CN202701910U

CN202701910U - 基于激光位移传感器与无线收发装置的测头

Info

Publication number: CN202701910U
Application number: CN 201220428597
Authority: CN
Inventors: 王仲; 苏野; 刘新波; 刘红光; 陈浩; 李兴强
Original assignee: Tianjin University
Current assignee: Tianjin University
Priority date: 2012-08-27
Filing date: 2012-08-27
Publication date: 2013-01-30
Anticipated expiration: 2022-08-27

Abstract

本实用新型公开了基于激光位移传感器与无线收发装置的测头，根据需要将总体结构模块化，分为变径调节部分、测量部分、固定部分以及连接部分，以共同作用完成轴孔类工件的定位。本实用新型能够将工件的位置与机床坐标系相关联，并且可以实现不同尺寸孔径的孔心在位测取，从而实现轴孔类工件在机床上的快速定位。同时能够通过对孔心的定位，实现机床主轴轴线与机床导轨平行度、孔心距等的测量。

Description

基于激光位移传感器与无线收发装置的测头

技术领域

本实用新型涉及一种精密测量装置，更加具体地说，特别是涉及一种基于激光位移传感器与无线收发装置的轴孔类工件定位装置。

背景技术

实现工件在位测量是众多加工者的需求，在大型、超大型工件加工时尤为如此。在数控机床日益普及的今天，利用机床已有的坐标系统，为机床配置专有功能的测头，成为众多学者、工程技术人员探索的热门内容。今天，测头已成为数控机床的一种重要附件。利用测头来确定工件在机床坐标系中的X、Y、Z坐标，是目前大多数控机床主要采用的找正方式。测头的使用效果是影响实际生产的重要因素，不但能减轻工人劳动强度，还能有效地保证零件的精度、提高生产效率。如何使用和开发出测头的功能，最大限度地发挥它在现实生产中高效、精确、便捷的功能，也是数控机床增效的一个重要方面。

常用的能够用于轴孔类工件的定位测头按测量方法分为接触式测头和非接触式测头，其中采用接触式测量的主要是机械式测头，机械式测头在测量时，手动控制测头与零件接触，当测头指示灯发亮时，记下工件在机床坐标系中位置，输入至目标存储器中。红外线测头采用的是机械式测头与红外数据传输技术组成，虽然红外线测头采用的是无线传输，但仍属于接触式测头。接触式测头需要人为引导，难以实现动态自动测量，且接触式测量有可能会损伤工件表面和测头本身，是一种消耗式测量。采用非接触式测量的主要分为光学式测头和电气式测头。电气式测头有电感测头、电容测头等，电感测头容易被磁化，测量一段时间后需要停下来消磁。电容测头由于测量原理的缘故，无法实现长距离的测量。光学测头主要有三角法测头、视像测头等。视像测头对于CCD的安装要求较高，在实际应用中使用不方便。三角法测头是目前使用最多的测头，但多局限于有线供电、有线传输数据的方式，测头在机床上不能连续旋转，难以实现动态旋转测量。

实用新型内容

本实用新型的目的是为克服上述技术的不足，提供一种不同于以往的轴孔类工件定位装置，能够将工件的位置与机床坐标系相关联，并且可以实现不同尺寸孔径的孔心在位测取，从而实现轴孔类工件在机床上的快速定位。同时能够通过对孔心的定位，实现机床主轴轴线与机床导轨平行度、孔心距等的测量。

本实用新型的技术目的通过下述技术方案予以实现：

基于激光位移传感器与无线收发装置的测头，由变径调节部件、测量部件、固定部件和连接部件组成，其中：

所述固定部件为测头架，由上下两个圆盘、连接上下两个圆盘的中间支架以及设置在上圆盘下面的夹持装置组成；

所述变径调节部件与下圆盘之间为活动连接，具体来说，所述变径调节部件与下圆盘的连接处为双直线槽结构，这样一来可实现变径调节部件位置的变化，以调节激光位移传感器的测试位置；

所述测量部件由激光位移传感器、无线收发模块以及电池组成，所述激光位移传感器固定于变径调节部件的移动架上，可随移动架移动以测量不同尺寸的圆孔；所述无线收发模块和电池设置在上圆盘下面的夹持装置中，以实现与固定部件的连接；所述电池与无线收发模块、激光位移传感器相连，为其工作提供能量，例如可采用锂电池供电，充电时间为3小时，持续供电时间可达46小时，能够实现长时间的测量；所述激光位移传感器可采用高精度的激光位移传感器，以实现精确测量被测物之间的位移；所述无线收发装置可采用蓝牙串口模块DXT3C，可以在100米范围内完成无线蓝牙数据传输，通过无线模块可将传感器测得的数据传送到计算机，通过计算机处理后得到测量结果。

所述连接部件设置在上圆盘或者下圆盘的中心位置，同时顶部可根据不同要求设计与机床主轴相连的结构，测头上下均可以固定连接部件，以便首尾颠倒后仍可连接在机床上。

为解决公知技术中存在的技术问题，本实用新型的技术方案提供一种轴孔类工件在机床上的定位装置，该装置能够高精度、高效率、高稳定性的完成轴孔类工件在机床上的定位，并具有如下有益效果：

1.非接触测量：接触测量一般要求操作人员要位于测量要素附近操作、读数或引导，这就限制了自动测量的可能性。基于激光位移传感器与无线装置的新型测头采用的是非接触测量，非接触测头远离被测表面，因此该自动或半自动过程具有足够安全性。

2.检测精度高：该测头采用高精度激光位移传感器，能够快速精确的完成孔心定位，从而能够准确的定位轴孔类工件，测量精度能够达到微米级。

3.动态自动测量，尤其是可以实现旋转测量：高精度的激光位移传感器与无线收发模块的完美结合，配上电量充足的锂电池供电能够不用考虑电源线、信号传输线的绕线问题，使激光位移传感器在非接触动态自动测量的基础上使用的空间更大，更能使该测头用于动态旋转测量。

4.适用范围广：该测头不仅能够完成轴孔类工件在机床上的定位，通过设计变径调节装置实现不同孔径的工件的定位。同时利用孔心定位方法能够实现机床主轴轴线与机床导轨之间的平行度、孔心距以及两平面之间距离等的测量。

5.机械结构简单：该测头仅通过结构简单的测头架将传感器、无线收发装置、电池、变径调节装置等部件组合到一起，使用方便、简单。

6.测量结果直接与机床坐标系关联：该测头的测量基准就是切削主轴的回转轴线。孔心定位、机床主轴轴线与机床导轨之间的平行度、孔心距以及两平面之间距离等的测量结果均与机床坐标相关联，从而可以指导后续的加工。

附图说明

图1为本实用新型的结构图。

图2为本实用新型的应用图。

图3为本实用新型与机床主轴的连接部位放大图。

图中：1连接部件，2无线收发模块，3电池，4激光位移传感器，5测头架，6变径调节部件，7无线模块天线，8机床，9测头，10机床主轴，11轴孔类工件，12上圆盘，13下圆盘，14双直线槽结构。

具体实施方式

下面以箱体类工件孔心定位为例，并配合附图详细说明如下，以进一步了解本实用新型的实用新型内容、特点及功效。

如附图1—3所示，一种基于激光位移传感器与无线收发模块的侧头，由变径调节部件、测量部件、固定部件和连接部件组成

所述固定部件为测头架5，由上圆盘12、下圆盘13、连接上下两个圆盘的中间支架以及设置在上圆盘下面的夹持装置组成。

所述变径调节部件6与下圆盘13之间为活动连接，具体来说，所述变径调节部件与下圆盘的连接处为双直线槽结构14，这样一来可实现变径调节部件位置的变化，以调节激光位移传感器的测试位置。

所述测量部件由激光位移传感器4、无线收发模块2以及电池3组成，所述激光位移传感器位于变径调节部件的移动架上，可随移动架移动以测量不同尺寸的圆孔；所述无线收发模块和电池设置在上圆盘下面的夹持装置中，以实现与固定部件的连接；所述电池与无线收发模块、激光位移传感器相连，为其工作提供能量，例如可采用锂电池供电，充电时间为3小时，持续供电时间可达46小时，能够实现长时间的测量；所述激光位移传感器可采用高精度的激光位移传感器，以实现精确测量被测物之间的位移；所述无线收发装置可采用蓝牙串口模块DXT3C并配有天线7，可以在100米范围内完成无线蓝牙数据传输，通过无线模块可将传感器测得的数据传送到计算机，通过计算机处理后得到测量结果。

所述连接部件1设置在上圆盘或者下圆盘的中心位置，同时顶部可根据不同要求设计与机床主轴10相连的结构，测头上下均可以固定连接部件，以便首尾颠倒后仍可连接在机床上。

本实用新型采用激光位移传感器进行非接触测量。相对于传统的百分表测量，该测头不需人为进行引导，通过数显直接能够知道测头离待测轴孔的位置。该测头仅通过结构简单的测头架将传感器、无线收发装置以及电源等部件组合到一起，使用方便、简单。传感器的固定部件即为测头架，调节部件采用常用的双直线槽结构，高精度激光位移传感器单面紧贴在移动架上，通过螺丝固定在测头架上，传感器可随移动架移动以测量不同尺寸的圆孔。测头采用无线收发装置和电池供电，能够方便的将测头安装在机床的主轴上，无需考虑绕线问题。通过测头与逼近式孔心定位方法结合，能够快速实现孔心定位，通过测量工件轴孔两端的孔心位置，实现孔心坐标与机床坐标相关联。通过测量工件轴孔两端的孔心位置，能够得到工件在机床上的位置。

应用本实用新型进行孔心定位的方法，如图2所示，步骤如下：1）将测头9安装在机床主轴10上，伸入到轴孔11的一端，调节传感器的位置，使待测轴孔圆周位于传感器的测量范围之内。2）开启无线收发装置与传感器，通过无线模块使传感器与计算机连接。3）机床主轴旋转，观察计算机上显示的传感器旋转一周测量值的最大值以及传感器测量值曲线的变化，调整机床主轴在X轴与Y轴方向上的位置。4）重复上述步骤，直到传感器测量一周之后的最大值不能变小，测量曲线接近一条直线，证明主轴轴线与待测轴孔轴线在被测截面重合。此时机床数显上显示的坐标值即是待测轴孔在此截面的孔心。5）将测头伸入轴孔的另一端，重复步骤3和4，完成轴孔另一端孔心的定位，通过两次定位的结果调整工件的位置。6）重复步骤3～5，直到将轴孔类工件轴孔的中轴线以机床某一轴线平行，实现轴孔类工件的定位。

通过对轴孔孔心的定位，还可以进行其他测量，通过将上圆盘上的连接部件放置到下圆盘上，将测头上下颠倒固定在机床主轴上可以实现对机床主轴与机床导轨之间的平行度的测量，通过对同一截面上的两个不同轴孔的孔心进行定位，可以实现孔心距的测量，通过平移测头的位置能够测量两个平面之间的距离。

尽管上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式，这些均属于本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.基于激光位移传感器与无线收发装置的测头，由变径调节部件、测量部件、固定部件和连接部件组成，其特征在于，其中：

所述变径调节部件与下圆盘之间为活动连接；

所述测量部件由激光位移传感器、无线收发模块以及电池组成，所述激光位移传感器固定于变径调节部件的移动架上，所述无线收发模块和电池设置固定在上圆盘下面的夹持装置中，所述电池与无线收发模块、激光位移传感器相连；所述激光位移传感器与无线收发模块相连；

所述连接部件设置在上圆盘或者下圆盘的中心位置。

2.根据权利要求1所述的基于激光位移传感器与无线收发装置的测头，其特征在于，所述变径调节部件与下圆盘的连接处为双直线槽结构。

3.根据权利要求1所述的基于激光位移传感器与无线收发装置的测头，其特征在于，所述激光位移传感器为高精度激光位移传感器。

4.根据权利要求1所述的基于激光位移传感器与无线收发装置的测头，其特征在于，所述电池为锂电池。

5.根据权利要求1所述的基于激光位移传感器与无线收发装置的测头，其特征在于，所述无线收发装置为蓝牙串口模块DXT3C。