CN2767959Y

CN2767959Y - 回转体壁厚测量装置

Info

Publication number: CN2767959Y
Application number: CN 200520025174
Authority: CN
Inventors: 张国雄; 裘祖荣; 刘书桂; 张宏伟; 洪欣; 郭敬滨
Original assignee: Tianjin University
Current assignee: Tianjin University
Priority date: 2005-01-21
Filing date: 2005-01-21
Publication date: 2006-03-29
Anticipated expiration: 2015-01-21

Abstract

本实用新型涉及公开了一种回转体壁厚测量装置，包括基座、测量架、固定被测工件的工件安装部件和测头，工件安装部件由回转工作台和滚动轮组成。基座通过其上的导轨连接有可在其导轨上沿X₂方向运动的第一测量架和沿X₁方向运动第二测量架。第一测量架上设置有根据测量需要能旋转到所需角度的转架，转架上设置有Z向导轨，Z向导轨上设置有可在其上沿Z₂方向运动的滑架，滑架设置有测座和第二测头，测座设置长臂，长臂设置有第一测头，回转工作台设置有第三测头。第二测量架的主轴上设置有第四测头。本实用新型能保证被测工件的轴线方向准确，不会因自重使轴线方向产生偏差，可以使测头和工件的运动误差基本上不影响测量精度，内外测头同时测量还可减小了测量力引起的薄壁件变形。

Description

回转体壁厚测量装置

技术领域

本实用新型涉及一种精密测量工件几何尺寸的装置，具体是一种精密测量回转体的壁厚测量装置。用于测量工件的壁厚、壁厚差及其尺寸、形位误差等数据。

背景技术

目前，回转体测量技术中，壁厚和壁厚差的测量是核心。传统的方法中，坐标法是从各个方位分别测量工件的内外轮廓，然后通过计算求得工件的壁厚、壁厚差、直径、止靠厚度、母线直线度等。这种方法效率非常低，远不能满足本项目3～5分种/件的要求，而且可靠性差，精度上也难以满足要求。可靠性差是因为工件不转、用单测头从各个方位用坐标法测量时，测头需要跨越工件、做大幅度的运动，容易发生碰撞。还有一个可及性的问题，由于测头回转体绕水平轴的转角是-15°～90°，用坐标法测量时有可能某些点探测不到。精度差是因为测头在测量内外轮廓时，内外测量时机器的运动误差不尽相同，其差异直接影响壁厚和壁厚差测量精度。另一不足是，采用独立运动的两个模拟式测头进行测量，在两个测头沿不同导轨运动时，存在两个运动误差的差异会影响测量精度的问题。

对母线直线度误差的测量中，传统的方法是采用与X向导轨垂直的Z向导轨，这样测量母线直线度时需要X向与Z向的联动，不仅运动复杂、效率低，加大了发生碰撞的可能性，也降低了测量精度。因为不仅X向与Z向导轨的直线度误差都会引起测量误差，X向与Z向运动的不同步，也会引起测量误差。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术中存在的不足，提供一种精度较高的回转体壁厚测量装置，能够测量工件的壁厚和壁厚差、母线的直线度、外表面相对于回转轴线的圆跳动等数据。

为解决上述技术问题，本实用新型的回转体壁厚测量装置，包括基座、测量架、固定被测工件的工件安装部件和测头，工件安装部件由回转工作台和滚动轮组成。所述基座通过其上的导轨连接有第一测量架，第一测量架可在其导轨上沿X₂方向运动，所述基座设置有用于测量第一测量架位移的第一光栅尺，第一测量架设置有用于读取第一测量架位移数据的第一读数头；第一测量架上设置有根据测量需要能旋转到所需角度的转架，转架上设置有指示转架旋转角度的角度编码器；转架上设置有Z向导轨，Z向导轨上设置有滑架，滑架可在其Z向导轨上沿Z₂方向运动，Z向导轨上设置有测量滑架位移的第二光栅尺，滑架设置有用于读取所述滑架位移数据的第二读数头；所述滑架设置有测座和第二测头，测座设置长臂，长臂设置有第一测头；所述回转工作台设置有第三测头。

所述的基座通过其上的导轨连接有第二测量架；第二测量架可在其导轨上沿X₁方向运动，所述基座设置有用于测量第二测量架位移的第三光栅尺，第二测量架设置有读取第二测量架位移数据的第三读数头；第二测量架设置有主轴，主轴可在第三导轨上沿Z₁方向运动，主轴上设置有第四测头和测量主轴位移的第四光栅尺，第二测量架设置有读取主轴位移数据的第四读数头。

所述的第四测头是带星形测端的三维模拟测头。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：(1)被测工件的轴线在竖直方向，而不是水平方向的安装，采用竖直方向可以保证被测工件的轴线方向准确，不会因自重使轴线方向产生偏差；(2)采用两个同时运动的模拟式测头进行测量，可以使测头和工件的运动误差基本上不影响测量精度，因为它们对两个测头带来的影响基本相同，内外测头同时测量还可减小了测量力引起的薄壁件变形；(3)采用带星形测端的三维模拟测头5，能够感受径向和轴向位移，使一个测头多用；(4)在母线直线度误差的测量中，测量方向始终在内外壁的法线方向，这样壁厚、壁厚差、圆跳动都直接在法线方向测量，而不是通过换算获取，避免了一些因素的影响，有利于提高测量精度。

附图说明

图1是本实用新型回转体壁厚测量装置的示意图；

图2是被测工件的剖面示意图。

附图标记：

1 基座 2 第二测量架 3 回转工作台 4 被测工件 5 第四测头

6 滚动轮 7 主轴 8 第一测头 9 第二测头 10测座

11滑架 12 Z向导轨 13转架 14第一测量架 15第三测头

具体实施方式

为了清楚简明地描述本实用新型，下面对本实用新型专利文件中的以下述语进行定义：

X₁方向：是指在基座平面中，第二测量架2的中心与回转工作台圆心连线所在直线方向。

X₂方向：是指在基座平面中，第一测量架14的中心与回转工作台圆心连线所在直线方向。

Z₁方向：是指主轴7的轴向。

Z₂方向：是指Z向导轨12轨面所在直线方向。

以下结合附图对本发明作详细描述。

如图1所示，本实用新型回转体测量机械装置由基座1、工件安装部件、第一测量架2、第二测量架14、4个测头等部分组成。工件安装部件包括回转工作台3和3个滚动轮6。

第二测量架2可沿仪器的基座1上的导轨沿X方向运动，其位移可以通过装在基座1上的第三光栅尺和装在第二测量架2上的第三读数头读出。第四测头5装在第二测量架2的主轴7上，主轴7可作Z向运动，其位移可以通过装在主轴7上的第四光栅尺和装在第二测量架2上的第四读数头读出。第四测头5用来测量工件大头两个短圆柱面E、F的直径与径向跳动，并与第三测头15一起测量底面H的壁厚。它也可以移入被测工件4的孔内，测量φ15和φ80的两个圆截面的位置，以确定其圆心O₁、O₂，并在此基础上确定工件回转轴线。回转工作台3设置有第三测头15。

第一测量架14同样可沿仪器的基座1上的导轨沿X方向运动，其位移可以通过装在基座1上的第一光栅尺和装在第一测量架14上的第一读数头读出。第一测量架14用来测量工件的壁厚和壁厚差、母线的直线度，外表面相对于回转轴线O₁O₂的圆跳动、圆柱体F的上下两个平面止口G₂、G₁相对于回转轴线O₁O₂的垂直度和止口厚度，圆柱面A₁、A₂的直径。由于壁厚和壁厚差、母线的直线度，外表面相对于回转轴线O₁O₂的圆跳动等需要在表面的法线方向测量，测头应该可以转动。为此第一测量架14上装有转架13，它可以根据测量需要转到所需角度。转架13上装有角度编码器，并有绝对零位，根据它可以读出转架13的转角α，当转架13转到所需位置时，停止转动。

Z向导轨12装在转架13上，与转架13一起转动，这就是说滑架11的移动方向是可变的。Z向导轨12转动时带来的偏重采用平衡装置平衡。滑架11的位移量可由装在Z向导轨12上的第二光栅尺和装在滑架11上的第二读数头读出。在滑架11上装有内测头即第一测头8，和外测头即第二测头9。为了使得第一测头8能够伸入孔的深处，它通过有长臂的测座10固定在滑架11上，而第二测头9则直接固定在滑架11上。测量母线的直线部分时，将Z向导轨12转到与母线平行的方向；测量母线的曲线部分时，将Z向导轨12转到母线的切线方向，即可靠滑架11沿Z向导轨12的运动实现测量。这时内外测头均处于薄壁的法线方向，符合测量壁厚的需要。

这种结构还为测量母线的直线度提供方便。只要将Z向导轨12转到水平方向，就可以利用第一测量架14测量圆柱体F的上下两个平面止口G₂、G₁相对于回转轴线O₁O₂的垂直度和止口厚度。为防止损坏测头，内外测头分别采用卸载传动方式和退让机构。

测量开始前第一测量架2、第二测量架14退出，用手或机械手将被测工件4放在三个滚动轮6上，三个滚动轮6位于同一高度、以回转工作台3的轴线为中心的一个圆上，呈120°分布，被测工件4靠平面止口支承在三个滚动轮6上。被测工件4安放到三个滚动轮6上后，回转工作台3靠其卡爪在被测工件4的下端将其卡紧。靠卡爪与三个滚动轮6的共同作用使被测工件4的轴线与回转工作台3的轴线重合。

测量时被测工件4在回转工作台3带动下连续转动，回转工作台3可以由步进电机或伺服电机驱动。回转工作台3上装有的角度编码器，并有绝对零位。当回转工作台3转到规定位置时，发出采样或停止转动信号。

图2是被测工件的剖面示意图，所示的被测工件是一种薄壁回转体工件，回转体的母线为直线段或圆弧。工件的外表面由圆柱面A₁、圆锥面B₁、圆环面C₁、圆锥面D₁、圆柱面E、圆柱面F、底面H₁七部分组成；内表面由圆柱面A₂、圆锥面B₂、圆环面C₂、圆锥面D₂、底面H₂五部分组成；圆柱F还有上下两的端面(平面)G₂、G₁需要测量。各个圆柱面、圆锥面的母线是直线、各个圆环面的母线是圆弧。下面以图2中所示的被测工件为例，说明本实用新型的测量过程：

(1)为适应测量不同工件需要，按照被测工件4(件号与运动方向均指图3上所标件号与运动方向，下同)的尺寸将三个滚动轮6调整到合适位置。在测量同类工件时滚动轮6的位置无需重新调整。

(2)在测量每个工件开始前，第二测量架2退出至最左方，主轴7升至最高位置；第一测量架14退出至最右方，滑架11升至最右、最高位置，即原始位置。

(3)用手或机械手将被测工件4放在三个滚动轮6上。

(4)回转工作台3的卡爪在工件4的下端处将其卡紧。

(5)两个测量架各自进入测量第一个参数的测位。第二测量架2首先测量φ15的圆，为此第二测量架2首先沿X方向右移，移到与φ15的圆左边相对应的位置，然后主轴7下移，第四测头5进入测量位置。第二测量架14首先测量圆柱体F的上下两个平面止口G₂、G₁相对于回转轴线O₁O₂的垂直度和止口厚度。

(6)在回转工作台3带动下，工件4连续转动。

(7)回转工作台3转过360°停止转动。

(8)如果测得直径与φ15相差较大，则根据计算得到的差值，主轴7适当上下移动，然后回到步骤(7)，即回转工作台3转动，再次测量φ15圆的位置。如果测得直径与φ15相差不大，则直接进入下一步。

(9)第二测量架2进入测量第二个参数，即底面H₂的测位，为此第二测量架2先沿X方向右移，移到回转工作台3的轴线处，然后主轴7下移，探测底面H₂。它与安装在回转工作台孔内的第三测头15一起测量底面H的壁厚。第一测量架14沿X方向运动向右运动，退出测量位置。

(10)两个测量架各自进入测量下一个参数的测位。第二测量架2测量φ80圆的位置，为此主轴7首先上升到所需位置，第二测量架2再沿X方向向左运动，移到测量φ80圆孔左表面，第三测头5进入测量位置。第一测量架14测量的下一个参数是圆锥面D₁、D₂的壁厚和壁厚差，以及圆锥面D₁相对于工件回转轴线的圆跳动。为此首先转动转架13，将Z向导轨12转到与圆锥面D₁右侧母线平行的方向。然后，第一测量架14左移，使第一测头8的测端在D₂右侧母线的延长线上，随后滑架11沿Z向导轨12下移，让第一测头8和第二测头9进入测量位置。由于在止口处，第一测头8和第二测头9需有较大的间距才能进入，第一测头9的测杆具有退让机构，即滑架11沿Z向导轨12向下移动时先让第一测头9的测杆后退，在越过止口、到达测量位置才让第一测头9进入工作状态。在整个运动过程中需进行防碰撞检查。

(11)在回转工作台3带动下，被测工件4连续转动。

(12)回转工作台3转过360°停止转动。

(13)计算第四测头5测量到的工件直径，如果测得直径与φ80相差较大，则根据计算得到的差值，主轴7适当上下移动，然后回到步骤(12)，即回转工作台3转动，再次测量φ80圆的位置。如果测得直径与φ80相差不大，则直接进入下一步。

(14)第二测量架2测量的下一个参数是圆柱面F的直径，以及F面相对于工件回转轴线的圆跳动。为此主轴7先上升，到高出工件上表面的位置。第二测量架2再沿X方向向左运动，移到圆柱面F的左面，主轴7下降，到圆柱面F的中部，使第四测头5进入测量位置。第一测量架14测量的下一个参数是圆环面C₁相对于工件回转轴线的圆跳动。为此，转架13、第一测量架14与滑架11联合运动，第一测头8和第二测头9进入测量位置，即C₁的中部位置。在运动过程中需进行防碰撞检查。

(15)在回转工作台3带动下，被测工件4连续转动。回转工作台3每转过一定角度，发一个采样指令，3个测头采集一组数据。计算机存储经过调理电路处理的数据。

(16)回转工作台3转过360°停止转动。

(17)两个测量架各自进入测量下一个参数的测位。第二测量架2测量的下一个参数是圆柱面E的直径，以及E面相对于工件回转轴线的圆跳动。为此主轴7先下降，第二测量架2再沿X方向向右移动，移到圆柱面E的左面，使第四测头5进入测量位置。由于采用了星形测端，可以保证在测端接触E面时，测杆不会与F面相碰。第一测量架14测量的下一个参数是圆锥面B₁、B₂的壁厚和壁厚差，以及圆锥面B₁相对于工件回转轴线的圆跳动。为此在计算机控制下，转架13、第一测量架14与滑架11联合运动，第一测头8和第二测头9进入测量位置，即B₁、B₂的中部位置。在运动过程中需进行防碰撞检查。

(18)在回转工作台3带动下，被测工件4连续转动。

(19)回转工作台3转过360°停止转动。

(20)第二测量架2退出，到原始位置。第一测量架14测量的下一个参数是圆柱面A₁、A₂的直径，以及圆柱面A₁相对于工件回转轴线的圆跳动。为此在计算机控制下，转架13、第一测量架14与滑架11联合运动，让第一测头8和第二测头9进入测量位置，即A₁、A₂的中部位置。在运动过程中需进行防碰撞检查。

(21)在回转工作台3带动下，被测工件4连续转动。

(22)回转工作台3转过360°停止转动。

(23)第一测量架14测量的下一个参数是圆锥面B₁、B₂的母线直线度误差。

(24)滑架11沿Z向导轨12向上运动。2个测头测量圆锥面B₁、B₂的母线直线度误差。

(25)第一测量架14测量的下一个参数是圆锥面D₁、D₂的母线直线度误差。在计算机控制下，转架13、第一测量架14与滑架11联合运动，让第一测头8和第二测头9进入测量位置，即到达D₁、D₂的下端，在运动过程中需进行防碰撞检查。。

(26)滑架11沿Z向导轨12向上运动，每移动一定距离发一个采样指令，2个测头采集一组数据。计算机存储经过调理电路处理的数据。2个测头测量圆锥面D₁、D₂的母线直线度误差。

(27)转架13、测量架14与滑架11联合运动，让第一测头8和第二测头9回原始位置。在跨越止口处，先让外测头9的测杆退让。在运动过程中需进行防碰撞检查。

(28)完成全部截面的测量。

以上阐述的针对典型工件的测量步骤。在测量其它工件时，随工件尺寸、形状不同，需要测量的参数不同测量步骤会有所变化。

Claims

1.一种回转体壁厚测量装置，包括基座、测量架、固定被测工件的工件安装部件和测头，工件安装部件由回转工作台和滚动轮组成，其特征是，所述基座通过其上的导轨连接有第一测量架，第一测量架可在其导轨上沿X₂方向运动，所述基座设置有用于测量第一测量架位移的第一光栅尺，第一测量架设置有用于读取第一测量架位移数据的第一读数头；第一测量架上设置有根据测量需要能旋转到所需角度的转架，转架上设置有指示转架旋转角度的角度编码器；转架上设置有Z向导轨，Z向导轨上设置有滑架，滑架可在其Z向导轨上沿Z₂方向运动，Z向导轨上设置有测量滑架位移的第二光栅尺，滑架设置有用于读取所述滑架位移数据的第二读数头；所述滑架设置有测座和第二测头，测座设置长臂，长臂设置有第一测头；所述回转工作台设置有第三测头。

2、根据权利要求1所述的一种回转体壁厚测量装置，其特征是，所述的基座通过其上的导轨连接有第二测量架；第二测量架可在其导轨上沿X₁方向运动，所述基座设置有用于测量第二测量架位移的第三光栅尺，第二测量架设置有读取第二测量架位移数据的第三读数头；第二测量架设置有主轴，主轴可在第三导轨上沿Z₁方向运动，主轴上设置有第四测头和测量主轴位移的第四光栅尺，第二测量架设置有读取主轴位移数据的第四读数头。

3、根据权利要求2所述的一种回转体壁厚测量装置，其特征是，所述的第四测头是带星形测端的三维模拟测头。