CN203824514U - 孔直径测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了孔直径测量装置，包括测量头、测头装夹部、腔体、安装座和电路板，测头装夹部和安装座分别位于腔体的两侧并与腔体连接，电路板安装在腔体内部，测量头一端夹装在测头装夹部内，测量头与电路板连接。测量零件的孔径时，测量头伸入到被测孔的中心位置并感应测量头与被测孔之间的电容，不同的孔径可得到不同的电容值，从而通过测量电容的大小得到被测孔的孔径大小。本实用新型通过测量测量头与被测孔之间的电容而得到被测孔的孔径大小，从而实现了非接触的孔直径测量，测量精度高、测量操作方便。可进行柔软物体和薄壁孔的测量，并且测量装置可以直接安装在数控机床主轴上，实现加工、测量一体化。

Description

孔直径测量装置

技术领域

本实用新型涉及一种应用于数控机床的测量装置，特别涉及一种应用于数控机床的孔直径测量装置。

背景技术

在产品零件加工过程中，经常会需要对零件上的孔的直径进行测量。现有技术的孔直径测量装置通常是采用通止规或千分尺，再配合一些校准或显示部件来进行测量。在测量过程中，测量装置需要跟待测孔的边缘接触，并且通常还需要人为手动进行操作，测量精度不高且测量操作不方便，并且还具有不适合柔软物体和薄壁孔的测量的缺点。

实用新型内容

本实用新型提供了一种不与待测孔直接接触的孔直径测量装置，其测量精度高、测量操作方便且能够测量柔软物体和薄壁孔。

根据本实用新型的一个方面，提供了孔直径测量装置，包括测量头、测头装夹部、腔体、安装座和电路板，测头装夹部和安装座分别位于腔体的两侧并与腔体连接，电路板安装在腔体内部，测量头一端夹装在测头装夹部内，测量头与电路板连接。测量零件的孔径时，测量头伸入到被测孔的中心位置并感应测量头与被测孔之间的电容，不同的孔径可得到不同的电容值，从而通过测量电容的大小得到被测孔的孔径大小。

本实用新型的有益效果是：通过测量测量头与被测孔之间的电容而得到被测孔的孔径大小，从而实现了非接触的孔直径测量，测量精度高、测量操作方便。可进行柔软物体和薄壁孔的测量，并且测量装置可以直接安装在数控机床主轴上，实现加工、测量一体化。

在一些实施方式中，测量头包括圆柱、测量电极、端头、和导线，测量电极套装在圆柱外并与圆柱绝缘连接，端头套装在圆柱的端部，导线连接于测量电极和电路板之间，圆柱与测头装夹部连接。测量电极用于感应电容信号并将该电容信号通过导线传送给电路板，端头用于保护圆柱和的端部并能在测量过程起到校准定位的作用。

在一些实施方式中，圆柱上开有轴向的第一通孔，圆柱上还开有连通周面外侧与第一通孔的第二通孔，导线一端与测量电极连接，导线另一端穿过第一通孔和第二通孔与电路板连接。第一通孔和第二通孔可用于容纳导线而对导线起到保护作用。

在一些实施方式中，孔直径测量装置还包括保护环和第一绝缘环，保护环套装在圆柱外，保护环为两个并分别位于测量电极两侧，第一绝缘环位于保护环与测量电极之间。保护环可消除电场的边缘效应，将测量电极边缘附近的电场与电极中心部分的电场相等。这样计算所得的电容与实际电容就可以相等。

在一些实施方式中，测量电极与两个保护环同轴设置，保护环在测量电极两侧对称设置。对称设置可使测量电极两端的电场分布均匀，测量更精确。

在一些实施方式中，电路板包括电容检测电路、液晶显示面板和电源，电源和液晶显示面板均与电容检测电路连接。电源可为电路板提供需要的电量。

附图说明

图1为本实用新型一实施方式的孔直径测量装置的结构示意图；

图2为图1所示孔直径测量装置的测量头的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。

参照图1，孔直径测量装置包括测量头1、测头装夹部2、腔体3、安装座4和电路板5。测头装夹部2和安装座4分别位于腔体3的两侧并与腔体3连接，电路板5安装在腔体3内部，测量头1一端夹装在测头装夹部2内，测量头1与电路板5连接。安装座4上开有用于固定安装本实用新型孔直径测量装置的螺纹孔41,螺纹孔用来安装拉钉，拉钉靠数控机床主轴内部碟形弹簧强力拉住。腔体3与安装座4一体成型。

参照图2，测量头1包括圆柱11、测量电极12、端头13和导线14。测量电极12套装在圆柱11外并与圆柱11以绝缘胶绝缘固定连接。端头13套装在圆柱11的端部。导线14连接于测量电极12和电路板5之间。圆柱11为空心圆柱体，圆柱11的轴心上开有轴向的第一通孔111，圆柱11径向开有连通周面外侧与第一通孔111的第二通孔112。导线14一端与测量电极12连接，导线14另一端穿过第一通孔111和第二通孔112与电路板5连接。圆柱11与腔体3螺纹固定连接。

圆柱11外侧还套装有保护环15和第一绝缘环16。保护环15为两个并分别位于测量电极12两侧。第一绝缘环16位于保护环15与测量电极12之间将保护环15与测量电极12分隔。测量电极12、端头13、两个保护环15及第一绝缘环16同轴固定。保护环15在测量电极12两侧呈对称分布。第一绝缘环16远离测量电极12的一侧均装有第二绝缘环17。

制作测量头1时，首先将圆柱11做好，先加工圆柱11轴心上的第一通孔111，再加工圆柱11的外侧周面，以保证圆柱11内径和外径的同轴度，防止加工过程中工件产生变形。后在圆柱11周面上涂一层绝缘胶，并在圆柱11柱体上径向钻一个小孔即第二通孔112，连接测量电极12的导线14从第二通孔112引出来。再做一个套筒与圆柱11小间隙配合，并将套筒切割为4部分，形成件端头13、测量电极12和两个保护环15。安装时，先在圆柱11上安装测量电极12并引出导线14，并在其两端涂上绝缘胶形成第一绝缘环16，接着安装两个保护环15，然后涂上绝缘胶形成第二绝缘环17，最后再固定端头13。端头13、保护环15、测量电极12和第一绝缘环16、第二绝缘环17同轴安装。

电路板5包括电容检测电路51、液晶显示面板52和电源53，电源53和液晶显示面板52均与电容检测电路51连接。将电容变化信号转化为电压信号输出并显示。电容检测电路51用于检测测量头1与待测孔之间的电容信号，并将该电容信号转换成电压信号，通过检测电压大小，即可得到被测孔径的大小。液晶显示部分可通过逻辑器件CPLD(ComplexProgramable Logic Device)对液晶显示模块实现驱动，将电容测量电路输出的八位二进制电压信号转换为三位BCD码。逻辑器件CPLD可采用美国Altera生产的MAX7000。液晶显示面板52可采用北京青云创新科技发展有限公司的LCM045型液晶显示模块，实现4位8段7提示，显示清晰，稳定可靠。

电容检测电路51基于美国昆腾公司的QTM2000型集成芯片设计，具体电路设计可以参考电路图可以参考QTM2000使用说明书。通过内部的电荷放大器将电容信号转化为电压信号后，再对电压信号采样量化，转化为八位二进制数。该测量电路能有效抑制背景电容，对QTM2000进行参数设置计算出被测孔的孔径再输出到液晶显示面板52进行显示。

当测量头1在待测孔中间位置时，忽略边缘效应的影响，测量头1与被测孔之间形成的电容为：

$C=\frac{2\mathrm{\π\ϵL}}{\ln \left(\frac{R}{r}\right)}$

式中，C为测量头有效测量电极与被测孔之间的电容(F)

ε为介电常数，当介质是空气时ε＝8.885415×10^-12(F/m)

L为测量电极长度(m)

R为被测孔的半径(m)

r为测量头半径(m)

设R-r＝d，当r＞＞d时， $\ln \left(\frac{R}{r}\right)=(\frac{R}{r}-1)=\frac{R-r}{r}=\frac{d}{r},$ 则有

$C=\frac{2\mathrm{\π\ϵL}}{\ln \left(\frac{R}{r}\right)}=\frac{2\mathrm{\π\ϵLr}}{d}=\frac{\mathrm{\ϵS}}{d}$

其中S＝2πrL为常数；r＞＞d表示r远大于d。

因此，当被测孔径R发生变化，则两极板间电容量C也随之发生变化，将此变化量加以处理，转换为电压信号，通过检测电压大小，即可得到被测孔径的大小。这就是利用电容原理实现孔径非接触测量的基本工作原理。本实用新型的孔直径测量装置仅限于金属材质工件孔径的测量。

本实用新型的孔直径测量装置可以安装在数控机床的主轴上，待测工件安放在工作台上。通过数控机床可自动将测量头1插入到待测孔的中心，以测量待测孔的孔径。

以上所述的仅是本实用新型的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.孔直径测量装置，其特征在于：包括测量头(1)、测头装夹部(2)、腔体(3)、安装座(4)和电路板(5)，所述测头装夹部(2)和安装座(4)分别位于腔体(3)的两侧并与腔体(3)连接，所述电路板(5)安装在腔体(3)内部，所述测量头(1)一端夹装在测头装夹部(2)内，所述测量头(1)与电路板(5)连接。

2.根据权利要求1所述的孔直径测量装置，其特征在于：所述测量头(1)包括圆柱(11)、测量电极(12)、端头(13)和导线(14)，所述测量电极(12)套装在圆柱(11)外并与圆柱(11)绝缘连接，所述端头(13)套装在圆柱(11)的端部，所述导线(14)连接于测量电极(12)和电路板(5)之间，所述圆柱(11)与测头装夹部(2)连接。

3.根据权利要求2所述的孔直径测量装置，其特征在于：所述圆柱(11)上开有轴向的第一通孔(111)，所述圆柱(11)上还开有连通周面外侧与第一通孔(111)的第二通孔(112)，所述导线(14)一端与测量电极(12)连接，所述导线(14)另一端穿过第一通孔(111)和第二通孔(112)与电路板(5)连接。

4.根据权利要求2所述的孔直径测量装置，其特征在于：所述测量头(1)还包括保护环(15)和第一绝缘环(16)，所述保护环(15)套装在圆柱(11)外，所述保护环(15)为两个并分别位于测量电极(12)两侧，所述第一绝缘环(16)位于保护环(15)与测量电极(12)之间。

5.根据权利要求4所述的孔直径测量装置，其特征在于：所述测量电极(12)与两个保护环(15)同轴设置，所述保护环(15)在测量电极(12)两侧对称设置。

6.根据权利要求1所述的孔直径测量装置，其特征在于：所述电路板(5)包括电容检测电路(51)、液晶显示面板(52)和电源(53)，所述电源(53)和液晶显示面板(52)均与电容检测电路(51)连接。