專利名稱：大長(zhǎng)徑比管件內(nèi)徑多參數(shù)測(cè)量裝置及其測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種大長(zhǎng)徑比管件內(nèi)徑多參數(shù)測(cè)量裝置及其測(cè)量方法。
背景技術(shù)：
軸類零件和孔類零件的測(cè)量在所有制造業(yè)中占有非常重要的地位，測(cè)量的結(jié)果直 接會(huì)影響到配合的質(zhì)量和產(chǎn)品的使用性能。由于受到工件尺寸和本身結(jié)構(gòu)的影響，孔類零 件無(wú)論是在加工精度還是測(cè)量精度上都比軸類零件要低。加上活動(dòng)空間比較小，測(cè)量器具 的尺寸受到嚴(yán)格的限制，使得量具本身零部件加工、裝配難度加大，整體的測(cè)量精度不高。 光學(xué)儀器的測(cè)量精度一般較高，但被測(cè)量為內(nèi)表面，一般的光學(xué)方法，如投影法、衍射法等， 不能使用，另外空間較小光路設(shè)計(jì)比較困難。目前工廠常用的內(nèi)徑的測(cè)量?jī)x多是接觸式機(jī) 械測(cè)量?jī)x，主要有內(nèi)徑千分尺、內(nèi)徑百分表、內(nèi)徑千分表等。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)是近年來迅速發(fā) 展起來的新型精密測(cè)量?jī)x器，用于各種零件形體幾何參數(shù)測(cè)量及形位誤差測(cè)量，在現(xiàn)代制 造業(yè)的質(zhì)量控制中具有重要地位與作用，目前三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的功能愈來愈強(qiáng)、精度愈來愈 高。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的測(cè)頭在被測(cè)孔的圓周上任意的測(cè)量至少三個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)，然后測(cè)量軟件 根據(jù)編好的算法，如最小二乘法，擬合出一個(gè)圓，給出圓的直徑以及圓度誤差。不過由于受 到測(cè)桿長(zhǎng)度的限制，只能測(cè)量孔口一小段的直徑和圓度，另外，由于每件產(chǎn)品在測(cè)量時(shí)位置 都有變化需要重新調(diào)平，手動(dòng)測(cè)量一遍坐標(biāo)系元素，因此三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)很難實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代生產(chǎn) 提出的快速、快捷、在線的測(cè)量要求。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種在精度上高于傳統(tǒng)的內(nèi)徑測(cè) 量?jī)x，且制造成本低、操作方便快捷，計(jì)算方法先進(jìn)的內(nèi)孔多參數(shù)測(cè)量裝置。
本發(fā)明解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案
大長(zhǎng)徑比管件內(nèi)徑多參數(shù)測(cè)量裝置，其特征是設(shè)置測(cè)量平臺(tái)，在所述測(cè)量平臺(tái)的 兩端分別設(shè)置管件的夾持機(jī)構(gòu)與測(cè)量機(jī)構(gòu)；
所述測(cè)量機(jī)構(gòu)包括布置于所述測(cè)量平臺(tái)一端的導(dǎo)軌，在所述導(dǎo)軌內(nèi)水平設(shè)有由 手輪驅(qū)動(dòng)的絲杠，并在導(dǎo)軌上匹配設(shè)有由所述絲杠驅(qū)動(dòng)的能夠沿導(dǎo)軌水平滑動(dòng)的滑塊，所 述滑塊上可拆裝地連接有向所述夾持機(jī)構(gòu)所在處延伸的夾持桿，并在夾持桿的端部設(shè)置有 傳感器；所述管件由所述夾持機(jī)構(gòu)水平固定夾持，且管件的軸線與所述傳感器的軸線垂直。
本發(fā)明的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)也在于
所述夾持機(jī)構(gòu)包括靠近所述測(cè)量機(jī)構(gòu)一端的第一支架及遠(yuǎn)離所述測(cè)量機(jī)構(gòu)一端 的第二支架，所述第二支架上設(shè)有以對(duì)所述管件的一端部形成固定支撐的頂尖，所述第一 支架上設(shè)有四抓卡盤，所述四抓卡盤的卡爪以對(duì)所述管件的另一端形成夾持固定，且第一 支架上還設(shè)有能將所述傳感器沿被測(cè)管件的軸線引入其內(nèi)腔的導(dǎo)入裝置。
所述傳感器呈圓盤形，其盤面中部垂直連接于所述夾持桿的端部，在傳感器盤面 的圓周上等分分布有四根電感測(cè)微頭，各電感測(cè)微頭沿傳感器盤面的徑向伸入傳感器內(nèi)腔，并在傳感器內(nèi)腔設(shè)有與電感測(cè)微頭固聯(lián)的第一鍥塊，傳感器內(nèi)腔中可滑動(dòng)的第二鍥塊 的斜面與所述第一鍥塊的斜面相對(duì)，且所述第一鍥塊與第二鍥塊的斜面沿所述傳感器盤面 的徑向設(shè)置。
采用本發(fā)明的測(cè)量裝置對(duì)大長(zhǎng)徑比管件內(nèi)徑多參數(shù)測(cè)量的方法，包括如下步驟
A、將待測(cè)管類零件水平夾持在第一支架及第二支架上；
B、搖動(dòng)手輪驅(qū)動(dòng)滑塊、夾持桿及傳感器朝向待測(cè)管類零件移動(dòng)；
C、通過第二砌塊微調(diào)電感測(cè)微頭的伸出長(zhǎng)度，使電感測(cè)微頭的外端抵觸被測(cè)管類 零件的內(nèi)壁；
D、搖動(dòng)手輪驅(qū)動(dòng)傳感器繼續(xù)向管類零件內(nèi)腔行進(jìn)，測(cè)量時(shí)電感測(cè)微頭檢測(cè)出被測(cè) 內(nèi)孔的信息，并產(chǎn)生感應(yīng)信號(hào)，經(jīng)信號(hào)放大單元放大后，傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集單元；
E、計(jì)算機(jī)對(duì)采集到的感應(yīng)信號(hào)進(jìn)行處理，先將每個(gè)電感測(cè)微頭感應(yīng)的變化轉(zhuǎn)化為 測(cè)微頭的位置坐標(biāo)，然后用最小二乘法擬合出一個(gè)圓，求出內(nèi)孔的直徑和圓度，并顯示出 來；電感測(cè)微頭在被測(cè)內(nèi)孔表面連續(xù)采樣后，每個(gè)電感測(cè)頭的變化量便是被測(cè)內(nèi)孔的直線 度。
與已有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在
1、本發(fā)明測(cè)量結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理。電感測(cè)微頭采用瑞士 TESA生成的高精度電感傳感 器，技術(shù)參數(shù)為分辨率為0. 2 μ m，線性誤差為0. 2%，滿量程為士0. 5mm,整體精度較高。每 根傳感器上都帶有微動(dòng)調(diào)整裝置，可以保證傳感器的測(cè)頭和被測(cè)孔孔壁良好接觸。電感測(cè) 頭兩兩相對(duì)布置，成十字形裝夾在測(cè)頭上，這樣布置不是為了獲得兩組直徑，而是為了確定 由加工和裝配而引入的系統(tǒng)誤差。
2、本發(fā)明計(jì)算方法更科學(xué)。數(shù)據(jù)采集卡采集到傳感器輸出的帶有被測(cè)孔信息的信 號(hào)后，并沒有直接由示值的變化求出直徑，而是先根據(jù)每個(gè)測(cè)微頭示值的變化，分析有沒有 位置偏差，確定偏差大小，獲得各個(gè)測(cè)微頭端部的位置坐標(biāo)，計(jì)算機(jī)對(duì)這些點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行最 小二乘法擬合，求出孔的直徑、圓度，并生成檢驗(yàn)記錄，方便打印或保存。
3、本發(fā)明可以測(cè)量?jī)?nèi)孔的多個(gè)參數(shù)?？梢酝瑫r(shí)給出被測(cè)量孔類零件的內(nèi)徑、圓度、 直線度。可對(duì)傳感器測(cè)頭可以達(dá)到測(cè)量范圍內(nèi)的任意截面進(jìn)行測(cè)量，操作方便，測(cè)量速度 快。


圖1為本發(fā)明傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1的A-A剖視圖；圖3為本發(fā)明測(cè)量 機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中標(biāo)號(hào)1平臺(tái)，2導(dǎo)軌，3絲杠，4滑塊，5夾持桿，6傳感器，61傳感器盤面，62電 感測(cè)微頭，63第一鍥塊，62第二砌塊，7手輪，8第一支架，9第二支架，10頂尖，11四爪卡盤， 12導(dǎo)入裝置，13夾持機(jī)構(gòu)，14測(cè)量機(jī)構(gòu)，15管件。
以下通過具體實(shí)施方式
，并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例本實(shí)施例的測(cè)量裝置如圖4所示，適于測(cè)量大長(zhǎng)徑比管件的內(nèi)徑、圓度、 直線度等多參數(shù)，該測(cè)量裝置包括一個(gè)平整的測(cè)量平臺(tái)1，在測(cè)量平臺(tái)1的兩端分別設(shè)置管件的夾持機(jī)構(gòu)13與測(cè)量機(jī)構(gòu)14。
參見圖3，測(cè)量機(jī)構(gòu)14包括布置于測(cè)量平臺(tái)一端的導(dǎo)軌2，在導(dǎo)軌內(nèi)部水平設(shè)有 絲杠3，絲杠3由手輪7驅(qū)動(dòng)水平轉(zhuǎn)動(dòng)，并在導(dǎo)軌2上設(shè)有與其匹配的滑塊4，滑塊由絲杠3 驅(qū)動(dòng)能夠沿導(dǎo)軌水平往復(fù)滑動(dòng)，在滑塊上可拆裝地連接有向夾持機(jī)構(gòu)13所在處延伸的夾 持桿5，并在夾持桿5的端部設(shè)置有四個(gè)傳感器6，傳感器的軸線與夾持桿軸線垂直。
所述管件15由夾持機(jī)構(gòu)13水平固定夾持，且管件的軸線與所述傳感器的軸線垂 直。
所述夾持機(jī)構(gòu)包括靠近測(cè)量機(jī)構(gòu)14 一端的第一支架8及遠(yuǎn)離測(cè)量機(jī)構(gòu)一端的第 二支架9，第二支架上設(shè)有以對(duì)管件15的一端部形成固定支撐的頂尖10，第一支架上設(shè)有 四抓卡盤11，所述四抓卡盤的卡爪以對(duì)所述管件15的另一端形成夾持固定，且第一支架上 還設(shè)有能將所述傳感器沿被測(cè)管件的軸線引入其內(nèi)腔的導(dǎo)入裝置12。
參見圖1、2，傳感器6呈圓盤形，其盤面中部垂直連接于夾持桿5的端部，在傳感器 盤面61的圓周上等分分布有四根電感測(cè)微頭62，各電感測(cè)微頭沿傳感器盤面的徑向伸入 傳感器內(nèi)腔，并在傳感器內(nèi)腔設(shè)有與電感測(cè)微頭固聯(lián)的第一鍥塊63，傳感器內(nèi)腔中可滑動(dòng) 的第二鍥塊64的斜面與所述第一鍥塊的斜面相對(duì)，且所述第一鍥塊與第二鍥塊的斜面沿 所述傳感器盤面61的徑向設(shè)置。沿圖2箭頭所示的方向調(diào)整第二鍥塊64，第二砌塊可驅(qū)動(dòng) 第一砌塊63沿電感測(cè)微頭的軸線方向滑動(dòng)，并帶動(dòng)調(diào)整電感測(cè)微頭的伸出長(zhǎng)度。
參見圖4，在實(shí)施測(cè)量的過程中，測(cè)量機(jī)構(gòu)和夾持機(jī)構(gòu)放置在測(cè)量平臺(tái)1上，并且 四爪卡盤11、頂尖10和傳感器夾持桿5中心在同一條直線上。第一支架8和第二支架9之 間的距離，可以根據(jù)被測(cè)管件的長(zhǎng)度進(jìn)行調(diào)節(jié)，滿足不同長(zhǎng)度產(chǎn)品的測(cè)量要求。整個(gè)裝置的 測(cè)量范圍由絲杠3的工作長(zhǎng)度決定，最大測(cè)量范圍為兩倍的絲杠工作長(zhǎng)度，當(dāng)超過一倍的 工作長(zhǎng)度時(shí)，可以將被測(cè)管件調(diào)頭進(jìn)行測(cè)量。
具體步驟如下所述
首先將待測(cè)管類零件水平夾持在第一支架8及第二支架9上；通過第二砌塊64微 調(diào)電感測(cè)微頭62的伸出長(zhǎng)度，使電感測(cè)微頭的外端抵觸被測(cè)管類零件的內(nèi)壁；相鄰兩根電 感測(cè)微頭軸線之間的夾角為90°。理想的狀況下，四個(gè)測(cè)微頭對(duì)應(yīng)了四個(gè)基本的坐標(biāo)點(diǎn)， (LijO)、(0,L2)、(-L3,0)、(0，-L4) ,Li為測(cè)量時(shí)傳感器盤面的中心至電感測(cè)微頭端部長(zhǎng)度。實(shí) 際測(cè)量相對(duì)于被測(cè)圓的坐標(biāo)存在誤差，此時(shí)四個(gè)測(cè)頭的坐標(biāo)值為(L1, δ DJSyL2K (-L3, δ 3)、( δ 4，-L4)，利用這四個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)采用最小二乘法擬合出一個(gè)圓，從而求出被測(cè)圓的直 徑。
根據(jù)最小二乘原理，得到一個(gè)目標(biāo)函數(shù)
權(quán)利要求
1.大長(zhǎng)徑比管件內(nèi)徑多參數(shù)測(cè)量裝置，其特征是設(shè)置測(cè)量平臺(tái)(1)，在所述測(cè)量平臺(tái) 的兩端分別設(shè)置管件的夾持機(jī)構(gòu)(13)與測(cè)量機(jī)構(gòu)(14)；所述測(cè)量機(jī)構(gòu)包括布置于所述測(cè)量平臺(tái)一端的導(dǎo)軌O)，在所述導(dǎo)軌內(nèi)水平設(shè)有由 手輪(7)驅(qū)動(dòng)的絲杠(3)，并在導(dǎo)軌上匹配設(shè)有由所述絲杠驅(qū)動(dòng)的能夠沿導(dǎo)軌水平滑動(dòng)的 滑塊G)，所述滑塊上可拆裝地連接有向所述夾持機(jī)構(gòu)所在處延伸的夾持桿(5)，并在夾持 桿的端部設(shè)置有傳感器(6)；所述管件(1 由所述夾持機(jī)構(gòu)(1 水平固定夾持，且管件的軸線與所述傳感器(6) 的軸線垂直。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大長(zhǎng)徑比管件內(nèi)徑多參數(shù)測(cè)量裝置，其特征是所述夾持機(jī)構(gòu) (14)包括靠近所述測(cè)量機(jī)構(gòu)一端的第一支架(8)及遠(yuǎn)離所述測(cè)量機(jī)構(gòu)一端的第二支架 (9)，所述第二支架上設(shè)有以對(duì)所述管件的一端部形成固定支撐的頂尖(10)，所述第一支架 上設(shè)有四抓卡盤(11)，所述四抓卡盤的卡爪以對(duì)所述管件的另一端形成夾持固定，且第一 支架上還設(shè)有能將所述傳感器(6)沿被測(cè)管件的軸線引入其內(nèi)腔的導(dǎo)入裝置(12)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大長(zhǎng)徑比管件內(nèi)徑多參數(shù)測(cè)量裝置，其特征是所述傳感器 (6)呈圓盤形，其盤面中部垂直連接于所述夾持桿(5)的端部，在傳感器盤面(61)的圓周 上等分分布有四根電感測(cè)微頭(62)，各電感測(cè)微頭沿傳感器盤面的徑向伸入傳感器內(nèi)腔， 并在傳感器內(nèi)腔設(shè)有與電感測(cè)微頭固聯(lián)的第一鍥塊(63)，傳感器內(nèi)腔中可滑動(dòng)的第二鍥塊 (64)的斜面與所述第一鍥塊的斜面相對(duì)，且所述第一鍥塊與第二鍥塊的斜面沿所述傳感器 盤面(61)的徑向設(shè)置。
4.一種采用權(quán)利要求1所述的測(cè)量裝置對(duì)大長(zhǎng)徑比管件內(nèi)徑多參數(shù)測(cè)量的方法，其特 征是包括如下步驟A、將待測(cè)管類零件水平夾持在第一支架(8)及第二支架(9)上；B、搖動(dòng)手輪驅(qū)動(dòng)滑塊G)、夾持桿( 及傳感器(6)朝向待測(cè)管類零件移動(dòng)；C、通過第二砌塊(64)微調(diào)電感測(cè)微頭(6 的伸出長(zhǎng)度，使電感測(cè)微頭的外端抵觸被 測(cè)管類零件的內(nèi)壁；D、搖動(dòng)手輪驅(qū)動(dòng)傳感器(6)繼續(xù)向管類零件內(nèi)腔行進(jìn)，測(cè)量時(shí)電感測(cè)微頭檢測(cè)出被測(cè) 內(nèi)孔的信息，并產(chǎn)生感應(yīng)信號(hào)，經(jīng)信號(hào)放大單元放大后，傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集單元；E、計(jì)算機(jī)對(duì)采集到的感應(yīng)信號(hào)進(jìn)行處理，先將每個(gè)電感測(cè)微頭感應(yīng)的變化轉(zhuǎn)化為測(cè)微 頭的位置坐標(biāo)，然后用最小二乘法擬合出一個(gè)圓，求出內(nèi)孔的直徑和圓度，并顯示出來；電 感測(cè)微頭在被測(cè)內(nèi)孔表面連續(xù)采樣后，每個(gè)電感測(cè)頭的變化量便是被測(cè)內(nèi)孔的直線度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種大長(zhǎng)徑比管件內(nèi)徑多參數(shù)測(cè)量裝置，其特征是設(shè)置測(cè)量平臺(tái)，在測(cè)量平臺(tái)的兩端分別設(shè)置管件的夾持機(jī)構(gòu)與測(cè)量機(jī)構(gòu)；測(cè)量機(jī)構(gòu)包括布置于測(cè)量平臺(tái)一端的導(dǎo)軌，在導(dǎo)軌內(nèi)水平設(shè)有由手輪驅(qū)動(dòng)的絲杠，并在導(dǎo)軌上匹配設(shè)有由絲杠驅(qū)動(dòng)的能夠沿導(dǎo)軌水平滑動(dòng)的滑塊，滑塊上可拆裝地連接有向夾持機(jī)構(gòu)所在處延伸的夾持桿，并在夾持桿的端部設(shè)置有傳感器；管件由夾持機(jī)構(gòu)水平固定夾持，且管件的軸線與傳感器的軸線垂直。本發(fā)明可以同時(shí)給出被測(cè)量管件的內(nèi)徑、圓度、直線度。而傳感器測(cè)頭可以到達(dá)測(cè)量空間內(nèi)的任意截面進(jìn)行測(cè)量，沒有測(cè)量死點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01B7/28GK102032861SQ201010563959
公開日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2010年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月24日
發(fā)明者于連棟, 葉藤, 杜二寶 申請(qǐng)人:董志良