CN208984026U - 一种非接触式飞轮齿圈内径在线检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种非接触式飞轮齿圈内径在线检测装置，包括转台(1)，高精度激光器(2)，折转棱镜(3)，被测飞轮齿圈(4)，快速定位夹具(5)和工作基座(6)；利用高精度激光测量技术和齿圈定位装夹技术实现飞轮齿圈逐点扫描，并得出在常温状态下的齿圈周长，检测时间可控制在10s以内，从而解决飞轮齿圈在线检测技术的难题。本实用新型采用提高了测量效率，降低了测量成本；能够实现飞轮齿圈内径在线非接触检测，解决了三坐标检测低效率问题。本实用新型适应范围较广，当待测对象的产品型号发生变化时，只需更改可移动滑台位置，并选择相应测量参数即可。

Description

一种非接触式飞轮齿圈内径在线检测装置

技术领域

本实用新型涉及在线内径高精度测量领域，特别涉及一种非接触式飞轮齿圈内径在线检测装置。

背景技术

汽车工业是我国国民经济的支柱产业，是我国优先发展的产业部门之一，目前我国汽车行业的生产水平和装备与世界先进国家相比仍有很大的差距，要在短时间内赶上发达国家的汽车生产水平，就必须在设备上下功夫，而机械产品质量能否提高，关健是对产品质量能有一个客观的评价，而这个客观的评价就来自在生产过程中的自动计量检测。计量检测技术的提高，推动机械制造技术向前发展，促使生产力水平提高。

飞轮齿圈总成是把起动机动力传递到曲轴的连接件，主要作用是实现起动机与曲轴之间动力传递，如图1所示。飞轮齿圈是飞轮齿圈总成上的一个关键部件，其加工质量对汽车的动力特性和工作性能有直接的影响。其安装状态是在高温下将其套配到飞轮上从而实现在冷却状态下的过盈配合。那么齿圈内径质量直接关系到齿圈安装到飞轮上的各项形位和形状误差大小，为保证发动机的转动精度，在出厂前，必须对部件上的每个飞轮齿圈内径进行出厂检测。但是，飞轮齿圈是在常温状态下生产的，其内径圆度放大后呈现椭圆形、三角形、梅花形或者各种的非规则的形状。那么直接检测直径时，测量结果会产生较大偏差，而且与实际安装状态不符。检测内径以现有方法只能通过坐标测量机进行圆内扫描测量，检测单件时间在4分钟左右，无法满足企业每年上百万件齿圈的检测需求。

本实用新型提出一种非接触式飞轮齿圈内径在线检测装置，利用高精度激光测量技术和齿圈定位装夹技术实现飞轮齿圈逐点扫描，并得出在常温状态下的齿圈内径，而且检测时间可控制在10s以内，从而解决飞轮齿圈在线检测技术的难题。

实用新型内容

本实用新型至少可以解决以下技术问题：

①非接触式高精度检测技术

飞轮齿圈内径检测以现有接触式测量方法可达到较高的精度，但检测时间过长，难以满足企业需求。传统非接触式测量方法速度较快，但受现场环境和工件尺寸影响，很难达到较高的测量精度。本实用新型提出采用专门设计的高精度激光非接触式测量装置，不仅有较高的检测速度，而且不受工件表面和尺寸影响，检测精度高，可完全满足企业高精度高速度的检测需求。

②专用定位转台

被测飞轮齿圈要提高检测效率，需要设计专用快速定位装夹装置。本实用新型采用微锥形式快速定位夹具，专门配套各种直径大小的齿圈，可实现测量系统与飞轮齿圈的快速定心，从而极大提高检测效率。

③专用转台与激光器采集同步问题

激光器单点测量精度可满足检测需求，但是与其配合的专用转台所产生的同步差，会直径影响测量结果精度。采用研制的专用同步时钟，将激光器采点和专用转台输出脉冲同步，消除系统同步所产生的误差，从而提升测量系统精度。

本实用新型解决上述技术问题采用的技术方案为：

一种非接触式飞轮齿圈内径在线检测装置，包括转台，高精度激光器，折转棱镜，被测飞轮齿圈，快速定位夹具和工作基座；高精度激光器安装在转台上，通过折转棱镜，将激光束照射到被测飞轮齿圈的内表面；快速定位夹具安装在工作基座上，其和转台之间要保持高精度的轴系同轴和端面平行；飞轮齿圈通过快速定位夹具的锥形结构实现同轴定位功能。

其中，转台和高精度激光器组成主标准器，其可提供标准角度量值和位移量值；被测飞轮齿圈内径为(100～600)mm；测量时，将被测飞轮齿圈装入快速定位夹具内，通过快速定位夹具的快速定位机构，将被测飞轮齿圈中心与转台中心一次性调整至同轴状态，然后初始值标定完毕的高精度激光器通过控制机构调整至其测量范围内，此时上位机控制高精度激光器开始测量，上位机用于对飞轮齿圈内径进行评价。

其中，研制的快速定位夹具，其采用微锥形结构，可将直径范围为(100～600)mm的飞轮齿圈内径，通过自身的微锥结构定位至夹具中心。每次将飞轮齿圈安装完毕后，通过升降机构，将飞轮齿圈升至激光器工作范围(0～10)mm位置处，这样可保证装置测量中心与飞轮齿圈中心同轴。

本实用新型的原理在于：首先，通过快速定位夹具，将被测飞轮齿圈定位到系统中心。高精度激光器发射的波束经折转棱镜射到被测飞轮齿圈上。通过转台带动激光器，连续快速扫描齿圈内部，并通过特殊算法精确快速的计算齿圈直径和齿圈圆度。整个测量过程预计在 10s以内完成。最后由专用软件计算出齿圈直径、齿圈圆度和齿圈图形，并打印检测记录。

(1)通过一种新型高精度激光器对飞轮齿圈内径进行测量，克服现有激光器测量精度差，受被测工件表面影响程度大和稳定性不好的多方面的弊端，从而精确和快速的测量飞轮齿圈内径。

(2)检测时间仅为三坐标测量时间的1/4，从而可实现在线测量。

(3)研制的快速定心夹具。首先，快速定心夹具中心通过专用工具调整至与转台中心同轴，一次调整完毕后，后续检测不必进行调整；其次，具有微锥接触装置，可自动接触飞轮齿圈内径，从而将飞轮齿圈中心与被测转台中心迅速调整至同轴状态。

本实用新型与现有技术相比的优点在于：

(1)本实用新型采用高精度激光器、转台和快速定位夹具配合，通过针对飞轮齿圈内径的专用拟合算法，实现了飞轮齿圈内径的高精度检测。经过不同规格飞轮齿圈内径的检测，其结果与三坐标测量机连续扫面结果进行比对，比对结果完全满足飞轮齿圈内径的检测需求；

(2)本实用新型可完全代替三坐标测量机对于飞轮齿圈内径的连续扫面测量功能，可按照三坐标测量机的采点方式和拟合算法将飞轮齿圈内径计算出来，其检测时间仅为三坐标测量时间的1/4，从而实现在线测量，提高了测量效率，降低了测量成本；

(3)本实用新型能够实现飞轮齿圈内径自动化测量，减少人工测量造成的操作不准确而造成的粗大误差；

(4)本实用新型适应范围较广，当待测对象的产品型号发生变化时，只需更改位移滑台位置和测量软件系统相关参数即可，无需更换整个测量设备，提高了测量设备的适用范围。

附图说明

图1为飞轮齿圈机械结构图；

图2为本实用新型一种非接触式飞轮齿圈内径在线检测装置，其中，1为转台，2为高精度激光器，3为折转棱镜，4为被测飞轮齿圈，5为快速定位夹具，6为工作基座；

图3为非接触式飞轮齿圈内径在线检测装置工作方式框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。

如图1所示，本实用新型一种非接触式飞轮齿圈内径在线检测装置，包括：转台1，高精度激光器2，折转棱镜3，被测飞轮齿圈4，快速定位夹具5，工作基座6，高精度激光器 2安装在转台1上，通过折转棱镜3，将激光束照着到被测飞轮齿圈4的内表面；快速定位夹具5安装在工作基座6上，其和转台1之间要保持高精度的轴系同轴和端面平行；被测飞轮齿圈4通过快速定位夹具5的锥形结构实现同轴定位功能。

首先，利用同轴度调整附件，将快速定位夹具安装至检测系统的中心，并将旋紧螺栓拧紧，后续检测时如果不产生较大变动可不进行上述步骤；然后，将定标用标准环规装夹至快速定位夹具上，通过升降Z轴导轨，使得高精度激光器降至定标环规的测量面内，此时控制转台旋转一周，将测量结果与定标环规值进行比较，确认测量初始值，从而使检测系统进入初始状态，在该状态下，对于同类型被测飞轮齿圈在24小时内无需进行二次调整；上述标定完成后，取下定标环规，将被测飞轮齿圈安装至快速定位夹具大致中心位置，通过旋转快速定位卡盘的旋转机构，使其三个同心顶针旋转并顶紧飞轮齿圈内径三点，完成快速定心功能。定心完成后，通过侧面的三个立柱，将齿圈顶起并保持与检测系统同轴状态；这时，通过调整位移滑台，控制高精度激光器的径向位置，使得被测飞轮齿圈内径在高精度激光器的测量范围内；调整完成后，在软件上控制转台沿齿圈内径连续旋转，转台每旋转一个角度，对应发出一个脉冲，激光器接收到脉冲后，对齿圈内径采集一点；这样，转台旋转360°后，完成齿圈内径数据采集。

通过专用内径拟合算法，将转台旋转一周所采集的点进行高精度内径拟合，从而计算出飞轮齿圈内径值和圆度值，并打印相应检测报告。

如图1所示，工作方式如下：

1)利用同轴度调整附件，将快速定位夹具安装至检测系统的中心，并将旋紧螺栓拧紧；

2)将定标用标准环规装夹至快速定位夹具上，通过升降Z轴导轨，使得高精度激光器降至定标环规的测量面内；

3)此时控制转台旋转一周，将测量结果与定标环规值进行比较修正，确认测量初始值，从而使检测系统进入初始状态；

4)取下定标环规，将被测飞轮齿圈安装至快速定位夹具大致中心位置，通过旋转快速定位卡盘的旋转机构，使其三个同心顶针旋转并顶紧飞轮齿圈内径三点，完成快速定心功能。

5)通过侧面的三个立柱，将齿圈顶起并保持与检测系统同轴状态；

6)根据不同飞轮齿圈内径值，调整位移滑台，使得被测飞轮齿圈内径始终保持在高精度激光器的测量范围内；

7)控制转台沿齿圈内径连续旋转360°后，完成齿圈内径数据采集；

8)通过专用内径拟合算法，将转台旋转一周所采集的点进行高精度内径拟合，从而计算出飞轮齿圈内径值和圆度值，并打印相应检测报告。

实施例1

将标称内径值为Φ265mm的飞轮齿圈安装至非接触式飞轮齿圈内径在线检测装置，并对其进行测量(内径值为265mm，直径公差：±0.2mm，圆度：0.1mm)：

1)快速定位夹具与检测系统的同轴度已经调整至允许范围内；

2)将Φ260.0025mm的定标环规装夹至快速定位夹具上，通过升降Z轴导轨，使得测量范围为10mm的高精度激光器降至定标环规的测量面内；

3)控制转台旋转一周，将测量结果与Φ260.0025mm的定标环规值进行比较修正，确认测量初始值；

4)取下定标环规，将标称值为Φ265mm的被测飞轮齿圈安装至快速定位夹具大致中心位置，完成快速定心；

5)通过专用把手，提起侧面三个立柱，将齿圈顶起；

6)调整位移滑台约2mm，使被测飞轮齿圈内径在高精度激光器的测量范围内；

7)在软件上控制转台沿齿圈内径连续旋转360°后，完成齿圈内径数据采集；

8)通过专用内径拟合算法，计算出飞轮齿圈内径值和圆度值，并打印相应检测报告。

Claims (3)

1.一种非接触式飞轮齿圈内径在线检测装置，其特征在于：包括转台(1)，高精度激光器(2)，折转棱镜(3)，被测飞轮齿圈(4)，快速定位夹具(5)和工作基座(6)；高精度激光器(2)安装在转台(1)上，通过折转棱镜(3)，将激光束照射到被测飞轮齿圈(4)的内表面；快速定位夹具(5)安装在工作基座(6)上，其和转台(1)之间要保持高精度的轴系同轴和端面平行；被测飞轮齿圈(4)通过快速定位夹具(5)的锥形结构实现同轴定位功能。

2.根据权利要求1所述的一种非接触式飞轮齿圈内径在线检测装置，其特征在于：转台(1)和高精度激光器(2)组成主标准器，其可提供标准角度量值和位移量值；被测飞轮齿圈(4)内径为100～600mm；测量时，将被测飞轮齿圈(4)装入快速定位夹具(5)内，通过快速定位夹具(5)的快速定位机构，将被测飞轮齿圈(4)中心与转台(1)中心一次性调整至同轴状态，然后初始值标定完毕的高精度激光器(2)通过控制机构调整至其测量范围内，此时上位机控制高精度激光器(2)开始测量，上位机用于对飞轮齿圈内径进行评价。

3.根据权利要求1所述的一种非接触式飞轮齿圈内径在线检测装置，其特征在于：所述的快速定位夹具(5)，其采用微锥形结构，可将直径范围为100～600mm的飞轮齿圈内径，通过自身的微锥结构定位至夹具中心，每次将飞轮齿圈安装完毕后，通过升降机构，将飞轮齿圈升至激光器工作范围0～10mm位置处，这样可保证装置测量中心与飞轮齿圈中心同轴。