CN115265367A - 一种测量转轴自由度误差的光学测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测量转轴自由度误差的光学测量装置，包括工作台，还包括用于固定工件轴的固定组件，且固定组件还能够带动工件轴以其轴线旋转；调节组件，用于调节工件轴伸出固定组件的距离；测量组件，包括固定在工件轴端部的反光环和能够随反光环一起轴向移动的直角架，所述直角架的两侧壁均固定安装有激光接收条，两个所述激光接收条中间部位均安装有激光头，在所述反光环的反射下，当所述激光头的反射范围超出激光接收条时，所述工件轴的伸出长度即为伸出的极限长度。本发明通过结构之间的配合，可以对工件轴在车削加工前进行检测，测出其在加工误差允许范围内，可以伸出三爪卡盘的长度，以保证工件轴在车削等加工过程中的精确度。

Description

一种测量转轴自由度误差的光学测量装置

技术领域

本发明涉及机床测试设备技术领域，具体为一种测量转轴自由度误差的光学测量装置。

背景技术

一个任意移动的缸体，总共有六个自由度，即三个平动自由度和三个转动自由度，而在机床车削的加工过程中，通过三爪卡盘将代加工的圆柱进行夹持固定，并带动其沿轴线转动，然后再通过车刀沿垂直与工件旋转轴线的方向水平移动，以完成对工件的车削过程。

而在此过程中，由于三爪卡盘对工件轴的夹持作用，所以工件轴只有一个转动自由度，但是在重力的作用下，工件轴伸出三爪卡盘的距离越长，其旋转时端部处的旋转中心会偏离轴线，（即伸出的长度越长，车刀切削时的误差则会越大，而伸出的长度越短，车削时的误差则会越小），并且由于工件轴材质的不同，伸出的长度也不一样，因此，工件轴在机床车削前则需要对其进行测量，测出工件轴在误差允许的范围内，可以伸出三爪卡盘的极限长度，从而减少加工过程中的误差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种测量转轴自由度误差的光学测量装置，可以对工件轴在车削加工前进行检测，测出其在加工误差允许范围内，可以伸出三爪卡盘的长度，以保证工件轴在车削等加工过程中的精确度，解决了背景技术中的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种测量转轴自由度误差的光学测量装置，包括工作台，还包括用于固定工件轴的固定组件，且固定组件还能够带动工件轴以其轴线旋转；

调节组件，用于调节工件轴伸出固定组件的距离；

测量组件，包括固定在工件轴端部的反光环和能够随反光环一起轴向移动的直角架，所述直角架的两侧壁均固定安装有激光接收条，两个所述激光接收条中间部位均安装有激光头，在所述反光环的反射下，当所述激光头的反射范围超出激光接收条时，所述工件轴的伸出长度即为伸出的极限长度。

优选的，所述固定组件包括固定在工作台上的第一竖板，所述第一竖板上转动安装有转动套，所述转动套内部开设有空腔，且空腔内包括一段锥形孔，所述空腔的内部环形分布有至少三个夹持组件；

所述夹持组件包括沿轴向滑动安装在锥形孔内壁的夹块，所述夹块与空腔内壁连接有第三拉簧，所述夹块与空腔内壁分别安装有磁体和电磁铁，当所述电磁铁通电时，所述电磁铁与磁体同级相斥。

优选的，还包括用于驱动转动套间歇转动的驱动组件，且当所述转动套转动时，所述电磁铁通电，所述转动套停止时，所述电磁铁断电；

所述第一竖板的外壁开设有通孔，且通孔内滑动安装有连接板，所述直角架固定在连接板的一端，所述连接板远离直角架的一端固定有安装件，且所述工件轴的一端转动安装在安装件上，所述安装件与第一竖板之间安装有气缸，当所述电磁铁断电后，所述气缸启动，所述电磁铁通电后，所述气缸停止。

优选的，所述驱动组件包括通过第二竖板转动安装在工作台顶部的第二齿轮，所述转动套的一端固定有与第二齿轮相啮合的第一齿轮，所述第二齿轮的中心开设有通槽，且通槽内壁开设为棘槽；

还包括贯穿通槽且可变加速转动的转轴，所述转轴通过轴座安装在工作台的顶部，位于通槽内的转轴外壁固定有圆盘，所述圆盘的弧面外壁转动安装有棘爪，所述棘爪与圆盘之间连接有第二拉簧，当所述转轴低速转动时，所述棘爪贴在圆盘上，当所述转轴高速转动时，所述棘爪卡入棘槽内并与其相抵。

优选的，所述转轴的外壁转动安装有摆动板，所述摆动板的外壁转动安装有主动轮，且所述主动轮与传动轮摩擦接触，所述工作台的顶部通过轴座转动安装有主动轴，且所述主动轴的外壁固定有摩擦凸轮，所述摩擦凸轮与主动轮之间摩擦接触，所述主动轴的外壁与摆动板的外壁均转动安装有连接块，且两个连接块之间连接有第一拉簧；

还包括用于驱动主动轴转动的电机。

优选的，所述工作台的顶部固定有立板，且所述立板上开设有圆槽，所述主动轴伸入圆槽内的一端固定有与摩擦凸轮同步设置的触发凸轮，所述圆槽的内壁安装有两个触发开关，且两个所述触发开关分别与电磁铁和气缸电连接，当所述摩擦凸轮转动使主动轮下移时，所述触发凸轮依次与两个触发开关接触并触发。

优选的，所述第二齿轮的直径大于第一齿轮的直径。

优选的，所述传动轮、主动轮和摩擦凸轮之间均采用齿轮传动方式。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明通过结构之间的配合，可以对工件轴在车削加工前进行检测，测出其在加工误差允许范围内，可以伸出三爪卡盘的长度，以保证工件轴在车削等加工过程中的精确度，比较适用于加工长度较长的工件时，对其进行加工前的检测。

附图说明

图1为本发明的右侧视俯视立体图；

图2为本发明的左侧视俯视立体图；

图3为本发明的主视图；

图4为本发明图3中沿A-A的剖视图；

图5为本发明的右视图；

图6为本发明的左视图；

图7为本发明的俯视图；

图8为本发明工件轴旋转没有偏移时的测量图；

图9为本发明工件轴旋转出现偏移时的测量图；

图10为本发明第一竖板和转动套的放大立体图；

图11为本发明转动套的局部剖视立体图；

图12为本发明图11中的B处放大图。

图中：1、工作台；2、第一竖板；3、转动套；4、第一齿轮；5、工件轴；6、安装件；7、气缸；8、连接板；9、直角架；10、激光头；11、激光接收条；12、反光环；13、转轴；14、第二齿轮；15、传动轮；16、摆动板；17、主动轮；18、摩擦凸轮；19、第一拉簧；20、主动轴；21、圆盘；22、立板；23、圆槽；24、触发凸轮；25、触发开关；26、棘爪；27、棘槽；28、第二拉簧；29、锥形孔；30、夹块；31、磁体；32、第三拉簧；33、电磁铁。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1至图12，本发明提供一种技术方案：一种测量转轴自由度误差的光学测量装置，包括工作台1，还包括用于固定工件轴5的固定组件，且固定组件还能够带动工件轴5以其轴线旋转；

调节组件，用于调节工件轴5伸出固定组件的距离；

测量组件，包括固定在工件轴5端部的反光环12和能够随反光环12一起轴向移动的直角架9，直角架9的两侧壁均固定安装有激光接收条11，两个激光接收条11中间部位均安装有激光头10，在反光环12的反射下，当激光头10的反射范围超出激光接收条11时，工件轴5的伸出长度即为伸出的极限长度。

该测量装置在使用时，通过固定组件对工件轴5进行固定，并将反光环12同轴固定在工件轴5伸出的一端，安装好后，带动工件轴5以轴线旋转，与此同时，激光头10向反光环12的轴线射出激光，当工件轴5转动是沿着轴线转动，且没有发生偏移时，此时反光环12会将激光原路反射，并使其接收；

初次测量结束后，通过调节组件调节工件轴5伸出固定组件的距离，这个距离相当于工件轴5伸出三爪卡盘的距离，调节完毕后，再通过上述方式进行测量；

然后重复上述步骤即可，逐级加长工件轴5伸出固定组件的距离，随着长度的伸长，末端的工件轴5则会偏离旋转的轴线，具体参看图8和图9，当工件轴5出现偏离时，此时反光环12反射的激光则会出现角度，并通过激光接收条11进行接收，而且随着偏离的角度变大，反射的角度也会逐渐变大，直至激光接收条11无法接收到激光的反射时，此时说明工件轴5的偏离量已超出误差范围内，即工件轴5伸出的长度已达极限状态；

这样即可确定出工件轴5在加工时，在误差允许的范围内，可以伸出的最大长度，进而保证了工件轴5的正常车削加工。

而且在实际加工过程中，工件轴5可能是塑料棒也可能是铁棒，通过对不同材质的工件轴5进行检测，即可测出不同材质工件轴5所能伸出的最大极限长度。

在上述较为优选的实施例中，固定组件包括固定在工作台1上的第一竖板2，第一竖板2上转动安装有转动套3，转动套3内部开设有空腔，且空腔内包括一段锥形孔29，空腔的内部环形分布有至少三个夹持组件；

夹持组件包括沿轴向滑动安装在锥形孔29内壁的夹块30，夹块30与空腔内壁连接有第三拉簧32，夹块30与空腔内壁分别安装有磁体31和电磁铁33，当电磁铁33通电时，电磁铁33与磁体31同级相斥。

具体可参看图10至图12，固定工件轴5时，将工件轴5从空腔中穿过，然后对电磁铁33通电，利用磁铁之间的同极相斥，使夹块30在锥形孔29的内壁滑动，并对工件轴5进行夹紧，并且通过至少三个夹持组件，可以对工件轴5起到夹持和定位的作用，以保证工件轴5与转动套3之间同轴固定。

然后当电磁铁33断电后，斥力消失，然后夹块30会在第三拉簧32的拉力作用下复位移动，并解除对工件轴5的夹持作用，以方便对其进行调节。

在上述较为优选的实施例中，还包括用于驱动转动套3间歇转动的驱动组件，且当转动套3转动时，电磁铁33通电，转动套3停止时，电磁铁33断电。

第一竖板2的外壁开设有通孔，且通孔内滑动安装有连接板8，直角架9固定在连接板8的一端，连接板8远离直角架9的一端固定有安装件6，且工件轴5的一端转动安装在安装件6上，安装件6与第一竖板2之间安装有气缸7，当电磁铁33断电后，气缸7启动，电磁铁33通电后，气缸7停止。

测试时，通过驱动组件驱动转动套3间歇转动，从而带动工件轴5间歇转动，并且在转动套3转动时，电磁铁33通电，将工件轴5夹紧，进行激光检测过程；

然后当转动套3停止转动时，电磁铁33断电，解除对工件轴5的夹持作用，同时气缸7启动，带动安装件6移动，以调节工件轴5的伸出长度，并且在连接板8的连接作用下，其上的激光头10等结构会随着一起同步移动，以保证激光头10始终与反光环12相对；

调节结束后，电磁铁33重新通电，对工件轴5重新夹持固定，同时气缸7停止运行；

这样通过不断重复上述过程，即可逐级调节伸出的工件轴5的长度，从而对其进行偏移检测，进而达到测量误差的效果。

并且，由于安装件6对工件轴5也起到一定的限制作用，所以工件轴5在转动的过程中，会使工件轴5的一端处于稳定状态，以防止转动套3两边的工件轴5的偏移量相互影响和叠加，从而进一步使测量结果更加准确。

在上述较为优选的实施例中，驱动组件包括通过第二竖板转动安装在工作台1顶部的第二齿轮14，转动套3的一端固定有与第二齿轮14相啮合的第一齿轮4，第二齿轮14的中心开设有通槽，且通槽内壁开设为棘槽27；

还包括贯穿通槽且可变加速转动的转轴13，转轴13通过轴座安装在工作台1的顶部，位于通槽内的转轴13外壁固定有圆盘21，圆盘21的弧面外壁转动安装有棘爪26，棘爪26与圆盘21之间连接有第二拉簧28，当转轴13低速转动时，棘爪26贴在圆盘21上，当转轴13高速转动时，棘爪26卡入棘槽27内并与其相抵。

具体可参看图4，驱动时，通过外部结构带动转轴13转动，并且在转动的过程中会有变加速的过程，当转轴13低速转动时，棘爪26会在第二拉簧28的拉力作用下贴在圆盘21上，此时第二齿轮14处于静止状态，并且对工件轴5的调节过程则在此时进行；

然后当转轴13变加速时，即高速转动时，在离心力的作用下，棘爪26会克服第二拉簧28的拉力，向外转动并卡入棘槽27内，此时圆盘21转动则会带动第二齿轮14转动，从而带动第一齿轮4和转动套3转动，进而带动工件轴5转动进行检测；

而当转轴13再次变为低速转动时，棘爪26会在第二拉簧28的拉力作用下，与棘槽27脱离；

综上，通过转轴13的转动和结构之间的配合，即可带动工件轴5不断间歇转动，以达到检测的目的。

在上述较为优选的实施例中，转轴13的外壁转动安装有摆动板16，摆动板16的外壁转动安装有主动轮17，且主动轮17与传动轮15摩擦接触，工作台1的顶部通过轴座转动安装有主动轴20，且主动轴20的外壁固定有摩擦凸轮18，摩擦凸轮18与主动轮17之间摩擦接触，主动轴20的外壁与摆动板16的外壁均转动安装有连接块，且两个连接块之间连接有第一拉簧19；

还包括用于驱动主动轴20转动的电机。

具体可参看图1和图5，使用时通过电机驱动主动轴20转动，通过摩擦凸轮18、主动轮17和传动轮15之间的摩擦传动来带动转轴13转动，图5中的箭头则为转动方向；

当摩擦凸轮18转动，并顶着主动轮17向上摆动的同时，此时传动轮15的转动速度则会变成主动轮17的传动速度加上主动轮17上摆时对其增加的转速，相反，当摩擦凸轮18的凸出部越过主动轮17后，此时随着摩擦凸轮18的转动，在第一拉簧19的拉力作用下，摆动板16会向下摆动，并使主动轮17下摆，而此时传动轮15的速度则变为主动轮17的传动速度减去主动轮17下摆时抵消掉的速度；

综上，摩擦凸轮18在转动带动主动轮17和摆动板16向上摆动的同时，则会增加传动轮15的转速，反之，当主动轮17和摆动板16向下摆动时，则会降低传动轮15的转速，从而达到变速驱动转轴13的目的。

在上述较为优选的实施例中，工作台1的顶部固定有立板22，且立板22上开设有圆槽23，主动轴20伸入圆槽23内的一端固定有与摩擦凸轮18同步设置的触发凸轮24，圆槽23的内壁安装有两个触发开关25，且两个触发开关25分别与电磁铁33和气缸7电连接，当摩擦凸轮18转动使主动轮17下移时，触发凸轮24依次与两个触发开关25接触并触发。

具体可参看图2和图6，当主动轴20带动摩擦凸轮18转动，并使主动轮17上摆时，即工件轴5处于转动检测的状态，此时与摩擦凸轮18同步转动的触发凸轮24没有与触发开关25接触；

然后当摩擦凸轮18转动使摆动板16下摆时，此时工件轴5处于停止的状态，此时触发凸轮24的凸起部分会依次与两个触发开关25接触，从而控制电磁铁33和气缸7的启停，以达到调节工件轴5的目的。

在上述较为优选的实施例中，第二齿轮14的直径大于第一齿轮4的直径。

利用大齿轮带动小齿轮转动，可以使第一齿轮4带动转动套3和工件轴5转动的角度更大，圈数更多，以确保测量结果的准确度。

在上述较为优选的实施例中，传动轮15、主动轮17和摩擦凸轮18之间均采用齿轮传动方式。

还可以采用圆形齿轮与椭圆齿轮之间的配合，相比于摩擦传动可以提高传动的高效，避免因为打滑而影响传动效果。

本实施例中使用的标准零件可以从市场上直接购买，而根据说明书和附图的记载的非标准结构部件，也可以直接根据现有的技术常识毫无疑义地加工得到，同时各个零部件的连接方式采用现有技术中成熟的常规手段，而机械、零件及设备均采用现有技术中常规的型号，故在此不再作出具体叙述。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种测量转轴自由度误差的光学测量装置，包括工作台（1），其特征在于：还包括用于固定工件轴（5）的固定组件，且固定组件还能够带动工件轴（5）以其轴线旋转；

调节组件，用于调节工件轴（5）伸出固定组件的距离；

测量组件，包括固定在工件轴（5）端部的反光环（12）和能够随反光环（12）一起轴向移动的直角架（9），所述直角架（9）的两侧壁均固定安装有激光接收条（11），两个所述激光接收条（11）中间部位均安装有激光头（10），在所述反光环（12）的反射下，当所述激光头（10）的反射范围超出激光接收条（11）时，所述工件轴（5）的伸出长度即为伸出的极限长度。

2.根据权利要求1所述的测量转轴自由度误差的光学测量装置，其特征在于：所述固定组件包括固定在工作台（1）上的第一竖板（2），所述第一竖板（2）上转动安装有转动套（3），所述转动套（3）内部开设有空腔，且空腔内包括一段锥形孔（29），所述空腔的内部环形分布有至少三个夹持组件；

所述夹持组件包括沿轴向滑动安装在锥形孔（29）内壁的夹块（30），所述夹块（30）与空腔内壁连接有第三拉簧（32），所述夹块（30）与空腔内壁分别安装有磁体（31）和电磁铁（33），当所述电磁铁（33）通电时，所述电磁铁（33）与磁体（31）同级相斥。

3.根据权利要求2所述的测量转轴自由度误差的光学测量装置，其特征在于：还包括用于驱动转动套（3）间歇转动的驱动组件，且当所述转动套（3）转动时，所述电磁铁（33）通电，所述转动套（3）停止时，所述电磁铁（33）断电；

所述第一竖板（2）的外壁开设有通孔，且通孔内滑动安装有连接板（8），所述直角架（9）固定在连接板（8）的一端，所述连接板（8）远离直角架（9）的一端固定有安装件（6），且所述工件轴（5）的一端转动安装在安装件（6）上，所述安装件（6）与第一竖板（2）之间安装有气缸（7），当所述电磁铁（33）断电后，所述气缸（7）启动，所述电磁铁（33）通电后，所述气缸（7）停止。

4.根据权利要求3所述的测量转轴自由度误差的光学测量装置，其特征在于：所述驱动组件包括通过第二竖板转动安装在工作台（1）顶部的第二齿轮（14），所述转动套（3）的一端固定有与第二齿轮（14）相啮合的第一齿轮（4），所述第二齿轮（14）的中心开设有通槽，且通槽内壁开设为棘槽（27）；

还包括贯穿通槽且可变加速转动的转轴（13），所述转轴（13）通过轴座安装在工作台（1）的顶部，位于通槽内的转轴（13）外壁固定有圆盘（21），所述圆盘（21）的弧面外壁转动安装有棘爪（26），所述棘爪（26）与圆盘（21）之间连接有第二拉簧（28），当所述转轴（13）低速转动时，所述棘爪（26）贴在圆盘（21）上，当所述转轴（13）高速转动时，所述棘爪（26）卡入棘槽（27）内并与其相抵。

5.根据权利要求4所述的测量转轴自由度误差的光学测量装置，其特征在于：所述转轴（13）的外壁转动安装有摆动板（16），所述摆动板（16）的外壁转动安装有主动轮（17），且所述主动轮（17）与传动轮（15）摩擦接触，所述工作台（1）的顶部通过轴座转动安装有主动轴（20），且所述主动轴（20）的外壁固定有摩擦凸轮（18），所述摩擦凸轮（18）与主动轮（17）之间摩擦接触，所述主动轴（20）的外壁与摆动板（16）的外壁均转动安装有连接块，且两个连接块之间连接有第一拉簧（19）；

还包括用于驱动主动轴（20）转动的电机。

6.根据权利要求5所述的测量转轴自由度误差的光学测量装置，其特征在于：所述工作台（1）的顶部固定有立板（22），且所述立板（22）上开设有圆槽（23），所述主动轴（20）伸入圆槽（23）内的一端固定有与摩擦凸轮（18）同步设置的触发凸轮（24），所述圆槽（23）的内壁安装有两个触发开关（25），且两个所述触发开关（25）分别与电磁铁（33）和气缸（7）电连接，当所述摩擦凸轮（18）转动使主动轮（17）下移时，所述触发凸轮（24）依次与两个触发开关（25）接触并触发。

7.根据权利要求4-6任一项所述的测量转轴自由度误差的光学测量装置，其特征在于：所述第二齿轮（14）的直径大于第一齿轮（4）的直径。

8.根据权利要求5或6所述的测量转轴自由度误差的光学测量装置，其特征在于：所述传动轮（15）、主动轮（17）和摩擦凸轮（18）之间均采用齿轮传动方式。

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