CN112824824B - 一种带碰撞保护的浮动自定心内径测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带碰撞保护的浮动自定心内径测量装置，包括用于插入待检测孔内的定心导向测头，定心导向测头内具有与压缩气源连接的通气孔，还包括彼此相连的浮动补偿机构和碰撞保护机构；浮动补偿机构，其至少包括一个与机器人连接器相连的微型导轨，该微型导轨两端通过弹性元件可滑动地连接在导轨板上；碰撞保护机构，其固定在所述导轨板上，包括缸体、缸盖、活塞杆、弹性压紧件；活塞杆与缸盖之间的贯穿配合为间隙配合，其间隙量须保证所述活塞杆在被顶回容纳腔的过程中，因密封部与密封圈分离而释放压缩空气时，该压缩空气能从所述间隙中涌出泄压。该测量装置，使用安全可靠，避免撞击损坏，检测时插入准确迅速。

Description

一种带碰撞保护的浮动自定心内径测量装置

技术领域

本发明涉及机械工装夹具和测量技术领域，具体涉及一种带碰撞保护的浮动自定心内径测量装置。

背景技术

气动测量仪常用于测量精度要求极高的孔径、孔圆度和孔锥度，其测量原理是将芯部带孔的圆柱形测头(导向测头)插入被测孔内，测头与被测孔为间隙配合，从测头芯部通入压缩空气，压缩空气经测头与被测孔的配合间隙中流出，通过检测空气压力间接检测配合间隙的大小，再换算出被测孔的直径。传统多采用人工测量的方法，由人工将测头插入被测孔内进行检测。随着工厂自动化程度的提高，越来越多的无人值守自动加工被应用实施，由于气动量仪的测头与被测孔的间隙很小，一般只有0.02mm-0.04mm左右，实际加工过程中，工件或测头的夹持、搬运、定位等累计误差通常在0.4mm以上，在进行自动检测过程中，若采用机器人等运动执行机构刚性夹持测头，很难将测头插入被测孔内，也就无法进行自动测量。

因此，需要设计一套带浮动补偿功能的检测装置，以便测头能根据被测孔的位置自定心、自偏移、自适应地插入检测，能够无人值守自动检测，且有效地避免碰撞损伤。

发明内容

本发明的目的是提供一种带碰撞保护的浮动自定心内径测量装置，解决现有内孔测量时检测头难以顺利插入且容易因碰撞而损伤的技术问题。

本发明提供一种带碰撞保护的浮动自定心内径测量装置，包括用于插入待检测孔内的定心导向测头，定心导向测头内具有与压缩气源连接的通气孔，还包括彼此相连的浮动补偿机构和碰撞保护机构；

所述浮动补偿机构，其至少包括一个导轨板和与机器人连接器相连的微型导轨，该微型导轨两端通过弹性元件可滑动地连接在导轨板上；

碰撞保护机构，其固定在所述导轨板上，包括缸体、缸盖、活塞杆、弹性压紧件；所述缸盖盖在缸盖上以与之形成一个容纳腔；同样具有通气孔的活塞杆贯穿容纳腔并伸出缸盖后与所述定心导向测头相连，定心导向头的通气孔与活塞杆的通气孔连通，活塞杆贯穿缸体处与缸体之间为动密封；在活塞杆位于容纳腔的部分还具有一个与缸盖内侧面的密封圈挤压接触的密封部，且缸体与缸盖之间的挤压接触力由安装在容纳腔内的所述弹性压紧件提供；所述活塞杆与缸盖之间的贯穿配合为间隙配合，其间隙量须保证所述活塞杆在被顶回容纳腔的过程中，因密封部与密封圈分离而释放压缩空气时，该压缩空气能从所述间隙中涌出泄压。

进一步地，所述浮动补偿机构自上而下地至少设有两个，相邻两个浮动补偿机构的导轨板相互垂直，且上部浮动补偿机构的导轨板固接于下部浮动补偿机构的微型导轨上。

进一步地，所述弹性元件为弹簧柱塞，所述弹簧柱塞设有两对，在微型导轨的两端各连接有一对，以实现微型导轨两端与导轨板两端分别连接。

进一步地，所述密封部为活塞杆上的一个轴肩，所述弹性压紧件为圆柱型的呈压缩状态的压缩弹簧，所述压缩弹簧套在活塞杆上，其一端与轴肩端面相接，另一端与容纳腔的内壁相接。

进一步地，在所述缸体上还安装有与气缸控制系统、机器人控制系统相连的压力传感器，该压力传感器的检测端与所述容纳腔内部连通，以使得压力传感器采集到的压力大于设定值时即反馈信息给气缸控制系统和机器人控制系统来泄压和停止检测动作。

进一步地，所述活塞杆与缸体之间通过套设在活塞杆上的活塞杆轴向密封圈实现所述动密封。

进一步地，所述缸体与缸盖之间相接处设有用于密封的缸盖密封圈。

进一步地，所述定心导向测头的自由端为圆锥状结构，压缩空气从该圆锥状结构的内孔中射出。

有益效果：本发明具有以下有益效果

1、浮动补偿机构由弹性元件(例如弹簧柱塞)和微型导轨组成，能实现相应方向的位置适应性移动，例如设置两组时，两组补偿机构可垂直分布，可实现X、Y双向浮动补偿功能，测头能根据被测孔位置自定心、自偏移、自适应，使得检测头可以迅速而准确地插入待检测孔内。

2、弹簧柱塞带调整螺母，浮动力大小和浮动范围可通过调整螺母进行调整，而采用微型导轨，可以使得相应方向的补偿运动时的阻力小，补偿运动平稳顺畅。

3、具有碰撞保护装置(气缸)，测头连接在气缸活塞杆上，发生碰撞或超载时，活塞杆开始退回容纳腔内，使得其密封部(轴肩)和密封圈分离，气缸自动泄压，使压力迅速下降，自动卸载负荷，避免测头与工件猛烈撞击，保护测头和工件。

4、缸体上还设有压力传感器，发生碰撞或超载时，气缸自动泄压，使压力迅速下降，压力传感器向机器人发出信号，机器人执行紧急制动，防止损坏测量系统。

5、碰撞保护气路与测量气路完全可以设计成相互独立，可通过调整碰撞保护气压(即与容纳腔相连的压缩气源)，间接调整碰撞报警阀值和最大负载，而测量气路气压不变，不影响测量精度。

6、当发生轻微碰撞或超载时，只需移出工件或障碍物，装置在压缩弹簧的作用下可自动恢复至正常状态。

7、连接测头的接口可以设计为ISO标准螺纹，根据被测孔规格快速更换测头，满足不同规格孔径的测量需求。

综上可知，本测量装置在连接机器人等运动执行机构后，可实现无人值守自动测量，安全可靠。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为图1中的A—A剖视图。

图3为本发明的结构拆分示意图。

图4为本发明的浮动补偿机构结构示意图。

图5为本发明的浮动补偿机构的拆分示意图。

图6为XY向的两个浮动补偿机构的示意图。

图7为图3中的K—K剖视图。

图8为定心导向测头的结构示意图。

图中，a-机器人连接器，b-浮动补偿机构，c-碰撞保护机构，d-定心导向测头，B-间隙,D-圆锥状结构，1-气管接头，2-活塞杆，3-缸体，4-压缩弹簧，5-缸盖，6-活塞杆轴向密封圈，7-压力传感器，8-缸盖密封圈，9微型导轨，10-弹簧柱塞，11-弹簧柱塞板，12-导轨板，13-密封圈，201-密封部。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步的描述:

如图1—3所示，本实施例提供一种带碰撞保护的浮动自定心内径测量装置，包括用于插入待检测孔内的定心导向测头d，定心导向测头d内具有与压缩气源连接的通气孔，如图8，定心导向测头d的自由端为圆锥状结构D，压缩空气从该圆锥状结构D的内孔中射出。关键地，本实施例还包括彼此相连的浮动补偿机构b和碰撞保护机构c。对于浮动补偿机构b，如图4—5，其至少包括一个导轨板12和与机器人连接器a相连的微型导轨9，该微型导轨9两端通过弹性元件可滑动地连接在导轨板12上。碰撞保护机构c，如图7所示，其固定在所述导轨板12上，包括缸体3、缸盖5、活塞杆2、弹性压紧件，缸体3与缸盖5之间相接处设有用于密封的缸盖密封圈8。所述缸盖5盖在缸盖5上以与之形成一个容纳腔；同样具有通气孔的活塞杆2贯穿容纳腔并伸出缸盖5后与所述定心导向测头d相连。定心导向头的通气孔与活塞杆2的通气孔连通，活塞杆2贯穿缸体3处与缸体3之间为动密封，制作时，活塞杆2与缸体3之间可以通过套设在活塞杆2上的活塞杆轴向密封圈6实现动密封。在活塞杆2位于容纳腔的部分还具有一个与缸盖5内侧面的密封圈13挤压接触的密封部201，且缸体3与缸盖5之间的挤压接触力由安装在容纳腔内的所述弹性压紧件提供；所述活塞杆2与缸盖5之间的贯穿配合为间隙B配合，其间隙B量须保证所述活塞杆2在被顶回容纳腔的过程中，因密封部201与密封圈13分离而释放压缩空气时，该压缩空气能从所述间隙B中涌出泄压，优选地，活塞杆2和缸盖5配合间隙B为0.5mm。

在使用时，测头(定心导向测头d)在机器人的驱动下运动至待测孔上方，在朝孔内移动时，若是测头存在位置偏差，则与孔接触时，测头可在前述浮动补偿机构b的作用下自适应地偏移，以使得测头顺利进入孔内而又与孔不会发生剧烈的挤压，更不会发生卡住的情况。若是因意外情况，测头与待检测的工件发生了刚性碰撞，则巨大的碰撞冲击将使得测头退回容纳腔，从而使得前述密封部201和密封圈13分离，容纳腔泄压，则测头的压力随之减小，从而保护了测头和工件，避免过载损坏。

作为具体实施例，如图6，本实施例的浮动补偿机构b自上而下地至少设有两个，相邻两个浮动补偿机构b的导轨板12相互垂直，且上部浮动补偿机构b的导轨板12固接于下部浮动补偿机构b的微型导轨9上，以优先实现XY方向上的位置补偿，若是设置更多个浮动补偿机构b，则可以更灵活地实现自适应地偏移调整。

对于上述弹性元件，如图4—5所示，本实施例优选为弹簧柱塞10，所述弹簧柱塞10设有两对，在微型导轨9的两端各连接有一对,以实现微型导轨9两端与导轨板12两端分别连接。弹簧柱塞10带调整螺母，浮动力大小和浮动范围可通过调整螺母进行调整，采用了微型导轨9，补偿运动时阻力小，补偿运动平稳顺畅。

为了使得活塞杆2的回退移动更好地实现泄压，并便于加工制造，前述密封部201为活塞杆2上的一个轴肩，弹性压紧件为圆柱型的呈压缩状态的压缩弹簧4，该压缩弹簧4套在活塞杆2上，其一端与轴肩端面相接，另一端与容纳腔的内壁相接，通过该压缩弹簧4来实现对活塞杆2的预紧，实现密封。

此外，在缸体3上还安装有与气缸控制系统、机器人控制系统相连的压力传感器7，该压力传感器7的检测端与所述容纳腔内部连通，以使得压力传感器7采集到的压力大于设定值时即反馈信息给气缸控制系统和机器人控制系统来泄压和停止检测动作。

作为更详细的具体实施方式，本装置主要由机器人连接器a、XY方向上的两个浮动补偿机构b、一个碰撞保护机构c和定心导向测头d组成。机器人连接器a用于将该装置连接安装在机器人运动执行末端，由机器人执行自动测量动作，将本测量装置移动到位。XY浮动补偿机构b用于补偿测头与被测孔之间的位置偏差，调整测头与被测孔位置重合，使测头顺利插入被测孔内进行测量。碰撞保护机构c用于在运动过程中碰到障碍物或测量负载过大时自动卸载负荷，并停止运动，保护测量装置和工件不被损坏；定心导向测头d用于插入被测孔进行检测，插入端设计为锥面，在刚插入被测孔时具有定心导向作用。

本实施例的XY浮动补偿机构b参见图5—6所示，每个浮动补偿模块具有单向浮动补偿功能，两个浮动补偿模块垂直交叉重叠组成XY浮动补偿机构b，具有XY双向浮动补偿功能。浮动补偿模块由1个微型导轨9、4个弹簧柱塞10、2个弹簧柱塞板11和1个导轨板12组成，2个弹簧柱塞板11分别安装于导轨板12左右两端，微型导轨9的轨道安装在导轨板12上，4个弹簧柱塞10的固定端分别对称安装在弹簧柱塞板11上，自由端与导轨滑块贴合，测头刚性连接在导轨板12上。自然状态下，左右弹簧柱塞10弹力平衡使微型滑块和测头处于居中状态，当测头受到沿导轨方向的外力时，测头沿受力方向偏移，实现位置补偿。对于碰撞保护机构c的设计：如图7所示，碰撞保护机构c类似于气缸形式，气缸与外部气源之间接有电子式IO的上述压力传感器7，用于检测气压变化，当气压降低至传感器阀值以下时，传感器发出IO信号，传输至前述控制系统。正常工作时，缸内高压和压缩弹簧4给活塞杆2施加向下压力，测头不受外力或外力小于缸内压力，缸内压力使活塞杆2与密封圈13贴合，使气缸密封，缸内压力维持在恒定状态，压力传感器7不发出信号；若测头发生碰撞或测头负载超过缸内压力，测头向上移动，前述轴肩(密封部201)脱离密封圈13，气缸因失去密封而漏气，缸内压力迅速降低，达到卸荷的作用。同时，压力传感器7给机器人等运动执行装置发出信号，测量系统紧急制动，保护测量系统。当发生轻微碰撞时，移出测头部位障碍物，缸内弹簧使活塞杆2与密封圈13重新贴合，自动恢复至正常状态。

定心导向测头d设计原理：XY浮动补偿机构b必须受外力作用时才可以产生补偿动作，当测头与被测孔位置有偏差时，测头前端的锥面(见图8))，单侧受压，产生沿补偿方向的作用力，XY浮动补偿机构b在作用力的驱动下产生补偿偏移，优选地，测头与活塞杆2的连接设计为ISO标准螺纹配合，可以实现多种规格的测头快速更换。

Claims (7)

1.一种带碰撞保护的浮动自定心内径测量装置，包括用于插入待检测孔内的定心导向测头(d)，所述定心导向测头(d)内具有与压缩气源连接的通气孔，其特征在于：还包括彼此相连的浮动补偿机构(b)和碰撞保护机构(c)；

所述浮动补偿机构(b)包括导轨板(12)和微型导轨(9)，所述微型导轨(9)两端通过弹性元件可滑动地连接在导轨板(12)上；所述浮动补偿机构(b)自上而下地至少设有两个，相邻两个浮动补偿机构(b)的导轨板(12)相互垂直，且上部的浮动补偿机构（b）的导轨板(12)固接于下部的浮动补偿机构（b）的微型导轨(9) 上，最上部的浮动补偿机构（b）的微型导轨(9) 与机器人连接器(a)相连；

所述碰撞保护机构(c)，其固定在最下部的浮动补偿机构（b）的导轨板(12)上，包括缸体(3)、缸盖(5)、活塞杆 (2)、弹性压紧件；所述缸盖(5)盖在缸体(3)上以与之形成一个容纳腔；同样具有通气孔的活塞杆(2)贯穿容纳腔并伸出缸盖(5)后与所述定心导向测头(d)相连，定心导向头的通气孔与活塞杆(2)的通气孔连通，活塞杆(2)贯穿缸体(3)处与缸体(3)之间为动密封；在活塞杆(2) 位于容纳腔的部分还具有一个与缸盖(5)内侧面的密封圈(13)挤压接触的密封部(201)，且缸体(3)与缸盖(5)之间的挤压接触力由安装在容纳腔内的所述弹性压紧件提供；所述活塞杆(2)与缸盖(5)之间的贯穿配合为间隙(B)配合，其间隙(B)量须保证所述活塞杆(2)在被顶回容纳腔的过程中，因密封部(201)与密封圈(13)分离而释放压缩空气时，该压缩空气能从 所述间隙(B)中涌出泄压。

2. 根据权利要求 1 或所述带碰撞保护的浮动自定心内径测量装置，其特征在于：所述弹性元件为弹簧柱塞(10)，所述弹簧柱塞(10)设有两对，在微型导轨(9)的两端各连接有一对，以实现微型导轨(9)两端与导轨板(12)两端分别连接。

3.根据权利要求 1 所述带碰撞保护的浮动自定心内径测量装置，其特征在于：所述密封部(201)为活塞杆(2)上的一个轴肩，所述弹性压紧件为圆柱型的呈压缩状态的压缩弹簧(4)，所述压缩弹簧(4)套在活塞杆(2)上，其一端与轴肩端面相接，另一端与容纳腔的内壁相接。

4. 根据权利要求 3所述带碰撞保护的浮动自定心内径测量装置，其特征在于：在 所述缸体(3)上还安装有与气缸控制系统、机器人控制系统相连的压力传感器(7)，该压力传感器(7)的检测端与所述容纳腔内部连通，以使得压力传感器(7)采集到的压力大于设定值时即反馈信息给气缸控制系统和机器人控制系统来泄压和停止检测动作。

5. 根据权利要求 1 所述一种带碰撞保护的浮动自定心内径测量装置，其特征在于：所述活塞杆(2)与缸体(3)之间通过套设在活塞杆(2)上的活塞杆轴向密封圈(6)实现所述动密封。

6. 根据权利要求 1 所述带碰撞保护的浮动自定心内径测量装置，其特征在于：所述缸体(3)与缸盖(5)之间相接处设有用于密封的缸盖密封圈(8)。

7. 根据权利要求 1 所述带碰撞保护的浮动自定心内径测量装置，其特征在于：所述定 心导向测头(d)的自由端为圆锥状结构(D)，压缩空气从该圆锥状结构(D)的内孔中射出。

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