CN113607117A - 活塞环槽形状误差自动测量仪及测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种活塞环槽形状误差自动测量仪，包括底座以及安装于底座上的转台和位移机构，转台上面用于支撑待测活塞，底座内安装有用于驱动转台旋转的旋转驱动器，位移机构上安装有测量传感器，还包括连接位移机构和测量传感器的工控机，工控机根据待测活塞的型号控制位移机构工作以驱动测量传感器伸入待测活塞的环槽内，测量传感器将测量数据传送至工控机以获取环槽的周向直线度、径向直线度和角度。通过各部件的配合使用实现自动测量活塞环槽的形状误差，结构简单且操作方便快捷，替代传统的人工检测方式，提升测量效率，并提高检测精度，保证活塞质量。本发明还提供一种活塞环槽形状误差测量方法。
Description
技术领域
本发明涉及活塞加工领域，特别是涉及一种活塞环槽形状误差测量仪。此外，本发明还涉及一种活塞环槽形状误差测量方法。
背景技术
活塞作为多种系统的重要部件，广泛应用于多种技术领域中，活塞外周会设置有环槽，环槽为矩形槽或梯形槽，为了保证设备可靠性，需要对活塞进行形状误差的检测，环槽的检测项目包括周向直线度、径向直线度，梯形槽还另外检测角度。
由于活塞环槽的公差范围较小，对检测精度要求极高。目前的检测手段为通过圆度仪手动检测，检测效率低，检测精度受转台的调平度影响。
因此，如何提供一种活塞环槽形状误差测量仪自动测量形状误差是本领域技术人员需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种活塞环槽形状误差测量仪，实现自动测量形状误差，结构简单且操作方便快捷，提升测量效率，并提高检测精度，保证活塞质量。本发明的另一目的是提供活塞环槽形状误差测量方法。
为解决上述技术问题，本发明提供一种活塞环槽形状误差自动测量仪，包括底座以及安装于所述底座上的转台和位移机构，所述转台上面用于支撑待测活塞，所述底座内安装有用于驱动所述转台旋转的旋转驱动器，所述位移机构上安装有测量传感器，还包括连接所述位移机构和所述测量传感器的工控机，所述工控机根据待测活塞的型号控制所述位移机构工作以驱动所述测量传感器伸入待测活塞的环槽内，所述测量传感器将测量数据传送至所述工控机以获取环槽的周向直线度、径向直线度和角度。
优选地，所述位移机构包括纵向导轨、纵向驱动器、横向导轨和横向驱动器，所述纵向导轨下端连接所述底座，所述纵向驱动器安装于所述纵向导轨上端，所述横向导轨安装于所述纵向导轨的纵向滑块上，所述纵向驱动器驱动所述纵向滑块沿所述纵向导轨竖直移动，所述横向驱动器安装于所述横向导轨的外端，横向滑块安装于所述横向导轨的内端，所述测量传感器安装于所述横向滑块，所述横向驱动器驱动所述横向滑块沿所述横向导轨水平移动，所述工控机连接所述纵向驱动器和所述横向驱动器。
优选地，所述旋转驱动器具体为旋转电机，所述纵向驱动器具体为纵向伺服电机，所述横向驱动器具体为横向伺服电机，所述纵向导轨内设置有连接所述纵向伺服电机和所述纵向滑块的纵向传动机构，所述横向导轨内设置有连接所述横向伺服电机和所述横向滑块的横向传动机构。
优选地，所述纵向传动机构和所述横向传动机构具体为蜗轮蜗杆机构。
优选地，所述转台具体为调平调心转台。
优选地，所述底座具体为矩形面大理石底座，所述转台和所述位移机构分别设置于所述矩形面大理石底座上面的两端。
优选地，所述测量传感器具体为上下两侧均设置有检测元件的双向杠杆传感器。
本发明还提供一种活塞环槽形状误差测量方法，包括步骤：
将待测活塞放置于转台，对所述转台调平调心，向工控机输入待测活塞的基本参数；
工控机根据所述基本参数控制位移机构，位移机构驱动测量传感器伸入待测活塞的环槽内；
使所述测量传感器下侧的检测元件接触环槽下侧面，所述转台转动带动待测活塞转动，所述测量传感器采集环槽下侧面周向的数据，所述转台停止转动，所述位移机构驱动使所述测量传感器上侧的检测元件接触环槽上侧面，所述转台转动带动待测活塞转动，所述测量传感器采集环槽上侧面周向的数据，所述转台停止转动，所述工控机处理数据得到环槽的周向直线度；
或者使所述测量传感器下侧的检测元件接触环槽下侧面内端，所述转台停止转动，所述位移机构驱动所述测量传感器向外移动，所述测量传感器采集环槽下侧面径向的数据，所述位移机构驱动使所述测量传感器上侧的检测元件接触环槽上侧面内端，所述转台停止转动，所述位移机构驱动所述测量传感器向外移动，所述测量传感器采集环槽上侧面径向的数据，所述工控机处理数据得到环槽的径向直线度；若环槽为梯形槽，所述工控机处理数据得到环槽侧面的倾斜角度。
优选地，所述向工控机输入待测活塞的基本参数包括输入待测活塞型号、直径、高度以及待测活塞环槽高度、宽度、深度、下角度和总角度；
所述工控机处理数据包括对数据进行滤布、软件算法调平和结果计算。
优选地，计算周向直线度时，获取环槽一周检测轨迹所在圆形的圆心，取通过圆心的直线为中心线，待测活塞的倾斜使所述中心线两侧的点处于不同水平面，根据两侧点计算得出倾斜的角度，并计算得出补偿高度，并通过最小二乘法计算周向直线度。
本发明提供一种活塞环槽形状误差自动测量仪，包括底座以及安装于底座上的转台和位移机构，转台上面用于支撑待测活塞，底座内安装有用于驱动转台旋转的旋转驱动器，位移机构上安装有测量传感器，还包括连接位移机构和测量传感器的工控机，工控机根据待测活塞的型号控制位移机构工作以驱动测量传感器伸入待测活塞的环槽内，测量传感器将测量数据传送至工控机以获取环槽的周向直线度、径向直线度和角度。
本发明还提供一种应用上述活塞环槽形状误差测量仪的测量方法，包括步骤：将待测活塞放置于转台，对转台调平调心，向工控机输入待测活塞的基本参数；工控机根据基本参数控制位移机构，位移机构驱动测量传感器伸入待测活塞的环槽内；通过转台的转动以及位移机构的驱动，使测量传感器采集数据，工控机处理数据得出环槽的周向直线度和径向直线度，以及梯形槽侧面的倾斜角度。
通过各部件的配合使用实现自动测量活塞环槽的形状误差，结构简单且操作方便快捷，替代传统的人工检测方式，提升测量效率，并提高检测精度，保证活塞质量。
附图说明
图1为本发明所提供的活塞环槽形状误差测量仪的一种具体实施方式的结构示意图；
图2为本发明所提供的活塞环槽形状误差测量仪的一种具体实施方式检测矩形槽时测量传感器位置示意图；
图3为本发明所提供的活塞环槽形状误差测量仪的一种具体实施方式检测梯形槽时测量传感器位置示意图；
图4为本发明所提供的活塞环槽形状误差测量仪的一种具体实施方式中测量传感器位置的俯视示意图；
图5为本发明所提供的活塞环槽形状误差测量仪的一种具体实施方式的高度补偿示意图。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种活塞环槽形状误差测量仪，实现自动测量形状误差，结构简单且操作方便快捷，提升测量效率，并提高检测精度，保证活塞质量。本发明的另一目的是提供活塞环槽形状误差测量方法。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
请参考图1至图5，图1为本发明所提供的活塞环槽形状误差测量仪的一种具体实施方式的结构示意图；图2为本发明所提供的活塞环槽形状误差测量仪的一种具体实施方式检测矩形槽时测量传感器位置示意图；图3为本发明所提供的活塞环槽形状误差测量仪的一种具体实施方式检测梯形槽时测量传感器位置示意图；图4为本发明所提供的活塞环槽形状误差测量仪的一种具体实施方式中测量传感器位置的俯视示意图；图5为本发明所提供的活塞环槽形状误差测量仪的一种具体实施方式的高度补偿示意图。
本发明具体实施方式提供一种活塞环槽形状误差自动测量仪，包括底座1、转台2、位移机构、测量传感器3和工控机4，转台2和位移机构安装于底座1上，底座1内安装有旋转驱动器，转台2上面用于支撑待测活塞9，转台2下面连接旋转驱动器，驱动转台2旋转，测量传感器3安装在位移机构上，工控机4通信连接位移机构和测量传感器3，工控机4根据待测活塞9的型号控制位移机构工作以驱动测量传感器3伸入待测活塞9的环槽10内，测量传感器3将测量数据传送至工控机4以获取环槽10的周向直线度、径向直线度和角度。
具体地，转台2具体为调平调心转台，可以通过调整转台2上的旋钮调整转台2的倾斜角度及中心位置，保证检测精度。测量传感器3具体为上下两侧均设置有检测元件的双向杠杆传感器，即无需换向即可测量环槽10的上下侧面，并保证测量数据的真实准确。
应用上述设备的具体测量方法包括步骤：
将待测活塞9放置于转台2，对转台2调平调心，向工控机4输入待测活塞9的基本参数，根据各基本参数计算，得出测量过程中位移机构驱动测量传感器3的运动轨迹，以使任意型号的待测活塞9放置在转台2上，测量传感器3均能根据对应的运动轨迹进入环槽10内。
工控机4根据计算得出的运动轨迹控制位移机构，位移机构驱动测量传感器3伸入待测活塞9的环槽10内。举例说明，将横向视为X轴，纵向视为Y轴，当前测量传感器3位置为(20，20)，环槽10位置为(10，10)，则首先纵向向下移动10使测量传感器3与环槽10处于同一高度，即(20，10)位置，然后再横向向内移动10，使测量传感器3移动至环槽10中，即(10，10)位置。
位移机构驱动使测量传感器3向下移动，测量传感器3下侧的检测元件接触环槽10下侧面，测量传感器3停止运动，转台2转动带动待测活塞9转动，测量传感器3实时采集环槽10下侧面周向的数据，即旋转一周的数据，转台2停止转动，位移机构驱动使测量传感器3向上移动，测量传感器3上侧的检测元件接触环槽10上侧面，测量传感器3停止运动，转台2转动带动待测活塞9转动，测量传感器3实时采集环槽10上侧面周向的数据，即旋转一周的数据，转台2停止转动，工控机4处理上述数据及转台2旋转角度，进而得到环槽10的周向直线度。
或者位移机构驱动使测量传感器3下移并向环槽10内端底面移动，测量传感器3下侧的检测元件接触环槽10下侧面内端，转台2停止转动，位移机构驱动测量传感器3横向向外端开口移动，测量传感器3实时采集环槽10下侧面径向的数据，位移机构驱动使测量传感器3上移并向环槽10内端底面移动，测量传感器3上侧的检测元件接触环槽10上侧面内端，转台2停止转动，位移机构驱动测量传感器3横向向外端开口移动，测量传感器3采集环槽10上侧面径向的数据，工控机4处理上述数据及位移机构横向移动距离，进而得到环槽10的径向直线度。
进一步地，若环槽10为梯形槽，按照上述方式测量即可，若环槽10为梯形槽，还可测量角度，采用上述径向直线度测量的方法，测量传感器3向外横向移动的同时，位移机构也会驱动测量传感器3纵向移动，即检测元件沿着环槽10上下侧面径向移动，使其沿斜线移动，即位移机构同时产生横向位移和纵向位移，工控机4处理数据及位移机构横向移动和纵向移动的距离，进而得到环槽10侧面的倾斜角度。
优选地，向工控机4输入待测活塞9的基本参数包括输入待测活塞9型号、直径、高度以及待测活塞9环槽10高度、宽度、深度、下角度和总角度，通过上述参数即可完整还原待测活塞9的外形，还可将活塞型号与对应的其他参数匹配，形成配方，向工控机4输入型号即可自动生成其他参数，完成运动轨迹的计算。工控机4处理数据的过程包括对数据进行滤布、软件算法调平和结果计算，提高计算结果的精确性。
在上述各具体实施方式的测量方法的基础上，计算周向直线度时，获取环槽10一周检测轨迹所在圆形的圆心，取通过圆心的直线为中心线，待测活塞9的倾斜使中心线两侧的点处于不同水平面，根据两侧点计算得出倾斜的角度，并计算得出补偿高度，并通过最小二乘法计算周向直线度。具体地，周向直线度的计算需保证环槽10一周检测轨迹所在圆形平面与测量传感器3测量方向垂直，即与测量传感器3测针方向平行，所以对采集到的数据进行软件调平，环槽10所在平面的角度倾斜表现为中心线两侧的点不在同一水平面上，故查询采集的数据，找出这条中心线，并通过两侧的点计算出倾斜的角度，即需要补偿的角度，通过三角函数将角度的补偿转换为高度的补偿，图5中实线圆形为调平前数据模拟的环槽10平面，虚线圆形为调平后数据模拟的环槽10平面，两平面夹具为补偿角度，两平面边缘的最大距离为补偿高度。计算出新的数据作为周向直线度计算的基础。
通过各部件的配合使用实现自动测量活塞环槽的形状误差，结构简单且操作方便快捷，替代传统的人工检测方式，提升测量效率，并提高检测精度，保证活塞质量。
在本发明具体实施方式提供的活塞环槽形状误差自动测量仪中，位移机构包括纵向导轨5、纵向驱动器6、横向导轨7和横向驱动器8，纵向导轨5下端连接底座1，纵向驱动器6安装于纵向导轨5上端，横向导轨7安装于纵向导轨5的纵向滑块上，纵向驱动器6驱动纵向滑块沿纵向导轨5竖直移动，带动横向导轨7及安装于其上的各部件竖直移动，横向驱动器8安装于横向导轨7的外端，横向滑块安装于横向导轨7的内端，测量传感器3安装于横向滑块，横向驱动器8驱动横向滑块沿横向导轨7水平移动，带动测量传感器3水平移动，工控机4连接纵向驱动器6和横向驱动器8，进而实现测量传感器3横向移动和纵向移动，安装预定的运动轨迹移动。
具体地，旋转驱动器具体为旋转电机，纵向驱动器6具体为纵向伺服电机，横向驱动器8具体为横向伺服电机，纵向导轨5内设置有连接纵向伺服电机和纵向滑块的纵向传动机构，横向导轨7内设置有连接横向伺服电机和横向滑块的横向传动机构，通过电机提升控制精度。进一步地，纵向传动机构和横向传动机构具体为蜗轮蜗杆机构。也可根据情况调整位移机构的类型，如采用机械臂结构，或调整驱动器的类型及传动方式，如气压驱动，以及链条传动等，均在本发明的保护范围之内。
其中，底座1具体为矩形面大理石底座，转台2和位移机构分别设置于矩形面大理石底座上面的两端，保证装置支撑稳定性。
以上对本发明所提供的活塞环槽形状误差测量仪及测量方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种活塞环槽形状误差自动测量仪，其特征在于，包括底座(1)以及安装于所述底座(1)上的转台(2)和位移机构，所述转台(2)上面用于支撑待测活塞(9)，所述底座(1)内安装有用于驱动所述转台(2)旋转的旋转驱动器，所述位移机构上安装有测量传感器(3)，还包括连接所述位移机构和所述测量传感器(3)的工控机(4)，所述工控机(4)根据待测活塞(9)的型号控制所述位移机构工作以驱动所述测量传感器(3)伸入待测活塞(9)的环槽(10)内，所述测量传感器(3)将测量数据传送至所述工控机(4)以获取环槽(10)的周向直线度、径向直线度和角度。
2.根据权利要求1所述的活塞环槽形状误差自动测量仪，其特征在于，所述位移机构包括纵向导轨(5)、纵向驱动器(6)、横向导轨(7)和横向驱动器(8)，所述纵向导轨(5)下端连接所述底座(1)，所述纵向驱动器(6)安装于所述纵向导轨(5)上端，所述横向导轨(7)安装于所述纵向导轨(5)的纵向滑块上，所述纵向驱动器(6)驱动所述纵向滑块沿所述纵向导轨(5)竖直移动，所述横向驱动器(8)安装于所述横向导轨(7)的外端，横向滑块安装于所述横向导轨(7)的内端，所述测量传感器(3)安装于所述横向滑块，所述横向驱动器(8)驱动所述横向滑块沿所述横向导轨(7)水平移动，所述工控机(4)连接所述纵向驱动器(6)和所述横向驱动器(8)。
3.根据权利要求2所述的活塞环槽形状误差自动测量仪，其特征在于，所述旋转驱动器具体为旋转电机，所述纵向驱动器(6)具体为纵向伺服电机，所述横向驱动器(8)具体为横向伺服电机，所述纵向导轨(5)内设置有连接所述纵向伺服电机和所述纵向滑块的纵向传动机构，所述横向导轨(7)内设置有连接所述横向伺服电机和所述横向滑块的横向传动机构。
4.根据权利要求3所述的活塞环槽形状误差自动测量仪，其特征在于，所述纵向传动机构和所述横向传动机构具体为蜗轮蜗杆机构。
5.根据权利要求1所述的活塞环槽形状误差自动测量仪，其特征在于，所述转台(2)具体为调平调心转台。
6.根据权利要求5所述的活塞环槽形状误差自动测量仪，其特征在于，所述底座(1)具体为矩形面大理石底座，所述转台(2)和所述位移机构分别设置于所述矩形面大理石底座上面的两端。
7.根据权利要求1至6任意一项所述的活塞环槽形状误差自动测量仪，其特征在于，所述测量传感器(3)具体为上下两侧均设置有检测元件的双向杠杆传感器。
8.一种活塞环槽形状误差测量方法，其特征在于，包括步骤：
将待测活塞(9)放置于转台(2)，对所述转台(2)调平调心，向工控机(4)输入待测活塞(9)的基本参数；
工控机(4)根据所述基本参数控制位移机构，位移机构驱动测量传感器(3)伸入待测活塞(9)的环槽(10)内；
使所述测量传感器(3)下侧的检测元件接触环槽(10)下侧面，所述转台(2)转动带动待测活塞(9)转动，所述测量传感器(3)采集环槽(10)下侧面周向的数据，所述转台(2)停止转动，所述位移机构驱动使所述测量传感器(3)上侧的检测元件接触环槽(10)上侧面，所述转台(2)转动带动待测活塞(9)转动，所述测量传感器(3)采集环槽(10)上侧面周向的数据，所述转台(2)停止转动，所述工控机(4)处理数据得到环槽(10)的周向直线度；
或者使所述测量传感器(3)下侧的检测元件接触环槽(10)下侧面内端，所述转台(2)停止转动，所述位移机构驱动所述测量传感器(3)向外移动，所述测量传感器(3)采集环槽(10)下侧面径向的数据，所述位移机构驱动使所述测量传感器(3)上侧的检测元件接触环槽(10)上侧面内端，所述转台(2)停止转动，所述位移机构驱动所述测量传感器(3)向外移动，所述测量传感器(3)采集环槽(10)上侧面径向的数据，所述工控机(4)处理数据得到环槽(10)的径向直线度；若环槽(10)为梯形槽，所述工控机(4)处理数据得到环槽(10)侧面的倾斜角度。
9.根据权利要求8所述的活塞环槽形状误差测量方法，其特征在于，所述向工控机(4)输入待测活塞(9)的基本参数包括输入待测活塞(9)型号、直径、高度以及待测活塞(9)环槽(10)高度、宽度、深度、下角度和总角度；
所述工控机(4)处理数据包括对数据进行滤布、软件算法调平和结果计算。
10.根据权利要求8或9任意一项所述的活塞环槽形状误差测量方法，其特征在于，计算周向直线度时，获取环槽(10)一周检测轨迹所在圆形的圆心，取通过圆心的直线为中心线，待测活塞(9)的倾斜使所述中心线两侧的点处于不同水平面，根据两侧点计算得出倾斜的角度，并计算得出补偿高度，并通过最小二乘法计算周向直线度。
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