CN201402120Y - 一种基于接触式测头的自动柔性检具检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种基于接触式测头的自动柔性检具检测系统，包括可调式工装、测头座、接触式测头、控制器、软件以及主控计算机。其特征在于：系统采用可调式柔性工装固定工件、采用带通讯口接触式测头测量相对尺寸误差。测头安装在可以自由调节测头姿态的测头座上。通过控制器，一个或多个测头与主控计算机连接，主控计算机控制测量数据的采集和处理，实现工件误差的自动检测。系统软件具备对测量数据进行统计并提供统计过程控制所需信息，并实现系统的自适应校准。本实用新型具备可调性好、成本低、精度高、速度快、全自动、量化测量等特点，是目前人工目测机械式检具的有效替代方案，也是极佳的机械产品尺寸误差在线检测方案。

Description

一种基于接触式测头的自动柔性检具检测系统

(一)技术领域

本实用新型涉及检具技术领域，特别涉及一种基于接触式测头的自动柔性检具检测系统，用于机械产品尺寸误差的快速量化检测。

(二)背景技术

检具是目前机械制造领域最常用的尺寸误差检验工件之一。目前，市场上所用检具基本都是人工目测式机械检具。在检具开发过程中，人们需要根据工件的外型特别设计和加工出与工件相匹配的型面、特征点、定位孔等，整个过程相当于制造一个与工件外形一致的钢性模型。通常，在被测工件和检具检测型面之间留有一固定间隙，比如3毫米。使用时，由操作员用塞尺测量间隙的大小，目测塞尺读数来确定工件与检具型面(理论值或名义值)之间的尺寸误差。这种检测方式决定了传统专用检具与产品之间的一一对应性，即一种产品的检具只能专用于该种产品而不能用作另一种产品的误差测量，测量速度也大大受到人工操作的限制。此外，传统检具只能对产品的误差进行定性或精度很低的定量检测，无法提供高精度定量误差数据。为了保证产品型面尺寸的误差测量精度，对于检具型面的加工精度要求较高，设计也较复杂，导致检测费用上升，一般情况下，检具成本要占到同一产品模具成本的百分之五十以上。

在发明人已经公开的《一种机械产品尺寸误差的柔性检具检测方法》(发明专利：200410018100.3)中，描述了一种基于柔性可调式工装、非接触式测头、三维设计模型的柔性检具检测方法。但是，由于非接触式测头通常费用较高，不利于在中小企业中推广使用。在柔性检具的实施过程中需要一种成本低、使用更加方便的自动检具实施方案。

(三)发明内容

本发明公开的是“一种基于接触式测头的自动柔性检具检测系统”，基于发明人已经公开的柔性检具检测方法原理，采用低成本的带通讯口接触式测头，选用高强度工业型材、螺纹孔阵列、多关节铰链、带锁定机构液压伸缩杆的任意一种或其混合结构作可调式工装，通过控制器实现一对多即一套柔性检具稍作调整就可以完成对不同工件的自动、快速、定量检测，大大减少传统人工目测检具的使用量，提高检测效率，并可对产品进行100％检测或在线测量，减少或消除废品。为了实现此目的，本发明采取了如下的技术方案：

本发明所述的一种基于接触式测头的自动柔性检具检测系统，包括可调式工装、测头座、带通讯口接触式测头、控制器、软件以及主控计算机，其特征在于：系统采用可调式柔性工装固定工件、采用带通讯口接触式测头测量相对误差。测头安装在可以自由调节测头安装角度的测头座上，通过控制器，一个或多个测头与主控计算机连接，由主控计算机及软件控制测量数据的采集和处理，实现工件误差的自动检测。

可调式工装可以是工业型材、螺纹孔阵列、多关节铰链、带锁定机构的液压伸缩杆的任意一种或多种的混合结构。通过调整工装结构，可以很容易将一个柔性检具用于不同工件的测量。尤其是同一产品的不同型号，采用柔性工装可以大大节省检具加工时间和检具材料使用量，减少资源浪费。

测头座是专门设计的具备球头杆的多关节机构。两块分离的硬质材料如工业用铝合金当中加工形成一个球形腔体，用锁紧螺杆将这两块材料夹紧抱死球头固定球头杆的姿态；松开螺杆时，球头杆可以自由转动姿态。球头杆的另一头有螺纹，球头杆带螺纹一端拧入测头固定块的带锁紧切口的螺纹孔，锁紧切口用螺杆拧紧固定测头固定块。测头固定块的另一端是带锁紧切口通孔，该通孔和测头安装杆配合，拧紧锁紧切口螺丝即可固定测头。球头杆和测头安装块之间的带锁紧切口螺纹连接同时可以用作测头的上下位置微调。该测头座方案具备结构简单、方便安装、容易加工、容易调整、牢固可靠等特点，非常适合接触式测头的固定和安装调整。

接触式测头为成熟的容栅式或电感式位移传感器，也可以是“带阻尼脉冲式主动测量直线位移传感器”(发明人已申请专利)。采用这类接触式传感器不仅成本比非接触式传感器要低许多，而且技术成熟、可靠。本发明公开的方案中，所用接触式测头具备可以在工业环境下可靠工作的通讯口，该通讯口和外部控制器或计算机连接，上传测量数据供进一步处理。

控制器的主要作用是实现与接触式测头通讯。控制传感器按指定的方式完成工作方式设定、测量数据采集等，同时实现一个控制器对多个测头数据的管理，包括测头工作方式设置、测量数据采集、预处理、显示或上传给上位控制计算机等。除对一个或一个以上测头进行控制和管理外，控制器也包括外部触发信号(如“测量开始”等)的监控和处理。

本实用新型可以将控制器功能全部集成到主控计算机中，由主控计算机及软件完成采集、处理、显示等；或将主控计算机和软件主要功能集成到控制器中，由控制器及内嵌软件完成采集、处理、并通过自带液晶显示组件显示数据。

系统可以对采集的误差数据进行统计，获得最大值、最小值、平均值、均方差、超差样品数量和比例等统计数据，并通过统计方法提供制造过程控制所需信息。系统也可以通过网络浏览器进行管理、操作、查询、处理。软件和主控计算机提供系统人机交互功能，供用户完成系统设置、实时检测、数据库查询及显示、统计结果查询等。本发明中，界面软件采用了基于网络浏览器的系统软件界面，数据库在测量控制计算机中。控制计算机同时也是测量数据库服务器，用户可以通过网络远程监控或查询检测结果。

另外，控制器或主控计算机可以接收触发信号手动或自动开始测量周期，可提供报警等执行元件电信号输出。本发明公开的接触式柔性检具的标定可以有两种不同的方法：(1)采用三坐标测量系统对测点位置、工件支撑固定点、和测头初始值进行标定、调整工装和测头；(2)通过将合格的标准样件固定在可调工装指定位置后，系统自动设置每个测头的初始值完成系统自动标定。测量时，系统读数为工件测点处实际值与该测头初始值之差，即实测工件在该点与理论值的偏差即误差。由于系统具备(2)所述自动标定能力，通过采集一定数量的工件样本，系统软件统计计算可得出理论值，进而自动调整测头初始值，完成系统的自适应调整(或自学习)。这样，工装变形时系统可以通过这种自适应完成自我调整，减少系统维护成本。

本发明的突出优势包括：

由于本发明采用带通讯口接触式位移传感器(如数显容栅位移传感器或类似传感器等)作为测头，具备技术成熟、安装容易、维护方便等优点。与传统的人工目测机械式检具相比，不仅可实现全自动、快速、量化测量，能对生产过程中的100％产品进行在线测量以减少或消除废品；还可实现一对多测量(一个柔性检具稍作调整即可测量不同工件)，大大减少检具材料和存储空间，节约开发和制造成本、缩短交付期。由于成本低、效益明显、节能减排效果显著，可以大幅推广使用。

(四)附图说明

图1为实施例一总体示意图

图2为测头座示意图

图3为实施例二示意图

图4为实施例三示意图

图5为图2的侧剖视图

图号标识：

1被测工件                   2可调式工装

3测头座                     4控制器

5带通讯口接触式测头         6控制器至主控计算机电缆

7主控计算机

31球头杆球头夹紧块(上下两块)32球头杆球头锁紧螺栓

33球头杆                    34测头固定块锁紧螺栓

35测头固定块                36带锁紧切口通孔(固定测头用)

37球头杆球头(剖面)          38带通讯口接触式测头(剖面)

39带锁紧切口螺纹孔(剖面)

(五)具体实施方式

本发明公开的柔性检具方案主要由可调式工装、测头座、带通讯口接触式测头、控制器、软件以及主控计算机。其中控制器和主控计算机可以根据系统复杂程度合并或分离。

实施例一：典型的多测头系统(附图1)

典型的基于接触式测头的自动柔性检具系统通常包括多个带通讯口接触式测头，该测头的结构图如图2和图5所示，被测工件1被固定在可调式工装2上，带通讯口接触式测头5被安装在可以自由调整测头姿态的测头座3上，测头座通过螺纹连接固定在可调式工装上，测头通讯口通过专用通讯电缆连接到控制器4输入口，控制器根据程序对每个测头和外部触发信号进行管理并完成测量数据采集，测量数据经控制器输出口通过连接电缆6上传给主控计算机7并存储在指定数据库中，由主控计算机根据用户程序完成对数据库数据的统计、处理、显示、查询、告警等。主控计算机同时管理控制器、并通过控制器管理测头和外部触发信号。

实施例二：无控制器系统

当系统只有一个或少数几个测头时，控制器功能可以集成到主控计算机中，形成无控制器系统。单测头系统的通常比较简单，如图3所示，包括测头座3、测头5、连接电缆6和主控计算机7。

实施例三：无主控计算机系统

在实施例二中，主控计算机的主要功能也可以集成到稍加扩充的控制器中，比如：把按键输入模块、显示模块集成到控制器时，系统即成为无主控计算机系统。除复杂运算和大数据库管理外，几乎所有主控计算机功能均可在控制器中完成。一个典型的无主控计算机系统显示功能可以由控制器自带液晶显示单元完成，如图4所示，包括测头座3、测头5、连接电缆6，以及带显示和按键模块的增强型控制器4。

Claims (4)

1.一种基于接触式测头的自动柔性检具检测系统，包括可调式工装、测头座、带通讯口接触式测头、控制器、软件以及主控计算机，其特征在于：系统采用可调式柔性工装固定工件、采用带通讯口接触式测头测量相对误差，测头安装在可以自由调节测头安装姿态的测头座上，通过控制器，一个或多个测头与主控计算机连接。

2.根据权利要求1所述的任何一种基于接触式测头的自动柔性检具检测系统，其特征在于：所述接触式测头为基于容栅或电感的直线位移传感器。

3.根据权利要求1～2所述的任何一种基于接触式测头的自动柔性检具检测系统，其特征在于：所述测头座采用球头杆结构，可以自由调整测头安装姿态，并可以微调测杆轴向位置。

4.根据权利要求1所述的一种基于接触式测头的自动柔性检具检测系统，其特征在于：可调工装可以是工业型材、螺纹孔阵列、多关节铰链、带锁定机构液压伸缩杆的任意一种或多种的混合结构。

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