CN112815189B - 测量轴的非接触式传感器位置调节结构 - Google Patents

测量轴的非接触式传感器位置调节结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于轴类零件非接触式测量中的传感器位置调节机构。包括设备测量基准、固定组件、平移组件和旋转组件，固定组件固定安装在设备测量基准上，平移组件可上下升降调整地安装固定在固定组件上，旋转组件可相对旋转地安装在平移组件上。本发明通过平移与旋转两种调整交替使用，可以使得最后误差收敛到较小值，实现对测量点的高精度调节，且本发明的结构降低了对加工及装配的工艺要求，易于推广。

Description

测量轴的非接触式传感器位置调节结构
技术领域
本发明涉及一种传感器位置调节机构，具体涉及一种测量轴的非接触式传感器位置调节结构。
背景技术
在采用非接触式测量传感器测量轴的外径及圆跳等参数时，传感器的安装位置与测量精度息息相关，一般要求传感器的测量路径必须经过轴的轴线，即截面的圆心，否则会导致测量不准，进而导致测量失败。现阶段对于此类问题还没有比较成熟的解决方案，一般采用手动调整的方式进行调节，或者全靠机加工来保证安装位置精度，这导致了测量精度低，可信度差。
发明内容
为了解决背景技术的不足，本发明提供了一种用于轴类零件非接触式测量中的传感器位置调节机构及方法。
本发明的技术方案如下：
本发明包括设备测量基准，还包括固定组件、平移组件和旋转组件，固定组件固定安装在设备测量基准上，平移组件可上下升降调整地安装固定在固定组件上，旋转组件可相对旋转地安装在平移组件上。
所述的固定组件包括测量机构底座、主体支架和第一螺钉，测量机构底座固定安装在设备测量基准上，主体支架固定安装在测量机构底座上；
所述的平移组件包括平移主体块、平移调节横梁、平移调节螺钉、第一弹簧、旋转调节座、旋转调节螺钉、弹簧安装座、第二弹簧和圆柱销；主体支架上部的背面设有竖直的导轨槽，为平移组件B0提供直线平移的基准；主体块的下部竖直安装在导轨槽中，主体支架上部的正面设有平行于导轨槽的腰型槽，第一螺钉穿过腰型槽后与平移主体块螺纹连接，使得平移组件可上下升降调整地安装固定在固定组件上；通过调节第一螺钉可固定或放松平移主体块的安装位置。平移调节横梁通过螺钉固定安装在平移主体块的正面，平移调节横梁的两端分别设有一个竖直的通孔，两个平移调节螺钉穿过各自的通孔后与主体支架的顶部通过螺纹连接，第一弹簧套装在位于平移调节横梁和主体支架顶部之间的平移调节螺钉上，每个平移调节螺钉外均套装有第一弹簧，第一弹簧的上下两端分别连接到平移调节横梁和主体支架顶部之间；通过旋动平移调节螺钉可压缩或放松第一弹簧，进而调节平移主体块的位置，平移调节横梁通过第一弹簧和平移调节螺钉来实现上下移动的精确调节。
所述的旋转组件包括旋转主体块、非接触式测量传感器和第二螺钉，旋转主体块通过第二螺钉固定安装在平移主体块的背面，非接触式测量传感器安装在旋转主体块上；弹簧安装座固定安装在平移主体块的背面，旋转主体块与弹簧安装座之间平行设有第二弹簧，第二弹簧的伸缩方向与旋转主体块平行；旋转调节座固定安装在弹簧安装座下方的平移主体块的背面，旋转调节螺钉一端与旋转调节座通过螺纹连接，旋转调节螺钉另一端顶接到旋转主体块的侧面；调节旋转调节螺钉的进出，进而调节旋转组件绕圆柱销旋转，然后旋紧平移调节螺钉，固定旋转组件的位置。
平移主体块正面设有两个弧形槽和销钉孔，圆柱销穿过销钉孔后与旋转主体块连接作为旋转主体块的旋转轴，旋转主体块与平移主体块之间可绕圆柱销旋转，两个弧形槽中安装有各自的一个第二螺钉，第二螺钉穿过弧形槽后与旋转主体块螺纹连接，可紧固或放松旋转主体块。
所述的旋转调节螺钉轴向和第二弹簧的伸缩方向平行布置。
所述的平移调节螺钉与主体支架上的导轨槽平行。
所述的旋转主体块的顶部与平移主体块的顶部在同一水平线上，旋转主体块的顶部与弹簧安装座的顶部处于同一水平面上，旋转主体块的底部与旋转调节座的底部处于同一水平面上。
所述的弹簧安装座远离旋转主体块的一个侧面和旋转调节座远离旋转主体块的一个侧面均与平移主体块的一个侧面对齐，旋转主体块远离弹簧安装座的一个侧面与平移主体块的另一个侧面对齐。
圆柱类工件置于所述非接触式传感位置调节结构的侧旁，且圆柱类工件的轴向垂直于非接触式测量传感器的探头光线方向，非接触式测量传感器的探头光线的发射原点和圆柱销的圆心并不重合(圆柱销的圆心在非接触式测量传感器的探头光线的发射原点附近或光线反向延长线附近，但不重合)。
本发明的有益效果是：
(1)本发明通过平移与旋转两种调整交替使用，可以使得最后误差收敛到较小值，实现对测量点的高精度调节。
(2)该结构降低了对加工及装配的工艺要求，易于推广。
附图说明
图1是本发明部件分解图；
图2是本发明整体外观示意图；
图3是本发明整体爆炸图；
图4是本发明测量点调节原理图。
图中：A0：固定组件，A1：测量机构底座，A2：主体支架，A3：第一螺钉；B0：平移组件，B1：平移主体块，B2：平移调节横梁，B3：平移调节螺钉，B4：第一弹簧，B5:旋转调节座，B6：旋转调节螺钉，B7：弹簧安装座，B8：第二弹簧，B9：圆柱销；C0：旋转组件，C1：旋转主体块，C2：非接触式测量传感器，C3：第二螺钉；D：待测工件截面；S：偏移量；a：初始测量路径，b：平移后的测量路径，c：旋转后的测量路径，d：理想测量路径。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案作进一步完整、清晰地说明。
如图1所示，本发明包括设备测量基准，还包括固定组件A0、平移组件B0和旋转组件C0，固定组件A0固定安装在设备测量基准上，平移组件B0可上下升降调整地安装固定在固定组件A0上，旋转组件C0可相对旋转地安装在平移组件B0上。
如图2和图3所示，固定组件A0包括测量机构底座A1、主体支架A2和第一螺钉A3，测量机构底座A1固定安装在设备测量基准上，主体支架A2固定安装在测量机构底座A1上。
如图2和图3所示，平移组件B0包括平移主体块B1、平移调节横梁B2、平移调节螺钉B3、第一弹簧B4、旋转调节座B5、旋转调节螺钉B6、弹簧安装座B7、第二弹簧B8和圆柱销B9；主体支架A2上部的背面设有竖直的导轨槽，为平移组件B0提供直线平移的基准；主体块B1的下部竖直安装在导轨槽中，主体支架A2上部的正面设有平行于导轨槽的腰型槽，第一螺钉A3穿过腰型槽后与平移主体块B1螺纹连接，使得平移组件B0可上下升降调整地安装固定在固定组件A0上；B0通过平移主体块B1与主体支架A2进行配合，来实现平移运动。通过调节第一螺钉A3可固定或放松平移主体块B1的安装位置。
平移调节横梁B2通过螺钉固定安装在平移主体块B1的正面，平移调节横梁B2的两端分别设有一个竖直的通孔，两个平移调节螺钉B3穿过各自的通孔后与主体支架A2的顶部通过螺纹连接，平移调节螺钉B3与主体支架A2上的导轨槽平行；第一弹簧B4套装在位于平移调节横梁B2和主体支架A2顶部之间的平移调节螺钉B3上，每个平移调节螺钉B3外均套装有第一弹簧B4，第一弹簧B4的上下两端分别连接到平移调节横梁B2和主体支架A2顶部之间；通过旋动平移调节螺钉B3可压缩或放松第一弹簧B4，进而调节平移主体块B1的位置，平移调节横梁B2通过第一弹簧B4和平移调节螺钉B3来实现上下移动的精确调节。
如图2和图3所示，旋转组件C0包括旋转主体块C1、非接触式测量传感器C2和第二螺钉C3，旋转主体块C1通过第二螺钉C3固定安装在平移主体块B1的背面，非接触式测量传感器C2安装在旋转主体块C1上；
如图2所示，弹簧安装座B7固定安装在平移主体块B1的背面，旋转主体块C1与弹簧安装座B7之间平行设有第二弹簧B8，第二弹簧B8的伸缩方向与旋转主体块C1平行；旋转调节座B5固定安装在弹簧安装座B7下方的平移主体块B1的背面，旋转调节螺钉B6一端与旋转调节座B5通过螺纹连接，旋转调节螺钉B6另一端顶接到旋转主体块C1的侧面；旋转调节螺钉B6轴向和第二弹簧B8的伸缩方向平行布置。调节旋转调节螺钉B6的进出，进而调节旋转组件C0绕圆柱销B9旋转，然后旋紧平移调节螺钉B3，固定旋转组件C0的位置。在调节旋转调节螺钉B6的进出时，第二弹簧B8压缩或放松。
如图2所示，平移主体块B1正面设有两个弧形槽和销钉孔，具体实施的两个弧形腰型槽以销钉孔为旋转中心等距离设置。圆柱销B9穿过销钉孔后与旋转主体块C1连接作为旋转主体块C1的旋转轴，旋转主体块C1与平移主体块B1之间可绕圆柱销B9旋转，两个弧形槽中安装有各自的一个第二螺钉C3，第二螺钉C3穿过弧形槽后与旋转主体块C1螺纹连接，可紧固或放松旋转主体块C1。
具体实施中，旋转主体块C1的顶部与平移主体块B1的顶部在同一水平线上，旋转主体块C1的顶部与弹簧安装座B7的顶部处于同一水平面上，旋转主体块C1的底部与旋转调节座B5的底部处于同一水平面上。弹簧安装座B7远离旋转主体块C1的一个侧面和旋转调节座B5远离旋转主体块C1的一个侧面均与平移主体块B1的一个侧面对齐，旋转主体块C1远离弹簧安装座B7的一个侧面与平移主体块B1的另一个侧面对齐。
具体实施中，圆柱类工件置于非接触式传感位置调节结构的侧旁，且圆柱类工件的轴向垂直于非接触式测量传感器C2的探头光线方向，非接触式测量传感器C2的探头光线的发射原点和圆柱销B9的圆心并不重合。
具体实施中，调整测量点时，通过旋转调节座B5、旋转调节螺钉B6、弹簧安装座B7、第二弹簧B8组成的调节机构与旋转主体块C1配合来进行旋转调节。
其中圆柱销B9的轴线在测量元器件C2的测量路径的延长线上，或者是延长线附近，本实施例将圆柱销B9设置在传感器检测路径的起始位置，但不可避免的存在尺寸偏差，少量的偏差在调节过程中可以消除(经过模拟计算，在圆柱销B9的轴线与测量元器件C2的测量路径的延长线偏差为0.2mm，测量点距离工件中心42.5mm，工件直径为20mm时，理论过中心点测量值与理论调整测量值差距小于0.001mm)。
该机构理论上圆柱销B9轴线与测量路径延长线是重合的。此时只需要一次旋转调节即可确保测量路径经过待测工件截面D圆心。但是在机械制造过程中，圆柱销B9轴线与测量路径延长线不可能完全重合，会出现一个偏移量S。那么如果只采取旋转调节，则无法确保测量路径经过待测工件截面D圆心，因此需要平移调节。
如图4所示，图中左侧的小圆表示圆柱销B9，小圆中的十字交点为圆柱销B9的圆心，即为旋转主体块C1的旋转轴，右侧的大圆表示圆柱类工件即待测工件D。圆柱类工件置于本发明装置的侧旁，且圆柱类工件的轴向垂直于非接触式测量传感器C2的探头光线方向，近似平行于第一螺钉A3的轴向。
实际将非接触式测量传感器C2安装到旋转主体块C1后，非接触式测量传感器C2的探头光线的发射原点和圆柱销B9的圆心并不重合。
如图4所示，本机构的具体调节方法包括以下步骤：
step1：将非接触式测量传感器C2的探头光线调整至大致与主体支架A2导轨槽的长度方向垂直，如图4中初始测量路径a状态；
Step2：启动非接触式测量传感器C2，观察其测量值，同时调节平移调节螺钉B3，带动平移主体块B1相对于主体支架A2上下升降移动，移动过程中：
当测量值对应的圆柱类工件表面处的测量外径达到最大时，即测量值最小时(传感器光线出发点与轴类工件表面交点，长度最短时)，形成如图4中平移后的测量路径b状态，停止调节平移调节螺钉B3；
Step3：调节旋转调节螺钉B6，带动旋转主体块C1绕圆柱销B9旋转，旋转过程中：
当测量值对应的圆柱类工件表面处的测量外径值达到最大时，即测量值最小时，形成如图4中旋转后的测量路径c状态，停止调节旋转调节螺钉B6；
Step4：重复第2、3步骤。直至单次重复调整时，调整前的测量值和调整后的测量值的差值小于所需预设精度为止，接近如图4中理想测量路径d状态。
Step5：紧固固定第一螺钉A3和平移调节螺钉B3，调整完成。
本实施例使用的是CMOS激光位移传感器，在测量点与待测工件轴线水平距离固定的情况下，测量路径越短，则测量值越大。当测量路径与平移路径垂直，且测量路径经过待测工件轴线时，为最佳测量路径。
以上所述实例仅为本发明在该实例上的结果，但本发明的具体实施不仅局限于本实例。凡是依照本发明原理与思路提出的效果相似的替代方案，都应当视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种测量轴的非接触式传感器位置调节结构，包括设备测量基准，其特征在于：还包括固定组件(A0)、平移组件(B0)和旋转组件(C0)，固定组件(A0)固定安装在设备测量基准上，平移组件(B0)可上下升降调整地安装固定在固定组件(A0)上，旋转组件(C0)可相对旋转地安装在平移组件(B0)上；
所述的固定组件(A0)包括测量机构底座(A1)、主体支架(A2)和第一螺钉(A3)，测量机构底座(A1)固定安装在设备测量基准上，主体支架(A2)固定安装在测量机构底座(A1)上；
所述的平移组件(B0)包括平移主体块(B1)、平移调节横梁(B2)、平移调节螺钉(B3)、第一弹簧(B4)、旋转调节座(B5)、旋转调节螺钉(B6)、弹簧安装座(B7)、第二弹簧(B8)和圆柱销(B9)；主体支架(A2)上部的背面设有竖直的导轨槽；平移主体块(B1)的下部竖直安装在导轨槽中，主体支架(A2)上部的正面设有平行于导轨槽的腰型槽，第一螺钉(A3)穿过腰型槽后与平移主体块(B1)螺纹连接，使得平移组件(B0)可上下升降调整地安装固定在固定组件(A0)上；
平移调节横梁(B2)固定安装在平移主体块(B1)的正面，平移调节横梁(B2)的两端分别设有一个竖直的通孔，两个平移调节螺钉(B3)穿过各自的通孔后与主体支架(A2)的顶部通过螺纹连接，第一弹簧(B4)套装在位于平移调节横梁(B2)和主体支架(A2)顶部之间的平移调节螺钉(B3)上；
所述的旋转组件(C0)包括旋转主体块(C1)、非接触式测量传感器(C2)和第二螺钉(C3)，旋转主体块(C1)通过第二螺钉(C3)固定安装在平移主体块(B1)的背面，非接触式测量传感器(C2)安装在旋转主体块(C1)上；
弹簧安装座(B7)固定安装在平移主体块(B1)的背面，旋转主体块(C1)与弹簧安装座(B7)之间平行设有第二弹簧(B8)，第二弹簧(B8)的伸缩方向与旋转主体块(C1)平行；旋转调节座(B5)固定安装在弹簧安装座(B7)下方的平移主体块(B1)的背面，旋转调节螺钉(B6)一端与旋转调节座(B5)通过螺纹连接，旋转调节螺钉(B6)另一端顶接到旋转主体块(C1)的侧面；
平移主体块(B1)正面设有两个弧形槽和销钉孔，圆柱销(B9)穿过销钉孔后与旋转主体块(C1)连接作为旋转主体块(C1)的旋转轴，两个弧形槽中安装有各自的一个第二螺钉(C3)，第二螺钉(C3)穿过弧形槽后与旋转主体块(C1)螺纹连接。
2.根据权利要求1所述的一种测量轴的非接触式传感器位置调节结构，其特征在于：所述的旋转调节螺钉(B6)轴向和第二弹簧(B8)的伸缩方向平行布置。
3.根据权利要求1所述的一种测量轴的非接触式传感器位置调节结构，其特征在于：所述的平移调节螺钉(B3)与主体支架(A2)上的导轨槽平行。
4.根据权利要求1所述的一种测量轴的非接触式传感器位置调节结构，其特征在于：所述的旋转主体块(C1)的顶部与平移主体块(B1)的顶部在同一水平线上，旋转主体块(C1)的顶部与弹簧安装座(B7)的顶部处于同一水平面上，旋转主体块(C1)的底部与旋转调节座(B5)的底部处于同一水平面上。
5.根据权利要求1所述的一种测量轴的非接触式传感器位置调节结构，其特征在于：所述的弹簧安装座(B7)远离旋转主体块(C1)的一个侧面和旋转调节座(B5)远离旋转主体块(C1)的一个侧面均与平移主体块(B1)的一个侧面对齐，旋转主体块(C1)远离弹簧安装座(B7)的一个侧面与平移主体块(B1)的另一个侧面对齐。
6.根据权利要求1所述的一种测量轴的非接触式传感器位置调节结构，其特征在于：圆柱类工件置于所述非接触式传感位置调节结构的侧旁，且圆柱类工件的轴向垂直于非接触式测量传感器(C2)的探头光线方向，非接触式测量传感器(C2)的探头光线的发射原点和圆柱销(B9)的圆心并不重合。
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