CN111735410A - 一种钟形球壳零件测量装置及其测量方法 - Google Patents

一种钟形球壳零件测量装置及其测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种钟形球壳零件测量装置及其测量方法，可通过非接触式测量获得钟形球壳零件的高精度测量数据，以解决钟形球壳零件在加工、质量检测过程中内外球面轮廓度及同心度数据获取困难、测量效率低等问题。该发明可在不更换夹具、测头情况下满足同类型不同尺寸零件的测量，测量范围广，可同时获取内外球表面轮廓度、球心偏差及表面孔径等测量数据，且相对于三坐标测量机具有更高的测量效率。

Description

一种钟形球壳零件测量装置及其测量方法
技术领域
本发明属于高精度复杂零件测量技术领域，涉及一种钟形球壳零件测量装置及其测量方法。
背景技术
在汽车、航空航天、水利机械等领域，钟形球壳类零件是两组相对运动部件之间重要的连接件，该零件有一个外球面和一个内球面，为了保证两相对运动部件运动过程中不出现卡死等情况，钟形球壳类零件一般都具有较高的精度要求，其中最主要的是内外球壳零件球面的轮廓度及内外球面的同心度。现有加工检测过程中主要采取两种检测方法：第一种是标准样板比较法，根据加工件的尺寸来对应设计标准样板，通过标准样板对球面和球壳进行对比，从而确定待测零件是否合格。第二种方法是三坐标测量法，通过三坐标测量机在待测钟形球壳零件上测量特殊点位，再对测量得到的数据进行处理与分析，从而得到钟形球壳类零件的的尺寸参数。而在实际生产过程中，一方面由于所加工的标准样板本身就存在偏差，因此通过标准样板法得来的检测结果准确度低，同时标准样板零件在使用过程中由于磨损及灰尘等原因，导致精度下降，从而使得检测结果存在较大的偏差；另一方面，钟形球壳类零件通过三坐标测量法测量过程中，由于每次测量所获取的点数有限，测量结果不能很好地反映真实情况，同时三坐标测量还存在测量效率低，测量步骤繁琐等不足，导致三坐标测量法无法适用于该钟形球壳类零件的大批量检测。
发明内容
本发明的目的是设计一种钟形球壳零件测量装置及其测量方法，以解决钟形球壳零件在加工、质量检测过程中内外球面轮廓度及同心度数据获取困难、测量效率低等问题。
为了解决以上技术问题，本发明提供的技术方案在于：
首先提出了一种钟形球壳零件测量装置，该测量装置包含大理石平台(1)、大理石龙门平台(2)、菱形标定块(3)、钟形球壳零件夹具(4)、钟形球壳零件(5)、非接触式激光传感器(6)、传感器固定块(7)、Z轴移动平台(8)、旋转平台(9)、Y轴移动平台(10)、X轴移动平台(11)。
其中非接触式激光传感器(6)固定在传感器固定块(7)上，同时与Z轴移动平台(8)相连，使得传感器可以在竖直方向移动。钟形球壳零件(5)装夹在钟形球壳零件夹具(4)上，该夹具通过螺栓固定在旋转平台(9)上，旋转平台(9)固定在Y轴移动平台(10)上，Y轴移动平台(10)固定在X轴移动平台(11)上，从而使得钟形零件可以在水平XY轴方向移动，同时可以实现翻转。
同时菱形标定块(3a)和菱形标定块(3b)尺寸已知，且完全一致，定位孔(12)位于菱形标定块(3)中心，菱形标定块固定孔(13)底面中心位于菱形标定块(3)底面对称线上，从而使得菱形标定块(3)对称分布在钟形球壳零件夹具(4)两侧。
该装置中的钟形球壳零件夹具(4)上设有多层阶梯孔，该孔的大小与钟形球壳零件(5)安装面大小相同，不同阶梯孔对应同类型不同尺寸的钟形球壳零件(5)，钟形球壳零件的侧面加工了钟形零件固定螺纹紧定孔(14)，可通过带手柄的锁紧螺丝将钟形球壳零件(5)固定在钟形球壳零件夹具(4)内，确保在钟形球壳零件(5)在翻转的过程中相对于钟形球壳零件夹具(4)不发生晃动和偏移，为了保证测量精度，钟形球壳零件夹具(4)的轴线应与旋转平台(9)台面的旋转轴线同轴，同时应保证菱形标定块(3a)与菱形标定块(3b)的中心线与钟形球壳零件夹具(4)的旋转轴线同轴。
进一步的本发明同时提供了基于以上装置的针对钟形球壳零件的测量方法，包括以下步骤：
步骤S1：钟形球壳零件测量装置安装:将大理石平台(1)水平放置，将大理石龙门平台(2)固定在大理石平台(1)，且保证两者的垂直度，将Z轴移动平台(8)固定在大理石龙门平台(2)上，将非接触式传感器(6)通过传感器固定块(7)固定在Z轴移动平台(8)上，将XY移动平台(11、10)固定在大理石平台(1)合适位置，将旋转平台(9)固定安装在Y轴移动平台(10)上，菱形标定块(3)通过销钉与钟形球壳零件夹具(4)定位，并通过螺钉进行固定，将钟形球壳零件夹具(4)通过螺钉与旋转平台(9)的旋转台面固定；
步骤S2：钟形球壳零件测量装置调试：设备安装好之后，为了保证钟形球壳零件(5)的测量精度，需对测量装置进行调试，包括非接触式传感器(6)与大理石平台(1)台面的垂直度、菱形标定块(3a)与方向标定块(3b)轴线与旋转轴线的同轴度、旋转平台与移动平台运动精度及运动范围的调试；
步骤S3、钟形球壳零件测量：钟形球壳零件测量装置安装与调试结束后、根据钟形球壳零件(5)的大小选择对应的安装孔，将其固定在钟形球壳零件夹具(4)上，通过手拧螺栓将钟形球壳零件(5)固定在其夹具上，将测量系统初始化，根据钟形球壳零件(5)的尺寸选择对应的测量程序，使得非接触式传感器(6)依次获取菱形标定块(3b)、钟形球壳零件(5)、菱形标定块(3a)的表面尺寸数据，通过旋转平台翻转180°，测量钟形球壳零件(5)另一面尺寸数据，同样移动XY移动平台，使用非接触式激光传感器(6)获取菱形标定块(3b)、钟形球壳零件(5)、菱形标定块(3a)表面的尺寸数据；
步骤S4：钟形球壳零件测量数据拼合：根据已知的菱形标定块(3)的尺寸大小对测量的菱形标定块(3)的测量数据进行数据拼合，菱形标定块(3)测量数据拼合过程中，会得到测量数据拼合坐标变换矩阵，通过该坐标变换矩阵对测量的钟形球壳零件(5)的测量数据进行拼合，从而得到钟形球壳零件(5)表面的测量数据，对该数据进行处理，即可得到钟形球壳零件的尺寸数据。
本发明的有益效果是：
1.本发明中的装置在不更换夹具及测头的情况下可满足同类型不同尺寸的钟形球壳零件的测量。
2.测量范围广，本发明装置中的激光传感器可以获取密集的钟形球壳零件表面的点云数据，不仅可以测量内外球表面轮廓度及球心偏差，同时可以获取表面孔径、台面厚度等其他测量数据。
3.测量效率高，该装置在测量过程中，不接触钟形球壳类零件，可同时获取大量轮廓尺寸数据，相比于三坐标测量机具有高的测量效率，可满足钟形球壳零件的批量化生产与检测的需求。
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
附图说明
图1是本专利中测量装置整体结构示意图
其中，1.大理石平台、2.大理石龙门平台、3.菱形标定块、4.钟形球壳零件夹具、5.钟形球壳零件、6.非接触式激光传感器、7.传感器固定块、8.Z轴移动平台、9.旋转平台、10.Y轴移动平台、11.X轴移动平台
图2是本专利测量装置局部结构示意图
图3是钟形球壳零件装夹示意图
图4是钟形球壳零件夹具结构示意图
其中，12.菱形标定块定位孔、13.菱形标定块固定孔、14.钟形零件固定螺纹紧定孔
图5是钟形球壳零件模型及剖视图
图6是标定块点云数据拼接原理图
具体实施方式
下面结合附图1至附图5对本发明进行详细说明。
一种钟形球壳零件(图5)测量装置及其测量方法，其特征在于：该测量装置通多非接触式传感器可高效得到钟形球壳零件的高精度测量数据。
本发明提供一种钟形球壳零件测量装置(图1—2)，该测量装置包含大理石平台(1)、大理石龙门平台(2)、菱形标定块(3)、钟形球壳零件夹具(4)、钟形球壳零件(5)、非接触式激光传感器(6)、传感器固定块(7)、Z轴移动平台(8)、旋转平台(9)、Y轴移动平台(10)、X轴移动平台(11)。
其中非接触式激光传感器(6)固定在传感器固定块(7)上，同时与Z轴移动平台(8)相连，使得传感器可以在竖直方向移动。钟形球壳零件(5)装夹在钟形球壳零件夹具(4)上，该夹具通过螺栓固定在旋转平台(9)上，旋转平台(9)固定在Y轴移动平台(10)上，Y轴移动平台(10)固定在X轴移动平台(11)上，从而使得钟形零件可以在水平XY轴方向移动，同时可以实现翻转。
其中菱形标定块(3a)和菱形标定块(3b)尺寸已知，且完全一致。定位孔位(12)于菱形标定块(3)中心，菱形标定块固定孔(13)底面中心位于菱形标定块(3)底面对称线上，从而使得菱形标定块(3)对称分布在钟形球壳零件夹具(4)两侧(如图3)。
其中钟形球壳零件夹具(4)上设有多层阶梯(图4)，该孔的大小与钟形球壳零件(5)安装面大小相同，不同阶梯孔对应同类型不同尺寸的钟形球壳零件(5)，钟形球壳零件侧面加工了钟形零件固定螺纹紧定孔(14)，可通过带手柄的锁紧螺丝将钟形球壳零件(5)固定在钟形球壳零件夹具(4)内，确保在钟形球壳零件(5)在翻转的过程中相对于钟形球壳零件夹具(4)不发生晃动和偏移。为了保证测量精度，钟形球壳零件夹具(4)的轴线应与旋转平台(9)台面的旋转轴线同轴，同时应保证菱形标定块(3a)与菱形标定块(3b)的中心线与钟形球壳零件夹具(4)的旋转轴线同轴。
本发明同时提供了一种钟形球壳零件测量包括以下步骤：
步骤S1：钟形球壳零件测量装置安装
(如图1)将大理石平台(1)水平放置，将大理石龙门平台(2)固定在大理石平台(1)，且保证两者的垂直度。将Z轴移动平台(8)固定在大理石龙门平台(2)上，将非接触式传感器(6)通过传感器固定块(7)固定在Z轴移动平台(8)上。将XY移动平台(11、10)固定在大理石平台(1)合适位置，将旋转平台(9)固定安装在Y轴移动平台(10)上，菱形标定块(3)通过销钉与钟形球壳零件夹具(4)定位，并通过螺钉进行固定，将钟形球壳零件夹具(4)通过螺钉与旋转平台(9)的旋转台面固定。
步骤S2:钟形球壳零件测量装置调试
设备安装好之后，为了保证钟形球壳零件(5)的测量精度，需对测量装置进行调试，包括非接触式传感器(6)与大理石平台(1)台面的垂直度、菱形标定块(3a)与方向标定块(3b)轴线与旋转轴线的同轴度、旋转平台与移动平台运动精度及运动范围的调试。
步骤S3：钟形球壳零件测量
钟形球壳零件测量装置安装与调试结束后、根据钟形球壳零件(5)的大小选择对应的安装孔，将其固定在钟形球壳零件夹具(4)上，通过手拧螺栓将钟形球壳零件(5)固定在其夹具上。将测量系统初始化，根据钟形球壳零件(5)的尺寸选择对应的测量程序，使得非接触式传感器(6)依次获取菱形标定块(3b)、钟形球壳零件(5)、菱形标定块(3a)的表面尺寸数据。通过旋转平台翻转180°，测量钟形球壳零件(5)另一面尺寸数据，同样移动XY移动平台，使用非接触式激光传感器(6)获取菱形标定块(3b)、钟形球壳零件(5)、菱形标定块(3a)表面的尺寸数据。
步骤S4：钟形球壳零件测量数据拼合
根据已知的菱形标定块(3)尺寸数据对测量的菱形标定块(3)的测量数据进行数据拼合(图6)，菱形标定块(3)测量数据拼合过程中，会得到测量数据拼合坐标变换矩阵，使用该坐标变换矩阵对测量的钟形球壳零件(5)的测量数据进行拼合，从而得到钟形球壳零件(5)表面的测量数据，对该数据进行处理，即可得到钟形球壳零件的尺寸数据。

Claims (6)

1.一种钟形球壳零件测量装置，其特征在于：该测量装置包含大理石平台(1)、大理石龙门平台(2)、菱形标定块(3)、钟形球壳零件夹具(4)、钟形球壳零件(5)、非接触式激光传感器(6)、传感器固定块(7)、Z轴移动平台(8)、旋转平台(9)、Y轴移动平台(10)、X轴移动平台(11)。
2.根据权利要求1所述的一种钟形球壳零件测量装置，其特征在于：所述的非接触式激光传感器(6)固定在传感器固定块(7)上，同时与Z轴移动平台(8)相连，使得传感器可以在竖直方向移动。
3.根据权利要求1所述的一种钟形球壳零件测量装置，其特征在于：所述钟形球壳零件(5)装夹在钟形球壳零件夹具(4)上，该夹具通过螺栓固定在旋转平台(9)上，旋转平台(9)固定在Y轴移动平台(10)上，Y轴移动平台(10)固定在X轴移动平台(11)上，从而使得钟形零件可以在水平XY轴方向移动，同时可以实现翻转。
4.根据权利要求1所述的一种钟形球壳零件测量装置，其特征在于：菱形标定块(3a)和菱形标定块(3b)尺寸已知，且完全一致，定位孔(12)位于菱形标定块(3)中心，菱形标定块固定孔(13)底面中心位于菱形标定块(3)底面对称线上，从而使得菱形标定块(3)对称分布在钟形球壳零件夹具(4)两侧。
5.根据权利要求1所述的一种钟形球壳零件测量装置，其特征在于：钟形球壳零件夹具(4)上设有多层阶梯孔，该孔的大小与钟形球壳零件(5)安装面大小相同，不同阶梯孔对应同类型不同尺寸的钟形球壳零件(5)，钟形球壳零件的侧面加工了钟形零件固定螺纹紧定孔(14)，可通过带手柄的锁紧螺丝将钟形球壳零件(5)固定在钟形球壳零件夹具(4)内，确保在钟形球壳零件(5)在翻转的过程中相对于钟形球壳零件夹具(4)不发生晃动和偏移，为了保证测量精度，钟形球壳零件夹具(4)的轴线应与旋转平台(9)台面的旋转轴线同轴，同时应保证菱形标定块(3a)与菱形标定块(3b)的中心线与钟形球壳零件夹具(4)的旋转轴线同轴。
6.本发明同时提供了根据权利要求1-5任一所述的一种钟形球壳零件测量装置的测量方法，包括以下步骤：
步骤S1：钟形球壳零件测量装置安装:将大理石平台(1)水平放置，将大理石龙门平台(2)固定在大理石平台(1)，且保证两者的垂直度，将Z轴移动平台(8)固定在大理石龙门平台(2)上，将非接触式传感器(6)通过传感器固定块(7)固定在Z轴移动平台(8)上，将XY移动平台(11、10)固定在大理石平台(1)合适位置，将旋转平台(9)固定安装在Y轴移动平台(10)上，菱形标定块(3)通过销钉与钟形球壳零件夹具(4)定位，并通过螺钉进行固定，将钟形球壳零件夹具(4)通过螺钉与旋转平台(9)的旋转台面固定；
步骤S2：钟形球壳零件测量装置调试：设备安装好之后，为了保证钟形球壳零件(5)的测量精度，需对测量装置进行调试，包括非接触式传感器(6)与大理石平台(1)台面的垂直度、菱形标定块(3a)与方向标定块(3b)轴线与旋转轴线的同轴度、旋转平台与移动平台运动精度及运动范围的调试；
步骤S3、钟形球壳零件测量：钟形球壳零件测量装置安装与调试结束后、根据钟形球壳零件(5)的大小选择对应的安装孔，将其固定在钟形球壳零件夹具(4)上，通过手拧螺栓将钟形球壳零件(5)固定在其夹具上，将测量系统初始化，根据钟形球壳零件(5)的尺寸选择对应的测量程序，使得非接触式传感器(6)依次获取菱形标定块(3b)、钟形球壳零件(5)、菱形标定块(3a)的表面尺寸数据，通过旋转平台翻转180°，测量钟形球壳零件(5)另一面尺寸数据，同样移动XY移动平台，使用非接触式激光传感器(6)获取菱形标定块(3b)、钟形球壳零件(5)、菱形标定块(3a)表面的尺寸数据；
步骤S4：钟形球壳零件测量数据拼合：根据已知的菱形标定块(3)的尺寸大小对测量的菱形标定块(3)的测量数据进行数据拼合，菱形标定块(3)测量数据拼合过程中，会得到测量数据拼合坐标变换矩阵，通过该坐标变换矩阵对测量的钟形球壳零件(5)的测量数据进行拼合，从而得到钟形球壳零件(5)表面的测量数据，对该数据进行处理，即可得到钟形球壳零件的尺寸数据。
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