为该款车辆偷工减料，转而投向其他汽车品牌。但是过厚的车门外板会大幅度提升汽车重量，提高生产成本及车辆使用燃油经济性。因此准确有效测量车辆的抗凹性性能参数成为一项硬性需求。

申请号为2015105352637的发明专利“小型悬臂式抗凹性测量设备”，虽然作为一种专门的机械设备，可以对汽车覆盖件等进行抗凹性的数据采集。但是在实际使用过程中，由于电机旋转时存在回转间隙，原有设备使用人工夹持，在测量时，调教周期长，测量精度低，并且在人工操作过程中可能有发生意外的风险。

发明内容

本发明所解决的技术问题如何提供一种自动化程度高，可远程控制机械探头进行自动探测，并远程控制液压设备进行精确定位的设备，避免人工锁止造成调教时间长、精度低、可能发生意外风险等缺陷。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种自动化悬臂式抗凹性测量设备，其包括：探头总成，探头总成用于实现机械探头的精定位与抗凹性探测；其特征在于：

探头总成包括抗凹性探头第一轴组件、抗凹性探头第二轴组件、抗压性探头第三轴组件、机械探头组件；

抗凹性探头第一轴组件用于实现探头总成在横梁端部旋转，包括第一电机、旋转轴、轴承、法兰盖、液压锁止装置、法兰；第一轴组件内置于横梁内，通过法兰盖与横梁固定，第一电机通过联轴器与旋转轴相连，旋转轴端部安装有法兰，法兰用于安装抗凹性探头第二轴组件；法兰可围绕横梁法线方向旋转，法兰盖内安装有一对角接触轴承，第一电机运行时，驱动旋转轴转动，带动法兰旋转，实现了抗凹性探头在横梁法线方向的旋转；液压所示装置固定在法兰盖上，其夹钳在旋转轴两侧，当探头到达指定位置时，液压撑杆推动夹钳抱紧旋转轴，实现旋转轴锁止；

抗凹性探头第二轴组件包括第二电机、旋转轴、轴承、旋转轴支架、液压锁止装置；旋转轴安装在法兰上，旋转轴支架两端轴孔内安装有轴承，第二电机安装在旋转轴支架轴孔处，输出轴与旋转轴相连，第二电机旋转时带动旋转轴旋转，实现第二轴组件在旋转轴法线方向的旋转功能，当探头到达指定位置时，液压锁止装置抱紧旋转轴，实现第二轴组件定位；

抗压性探头第三轴组件包括液压锁止装置、第三电机，旋转轴、探头支架；旋转轴支架与探头支架通过旋转轴固定，第三电机工作时，带动旋转轴与探头支架围绕旋转轴法线方向转动，探头到达指定位置时，液压锁止装置抱紧旋转轴，实现探头定位；

机械探头组件包括测距传感器、探头、压力传感器、推杆电机；推杆电机安装在探头支架上，其推杆侧面安装端部安装有压力传感器，推杆顶端安装有测距传感器、探头。

该发明还提供了一种自动化悬臂式抗凹性测量设备，其特征在于：具体包括以下步骤：

步骤1、探头总成移动至待测表面附近，此时由测距传感器工作，测得各自相对于待测表面的距离；

步骤2、试验人员通过计算机将探头和测距传感器测得数据为参考坐标系，用内积法获得待测表面法向坐标；

步骤3、得到待测表面法向坐标后，探头总成的保持自身位置不变，通过调整各轴，将探头总成朝向与待测表面法向平行；

步骤4、探头由推杆电机驱动向待测表面移动，直至接触；

步骤5、接触后探头由推杆电机驱动继续进行按压，此时压力传感器检测到压力并持续增加，开始计算压力-距离曲线；按压至某一程度后，推杆电机带动探头收回，将所的数据绘制完整压力-距离曲线图，完成相关点测量。

本发明的有益效果：

（１）该发明能够通过程序控制可完成智能化、自动化、快速有效的测量和收集待测点处抗凹性能参数。

（２）该发明能够通过程序控制可完成智能化、自动化、快速有效的测量和收集待测点处抗凹性能参数。其装置操作简单、实用性高、自动化程度高，具有较高的市场推广价值。

（3）该发明提供高达8自由度的多轴同步运行方案，其中6自由度设有动力源可控可调，其中2自由度被动可调。具体包括：滑移台架、横梁的升降旋转、横梁的平移及旋转、探头旋转、偏移、俯仰。在实际操作过程中，机械探头的定位可实现远程操作、自动化操作。

（4）机械探头定位后可远程操控油缸锁住各运动副，如探头到达指定位置时，计算机发出指令，启动旋转轴上液压油缸，油缸工作时驱动油缸支架，抱紧夹持旋转轴，其抱紧原理类似鼓式刹车，该设备提高了实验台架的测量稳定性及精度。

（5）该发明设计有有自动探头系统。开启后可根据多个测距传感器反馈的数据，自动保持机械探头与车身待测平面的垂直，保证测量准确性。

附图说明

图1是本发明所述的抗凹性试验台架的示意图；

图2是本发明所述的抗凹性台架底板总成的示意图；

图3是本发明所述的抗凹性台架横、竖梁总成的示意图；

图4是本发明所述的抗凹性台架探头总成的示意图；

图5是本发明所述的抗凹性探头第一轴组件的示意图；

图6是本发明所述的抗凹性探头第二轴组件的示意图；

图7是本发明所述的抗凹性探头第三轴组件的示意图；

图8是本发明所述的抗凹性探头工作流程图；

图9 是本发明所述的抗凹性探头工作原理图。

具体实施

以下根据图1-9对本发明的技术方案做进一步详细说明。

如图1-2所示，该实施例提供了一种自动化悬臂式抗凹性测量设备，其包括：地板底座总成100、横移竖梁组件200、夹紧机构总成300、横梁总成400、探头总500。

其中，地板底座总成100作为该台架的底座部分，用于承载抗凹性试验台架，并驱动该台架在底座方向的水平运动。

地板底座总成100包括地板底座101和两侧防尘风琴板102、拖链103、电控箱104。地板底座101固定于地面，亦可用铸铁平台代替，地板底座101两端各安装有一块防尘风琴板102与横移竖梁底座201相连，在横移竖梁底座201水平运动时，防尘风琴板102随之伸缩，其作用是覆盖地板底座101内传动部件，起到防尘作用。电控箱104安装于地板底座101上，其延伸出的线缆通过拖链103连接各类电动设备。

横移竖梁组件200安装在地板底座总成100上，作为夹紧机构总成件300、横梁总成400、探头总成500的承载部件，横移竖梁组件200可通过齿轮齿条等动力设备在地板底座总成100上做水平横移运动。

横移竖梁组件200包括横移竖梁底座201、竖梁202、减速电机203、底座液压油缸204、竖梁电机205、竖梁丝杆206；

竖梁202、减速电机203、底座液压油缸204通过螺栓固定在横移竖梁底座201上，减速电机203运行时带动传动装置其形式可为齿轮齿条、链条链轮等形式工作，拉动横移竖梁底座201水平移动，当运行到预期位置时，试验人员可通过操作与电控箱104连接的计算机、触摸屏等端口设备，远程操控底座液压油缸204工作，将横移竖梁底座201锁止在地板底座总成100上。竖梁202上安装有夹紧机构总成300，竖梁202顶端安装有竖梁电机205与竖梁丝杆206，夹紧机构总成300，内置丝杠螺母安装在竖梁丝杆206上，竖梁电机205工作时带动竖梁丝杆206转动，驱动夹紧机构总成300沿竖梁202上下移动。

如图3所示，夹紧机构总成300作用是当横梁总成400调节到合适的竖直位置或水平位置后，对其进行夹紧作用。

夹紧机构总成300包括横梁夹紧油缸301和竖梁夹紧油缸302、夹紧座303；

工作时，当横梁 401 调节到理想的位置后，横梁夹紧油缸301和竖梁夹紧油缸302工作，将夹紧座303与竖梁202、横梁401固定住，当测量另一个待测点时，松开横梁夹紧油缸301和竖梁夹紧油缸302，使横梁 401 处于自由状态，这时将测量探头调节至下一个需测量的点后，再运行两个油缸，此时横梁401 将再一次进入锁紧状态，如此反复。

横梁总成400用于承载探头总成500，实现探头总成500在横梁总成400方向上移动。

横梁总成400包括横梁401、横梁电机402、横梁丝杆403。

其中，横梁401通过夹紧机构总成300与竖梁202固定，与夹紧机构总成300在横移竖梁组件200上移动的原理相同，可通过横梁电机402与横梁丝杆403的运行，实现横梁总成400在横梁丝杆403方向上的前进与后退。

如图4所示:探头总成500为三轴机械手，探头总成500用于实现机械探头的精定位与抗凹性探测。

探头总成500包括抗凹性探头第一轴组件、抗凹性探头第二轴组件、抗压性探头第三轴组件、机械探头组件。

如图5所示:抗凹性探头第一轴组件用于实现探头总成500在横梁401端部旋转，其结构包括第一电机501、第一旋转轴502、角接触轴承503、法兰盖504、第一液压锁止装置505、法兰506。

如图5所示，第一轴组件内置于横梁401内，通过法兰盖504与横梁401固定，第一电机501通过联轴器与第一旋转轴502相连，第一旋转轴502端部安装有法兰506，法兰506用于安装抗凹性探头第二轴组件。法兰506可围绕横梁401法线方向旋转，法兰盖504内安装有一对角接触轴承503，优化受力。此布置方式空间紧凑、结构精简，可靠性良好。第一电机501运行时，驱动第一旋转轴502转动，带动法兰506旋转，实现了抗凹性探头在横梁401法线方向的旋转。

该实施例中，抗凹性探头各轴中使用电机带动各轴旋转，虽然电机自带锁止功能，但电机在制动时存在一定的回转间隙，可能导致探头偏离预定位置。以抗压性探头第一轴组件为例，第一液压锁紧装置505固定在法兰盖504上，其夹钳在第一旋转轴502两侧，当探头到达指定位置时，试验人员远程控制液压撑杆工作，液压撑杆推动夹钳抱紧第一旋转轴502，实现第一旋转轴502锁止。

如图6所示，抗凹性探头第二轴组件包括第二电机507、第二旋转轴508、轴承509、旋转轴支架510、第二液压锁止装置511。

第二旋转轴508安装在法兰506上，旋转轴支架510两端轴孔内安装有轴承509，第二旋转轴508插入轴承509，第二电机507安装在旋转轴支架510轴孔处，输出轴与第二旋转轴508相连，第二电机507旋转时带动第二旋转轴508旋转，实现第二轴组件在第二旋转轴508法线方向的旋转功能，当探头到达指定位置时，第二液压锁止装置511抱紧第二旋转轴508，实现第二轴组件定位。

如图7所示，抗压性探头第三轴组件包括第三液压锁止装置512、第三电机513，第三旋转轴514、探头支架515。

旋转轴支架510与探头支架515通过第三旋转轴514固定，第三电机513工作时，带动第三旋转轴514与探头支架515围绕第三旋转轴514法线方向转动，探头519到达指定位置时，第三液压锁止装置512抱紧第三旋转轴514，实现探头定位。

如图8所示，机械探头组件包括测距传感器517、探头519、压力传感器518、推杆电机516。

推杆电机516安装在探头支架515上，其推杆侧面安装端部安装有压力传感器518，推杆顶端安装有测距传感器517、探头519，其中测距传感器517围绕探头519均布3-4枚。

如图8-9所示，该实施例还提供了一种型悬臂式抗凹性测量设备的测量方法，具体包括以下步骤：

步骤1、探头总成移动至待测表面附近。此时由测距传感器517工作，测得各自相对于待测表面的距离。

步骤2、试验人员通过计算机将探头519和测距传感器517测得数据为参考坐标系，用内积法可获得待测表面法向。

步骤3、得到待测表面法向坐标后，探头519总成的保持自身位置不变，通过调整各轴，将探头519总成朝向与待测表面法向平行。

步骤4、探头519由推杆电机516驱动向待测表面移动，直至接触。

步骤5、接触后探头519由推杆电机516驱动继续进行按压，此时压力传感器518检测到压力并持续增加，开始计算压力-距离曲线。按压至某一程度后，推杆电机516带动探头519收回，将所的数据绘制完整压力-距离曲线图，完成相关点测量。

虽然上面结合本发明的优选实施例对本发明的原理进行了详细的描述，本领域技术人员应该理解，上述实施例仅仅是对本发明的示意性实现方式的解释，并非对本发明包含范围的限定。实施例中的细节并不构成对本发明范围的限制，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均落在本发明保护范围之内。

Claims (2)

1.一种自动化悬臂式抗凹性测量设备，其包括：探头总成(500)，探头总成(500)用于实现机械探头的精定位与抗凹性探测；其特征在于：

探头总成(500)包括抗凹性探头第一轴组件、抗凹性探头第二轴组件、抗压性探头第三轴组件、机械探头组件；

抗凹性探头第一轴组件用于实现探头总成(500)在横梁(401)端部旋转，包括第一电机(501)、第一旋转轴(502)、角接触轴承(503)、法兰盖(504)、第一液压锁止装置(505)、法兰(506)；第一轴组件内置于横梁(401)内，通过法兰盖(504)与横梁(401)固定，第一电机(501)通过联轴器与第一旋转轴(502)相连，第一旋转轴(502)端部安装有法兰(506)，法兰(506)用于安装抗凹性探头第二轴组件；法兰(506)可围绕横梁(401)法线方向旋转，法兰盖(504)内安装有一对角接触轴承(503)，第一电机(501)运行时，驱动第一旋转轴(502)转动，带动法兰(506)旋转，实现了抗凹性探头在横梁(401)法线方向的旋转；第一液压锁止装置(505)固定在法兰盖(504)上，其夹钳在第一旋转轴(502)两侧，当探头到达指定位置时，液压撑杆推动夹钳抱紧第一旋转轴(502)，实现第一旋转轴(502)锁止；

抗凹性探头第二轴组件包括第二电机(507)、第二旋转轴(508)、轴承(509)、旋转轴支架(510)、第二液压锁止装置(511)；第二旋转轴(508)安装在法兰(506)上，旋转轴支架(510)两端轴孔内安装有轴承(509)，第二电机(507)安装在旋转轴支架(510)轴孔处，输出轴与第二旋转轴(508)相连，第二电机(507)旋转时带动第二旋转轴(508)旋转，实现第二轴组件在第二旋转轴(508)法线方向的旋转功能，当探头到达指定位置时，第二液压锁止装置(511)抱紧第二旋转轴(508)，实现第二轴组件定位；

抗压性探头第三轴组件包括第三液压锁止装置(512)、第三电机(513)，第三旋转轴(514)、探头支架(515)；旋转轴支架(510)与探头支架(515)通过第三旋转轴(514)固定，第三电机(513)工作时，带动第三旋转轴(514)与探头支架(515)围绕第三旋转轴(514)法线方向转动，探头(519)到达指定位置时，第三液压锁止装置(512)抱紧第三旋转轴(514)，实现探头定位；

机械探头组件包括测距传感器(517)、探头(519)、压力传感器(518)、推杆电机(516)；推杆电机(516)安装在探头支架(515)上，其推杆侧面安装端部安装有压力传感器(518)，推杆顶端安装有测距传感器(517)、探头(519)；

还包括地板底座总成(100）、横移竖梁组件(200）、夹紧机构总成(300）、横梁总成(400）；

地板底座总成(100）用于承载抗凹性试验台架，并驱动台架在底座方向的水平运动；

横移竖梁组件(200)安装在地板底座总成(100)上，作为夹紧机构总成(300）、横梁总成(400）、探头总成(500）的承载部件，横移竖梁组件(200)通过传动装置驱动在地板底座总成(100)上做水平横移运动；

夹紧机构总成(300)作用是当横梁总成(400)调节到合适的竖直位置或水平位置后，对横梁总成(400)进行夹紧；

横梁总成(400)用于承载探头总成(500)，实现探头总成(500)在横梁总成(400)方向上移动；

地板底座总成(100）包括地板底座(101)和两侧防尘风琴板(102)、拖链(103)、电控箱(104)；地板底座(101)固定于地面，或用铸铁平台代替，地板底座(101)两端各安装有一块防尘风琴板(102)与横移竖梁底座(201)相连，在横移竖梁底座(201)水平运动时，防尘风琴板(102)随之伸缩，其作用是覆盖地板底座(101)内传动部件，起到防尘作用；电控箱(104)安装于地板底座(101)上，其延伸出的线缆通过拖链(103)连接各类电动设备；

夹紧机构总成(300)包括横梁夹紧油缸(301)和竖梁夹紧油缸(302)、夹紧座(303)；工作时，当横梁 (401) 调节到理想的位置后，横梁夹紧油缸(301)和竖梁夹紧油缸(302)工作，将夹紧座(303)与竖梁(202)、横梁(401)固定住，当测量另一个待测点时，松开横梁夹紧油缸(301)和竖梁夹紧油缸(302)，使横梁 (401) 处于自由状态，将测量探头调节至下一个需测量的点后，再运行两个油缸，此时横梁(401) 将再一次进入锁紧状态；

横梁总成(400)包括横梁(401)、横梁电机(402)、横梁丝杆(403)；

横梁(401)通过夹紧机构总成(300)与竖梁(202)固定，与夹紧机构总成(300)在横移竖梁组件(200)上移动的原理相同，可通过横梁电机(402)与横梁丝杆(403)的运行，实现横梁总成(400)在横梁丝杆(403)方向上的前进与后退；

步骤1、探头总成移动至待测表面附近，此时由测距传感器(517)工作，测得各自相对于待测表面的距离；

步骤2、试验人员通过计算机将探头(519)和测距传感器(517)测得数据为参考坐标系，用内积法获得待测表面法向坐标；

步骤3、得到待测表面法向坐标后，探头(519)保持自身位置不变，通过调整各轴，将探头(519)朝向与待测表面法向平行；

步骤4、探头(519)由推杆电机(516)驱动向待测表面移动，直至接触；

步骤5、接触后探头(519)由推杆电机(516)驱动继续进行按压，此时压力传感器(518)检测到压力并持续增加，开始计算压力-距离曲线；按压至某一程度后，推杆电机(516)带动探头(519)收回，将所的数据绘制完整压力-距离曲线图，完成相关点测量。

2.根据权利要求1所述的自动化悬臂式抗凹性测量设备，其特征在于：横移竖梁组件(200)包括横移竖梁底座(201)、竖梁(202)、减速电机(203)、底座液压油缸(204)、竖梁电机(205)、竖梁丝杆(206)；

竖梁(202)、减速电机(203)、底座液压油缸(204)通过螺栓固定在横移竖梁底座(201)上，减速电机(203)运行时带动传动装置工作，拉动横移竖梁底座(201)水平移动，当运行到预期位置时，试验人员可通过操作与电控箱(104)连接的计算机、触摸屏端口设备，远程操控底座液压油缸(204)工作，将横移竖梁底座(201)锁止在地板底座总成(100)上；竖梁(202)上安装有夹紧机构总成(300)，竖梁(202)顶端安装有竖梁电机(205)与竖梁丝杆(206)，夹紧机构总成(300)，内置丝杠螺母安装在竖梁丝杆(206)上，竖梁电机(205)工作时带动竖梁丝杆(206)转动，驱动夹紧机构总成(300)沿竖梁(202)上下移动。

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