大直徑圓環(huán)類零件內(nèi)外徑非接觸式測(cè)量裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了屬于工業(yè)測(cè)量【技術(shù)領(lǐng)域】的一種大直徑圓環(huán)類零件內(nèi)外徑非接觸式測(cè)量裝置，該裝置采用旋轉(zhuǎn)臺(tái)(2)帶動(dòng)待測(cè)圓環(huán)零件(4)轉(zhuǎn)動(dòng)的方式，利用非接觸式的激光位移傳感器測(cè)量待測(cè)圓環(huán)零件(4)的內(nèi)徑、外徑尺寸；并利用升降臺(tái)(3)、內(nèi)外徑調(diào)整架(5)的微調(diào)來(lái)適應(yīng)不同尺寸待測(cè)圓環(huán)零件(4)的測(cè)量。本裝置可以實(shí)現(xiàn)圓環(huán)類零件內(nèi)徑、外徑、厚度和橢圓度的自動(dòng)化非接觸測(cè)量，測(cè)量誤差小、操作簡(jiǎn)便、測(cè)量速度快、工作效率高，適用于大直徑圓環(huán)類零件生產(chǎn)加工類企業(yè)大批量檢測(cè)的場(chǎng)合。
【專利說(shuō)明】大直徑圓環(huán)類零件內(nèi)外徑非接觸式測(cè)量裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于工業(yè)測(cè)量【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種大直徑圓環(huán)類零件內(nèi)外徑非接觸式測(cè)量裝置，用于測(cè)量大直徑圓環(huán)類零件的內(nèi)徑、外徑、厚度和橢圓度尺寸。

【背景技術(shù)】
[0002]圓環(huán)類零件種類繁多，諸如滾子、轉(zhuǎn)子、環(huán)、活塞、滾套、軸承等，其中軸承較為常見(jiàn)。在工業(yè)界通常把直徑(或稱口徑)在Φ500πιπι以上的工件稱為大直徑工件，有些工件的直徑在三米以上。例如:水輪機(jī)、汽輪機(jī)、大型發(fā)電機(jī)組以及大型軸承圈等都屬于大直徑工件。
[0003]能夠精確的測(cè)量大直徑工件的幾何尺寸，對(duì)生產(chǎn)和施工工程具有非常重要的意義和價(jià)值，對(duì)確保產(chǎn)品質(zhì)量非常關(guān)鍵。
[0004]目前對(duì)于大直徑圓環(huán)類零件，由于其尺寸特殊，沒(méi)有專用的量具對(duì)其進(jìn)行自動(dòng)化測(cè)量，現(xiàn)行的實(shí)施方案大都采用測(cè)量桿方法對(duì)圓環(huán)類零件進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量桿由固定長(zhǎng)度的鋼管組成，一端連接千分表，另一端通過(guò)鋼球與零件接觸。測(cè)量前，對(duì)鋼管長(zhǎng)度通過(guò)標(biāo)定，確定測(cè)量桿的定形尺寸，用于測(cè)量一種規(guī)格的零件。測(cè)量時(shí)，手持測(cè)量桿旋轉(zhuǎn)一周，利用千分表測(cè)出圓環(huán)尺寸與該定形尺寸的代數(shù)差，該代數(shù)差與定形尺寸之和即為被測(cè)圓環(huán)尺寸。
[0005]由于該方法需要工人手工操作，主觀因素和手持的穩(wěn)定性都對(duì)測(cè)量讀數(shù)有較大影響，所以測(cè)量誤差較大。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的以上一些問(wèn)題，本發(fā)明提供一種大直徑圓環(huán)類零件內(nèi)外徑非接觸式測(cè)量裝置，用于實(shí)現(xiàn)圓環(huán)類零件內(nèi)徑、外徑、厚度和橢圓度的自動(dòng)化非接觸測(cè)量，減小測(cè)量誤差，簡(jiǎn)化操作方法，提高測(cè)量速度和工作效率。
[0007]本發(fā)明提供的大直徑圓環(huán)類零件內(nèi)外徑非接觸式測(cè)量裝置，采用非接觸式的激光位移傳感器測(cè)量圓環(huán)類零件管壁與激光位移傳感器之間的距離，結(jié)合旋轉(zhuǎn)臺(tái)(2)中軸線與激光位移傳感器之間的距離，求出該零件的內(nèi)半徑和外半徑。利用旋轉(zhuǎn)臺(tái)(2)帶動(dòng)圓環(huán)類零件旋轉(zhuǎn)一周，可以求出整個(gè)截面的內(nèi)外徑數(shù)據(jù)。內(nèi)外徑調(diào)整架(5)帶動(dòng)激光位移傳感器水平移動(dòng)，可以適應(yīng)不同尺寸的圓環(huán)類零件測(cè)量。升降臺(tái)(3)上下移動(dòng)可以用來(lái)調(diào)整測(cè)量截面和待測(cè)圓環(huán)端面之間的距離，同時(shí)方便零件安放在旋轉(zhuǎn)臺(tái)面(10)上。
[0008]本發(fā)明提供的大直徑圓環(huán)類零件內(nèi)外徑非接觸式測(cè)量裝置由底座(I)、旋轉(zhuǎn)臺(tái)
(2)、升降臺(tái)(3)、內(nèi)外徑調(diào)整架(5)、內(nèi)徑探頭(6)和外徑探頭(7)組成；升降臺(tái)(3)帶動(dòng)內(nèi)外徑調(diào)整架(5)上下運(yùn)動(dòng)，內(nèi)徑探頭(6)和外徑探頭(7)固定在內(nèi)外徑調(diào)整架(5)上。
[0009]所述的旋轉(zhuǎn)臺(tái)⑵由電機(jī)(8)、渦輪蝸桿傳動(dòng)器(9)、旋轉(zhuǎn)臺(tái)面(10)、編碼器(11)和夾具(12)組成，編碼器(11)和旋轉(zhuǎn)臺(tái)面(10)同軸連接。
[0010]所述的內(nèi)外徑調(diào)整架(5)由外殼(21)、電機(jī)(22、23)、絲杠(24、25)、導(dǎo)軌(26、27、28、29)、內(nèi)徑固定臂(30)和外徑固定臂(31)組成。
[0011]所述的內(nèi)徑探頭(6)和外徑探頭(7)均為非接觸式的激光位移傳感器，用于測(cè)量探頭距離對(duì)應(yīng)管壁的距離。
[0012]工作原理說(shuō)明:
[0013]工作時(shí)，首先升降臺(tái)(3)帶動(dòng)內(nèi)外徑調(diào)整架(5)、內(nèi)徑探頭(6)和外徑探頭(7)升起，將待測(cè)圓環(huán)零件(4)放在旋轉(zhuǎn)臺(tái)面(10)上，保證圓環(huán)類工件與旋轉(zhuǎn)臺(tái)(2)的中軸線基本一致，并利用夾具(12)將待測(cè)圓環(huán)零件(4)固定在旋轉(zhuǎn)臺(tái)面(10)上。然后升降臺(tái)(3)帶動(dòng)內(nèi)外徑調(diào)整架(5)、內(nèi)徑探頭(6)和外徑探頭(7)向下移動(dòng)，調(diào)整測(cè)量圓環(huán)截面距端面的距離。內(nèi)外徑調(diào)整架(5)分別帶動(dòng)內(nèi)徑探頭(6)和外徑探頭(7)在水平方向上左右移動(dòng)，使待測(cè)圓環(huán)零件(4)處于激光位移傳感器的工作范圍以內(nèi)。
[0014]讀取內(nèi)徑探頭(6)和外徑探頭(7)與待測(cè)圓環(huán)零件(4)內(nèi)壁和外壁之間的距離讀數(shù)，分別記為a和b。結(jié)合內(nèi)徑探頭(6)和外徑探頭(7)與旋轉(zhuǎn)臺(tái)(2)中軸線之間的距離(分別記為A和B)，就可以計(jì)算出該角度處內(nèi)半徑的值為A+a，外半徑的值為B-b。升降臺(tái)
(3)和內(nèi)外徑調(diào)整架(5)位置調(diào)整好以后保持不動(dòng)，旋轉(zhuǎn)臺(tái)(2)帶動(dòng)待測(cè)圓環(huán)零件(4)轉(zhuǎn)動(dòng)，利用編碼器(11)來(lái)識(shí)別旋轉(zhuǎn)臺(tái)(2)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，每旋轉(zhuǎn)一定角度時(shí)，采集一次內(nèi)半徑和外半徑數(shù)值，最終實(shí)現(xiàn)整個(gè)圓周內(nèi)徑和外徑的測(cè)量。
[0015]直接測(cè)量出來(lái)的數(shù)據(jù)為待測(cè)圓環(huán)零件(4) 一個(gè)截面的輪廓，由于安放時(shí)待測(cè)圓環(huán)零件(4)的中軸線與旋轉(zhuǎn)臺(tái)(2)的中軸線很難保證一致，軸心偏移誤差對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響很大?？梢岳盟惴〝M合出截面輪廓的軸心，然后重新計(jì)算出的修正內(nèi)徑外徑即為該待測(cè)圓環(huán)零件(4)的內(nèi)徑和外徑數(shù)據(jù)。外徑和內(nèi)徑之差為圓環(huán)類零件的厚度，外徑和內(nèi)徑各自的最大變化量為橢圓度，所以本裝置也可以實(shí)現(xiàn)圓環(huán)類零件的厚度和橢圓度的測(cè)量。
[0016]本發(fā)明的有益效果是:
[0017]本發(fā)明提供的大直徑圓環(huán)類零件內(nèi)外徑非接觸式測(cè)量裝置，可以實(shí)現(xiàn)圓環(huán)類零件內(nèi)徑、外徑、厚度和橢圓度的自動(dòng)化非接觸測(cè)量，該裝置測(cè)量誤差小、操作簡(jiǎn)便、測(cè)量速度快、工作效率高，適用于大直徑圓環(huán)類零件生產(chǎn)加工類企業(yè)大批量檢測(cè)的場(chǎng)合。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1是本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)框圖。
[0019]圖2是旋轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖3是升降臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖4是內(nèi)外徑調(diào)整架結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖5是數(shù)據(jù)處理算法示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明:本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
[0024]實(shí)施例
[0025]如圖1所示，本實(shí)施例涉及的大直徑圓環(huán)類零件內(nèi)外徑非接觸式測(cè)量裝置，由底座(I)、旋轉(zhuǎn)臺(tái)(2)、升降臺(tái)(3)、內(nèi)外徑調(diào)整架(5)、內(nèi)徑探頭(6)和外徑探頭(7)組成。升降臺(tái)(3)帶動(dòng)內(nèi)外徑調(diào)整架(5)上下運(yùn)動(dòng)，內(nèi)徑探頭(6)和外徑探頭(7)固定在內(nèi)外徑調(diào)整架(5)上。
[0026]所測(cè)的工件為待測(cè)圓環(huán)零件⑷。
[0027]如圖2所示，所述的旋轉(zhuǎn)臺(tái)(2)由電機(jī)⑶、渦輪蝸桿傳動(dòng)器(9)、旋轉(zhuǎn)臺(tái)面(10)、編碼器(11)和夾具(12)組成。編碼器(11)與旋轉(zhuǎn)臺(tái)面(10)同軸連接，用于監(jiān)測(cè)其轉(zhuǎn)動(dòng)角度，本實(shí)施例選取的編碼器(11)每旋轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生20000個(gè)脈沖。夾具(12)用于固定待測(cè)圓環(huán)零件(4)，本實(shí)施例中夾具的實(shí)現(xiàn)方式為螺栓螺母固定的夾片形式，夾片(12)沿旋轉(zhuǎn)臺(tái)面(10)上的T型槽可以沿徑向活動(dòng)，夾片(12)和T型槽共六組，每隔60。一組。電機(jī)
(8)為伺服電機(jī)，型號(hào)安川公司的SGMGV-13ADC61。渦輪蝸桿傳動(dòng)器(9)將電機(jī)⑶的臥軸轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)臺(tái)面(10)的立軸轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0028]如圖3所示，所述的升降臺(tái)由邊框(13)、電機(jī)(14)、絲杠(15)、絲杠螺母(16)、圓柱光滑導(dǎo)軌(17、18)和滑塊(19、20)組成。電機(jī)(14)帶動(dòng)絲杠(15)轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)絲杠螺母(16)做上下運(yùn)動(dòng)，內(nèi)外徑調(diào)整架(5)與絲杠螺母(16)和滑塊(19、20)連接，隨之一起做上下運(yùn)動(dòng)。圓柱光滑導(dǎo)軌(17、18)和滑塊(19、20)的作用是確保運(yùn)動(dòng)過(guò)程順暢和防止發(fā)生旋轉(zhuǎn)。
[0029]如圖4所示，所述的內(nèi)外徑調(diào)整架(5)由外殼(21)、電機(jī)(22、23)、絲杠(24、25)、導(dǎo)軌(26、27、28、29)、內(nèi)徑固定臂(30)和外徑固定臂(31)組成。電機(jī)(22)帶動(dòng)絲杠(24)轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)內(nèi)徑固定臂(30)沿絲杠(24)軸向運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)軌(26、27)確保內(nèi)徑固定臂(30)運(yùn)動(dòng)過(guò)程順暢和防止發(fā)生旋轉(zhuǎn)。電機(jī)(23)帶動(dòng)絲杠(25)轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)外徑固定臂(31)沿絲杠(25)軸向運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)軌(28、29)確保外徑固定臂(31)運(yùn)動(dòng)過(guò)程順暢和防止發(fā)生旋轉(zhuǎn)。內(nèi)徑探頭(6)固定在內(nèi)徑固定臂(30)上，外徑探頭(7)固定在外徑固定臂(31)上。內(nèi)外徑調(diào)整架(5)可分別獨(dú)立調(diào)整內(nèi)徑探頭(6)和外徑探頭(7)的水平位置，確保待測(cè)圓環(huán)狀零件(4)處于激光位移傳感器的工作范圍以內(nèi)，以適應(yīng)不同尺寸圓環(huán)類零件的測(cè)量。
[0030]所述的內(nèi)徑探頭(6)和外徑探頭(7)為激光位移傳感器，型號(hào)為BANNER公司生產(chǎn)的 LH30.
[0031]本實(shí)施例操作過(guò)程說(shuō)明:
[0032]工作時(shí)，首先升降臺(tái)(3)帶動(dòng)內(nèi)外徑調(diào)整架(5)、內(nèi)徑探頭(6)和外徑探頭(7)升起，將待測(cè)圓環(huán)零件(4)放在旋轉(zhuǎn)臺(tái)面(10)上，保證待測(cè)圓環(huán)零件(4)與旋轉(zhuǎn)臺(tái)(2)的中軸線基本一致，并利用夾具(12)將待測(cè)圓環(huán)零件(4)固定在旋轉(zhuǎn)臺(tái)面(10)上。然后升降臺(tái)(3)帶動(dòng)內(nèi)外徑調(diào)整架(5)、內(nèi)徑探頭(6)和外徑探頭(7)向下移動(dòng)，調(diào)整測(cè)量圓環(huán)截面距端面的距離。內(nèi)外徑調(diào)整架(5)調(diào)整內(nèi)徑探頭(6)和外徑探頭(7)的水平位置，使待測(cè)圓環(huán)零件(4)處于激光位移傳感器的工作范圍以內(nèi)。
[0033]讀取內(nèi)徑探頭(6)和外徑探頭(7)與待測(cè)圓環(huán)零件⑷內(nèi)壁和外壁之間的距離讀數(shù)，分別記為a和b。結(jié)合內(nèi)徑探頭(6)和外徑探頭(7)與距離旋轉(zhuǎn)臺(tái)中軸線之間的距離(分別記為A和B)，就可以計(jì)算出該角度處內(nèi)半徑的值為A+a，外半徑的值為B-b。升降臺(tái)(3)和內(nèi)外徑調(diào)整架(5)保持不動(dòng)，旋轉(zhuǎn)臺(tái)(2)帶動(dòng)待測(cè)圓環(huán)零件(4)轉(zhuǎn)動(dòng)，利用編碼器
(11)來(lái)識(shí)別旋轉(zhuǎn)臺(tái)(2)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，每當(dāng)編碼器產(chǎn)生20個(gè)脈沖時(shí)，采集一次內(nèi)半徑和外半徑數(shù)值，最終實(shí)現(xiàn)整個(gè)圓周內(nèi)徑和外徑的測(cè)量；每個(gè)圓周采集1000組內(nèi)半徑和1000組外半徑數(shù)據(jù)。
[0034]直接測(cè)量出來(lái)的數(shù)據(jù)為待測(cè)圓環(huán)零件(4) 一個(gè)截面的輪廓，每一次測(cè)量的半徑R對(duì)應(yīng)于一個(gè)角度Θ，所以測(cè)量輪廓為一個(gè)函數(shù)R(0)。由于安放時(shí)待測(cè)圓環(huán)零件(4)的中軸線與旋轉(zhuǎn)臺(tái)(2)的中軸線很難保證一致，軸心偏移誤差對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響很大。可以利用算法擬合出截面輪廓的軸心，然后重新計(jì)算出修正的內(nèi)徑和外徑，算法過(guò)程如圖5所示:
[0035]首先將R( Θ )由角坐標(biāo)系轉(zhuǎn)變成平面直角坐標(biāo)系Χ0Υ，原點(diǎn)O為旋轉(zhuǎn)臺(tái)的軸心。利用最小二乘法計(jì)算出截面輪廓R(Q)的擬合圓心O’。然后重新計(jì)算圓上每一點(diǎn)P到O’的距離R’和角度Θ’，就可以得出修正后的尺寸數(shù)據(jù)R’(Θ’)。按照這種算法，可計(jì)算出修正的內(nèi)徑和外徑，即為該待測(cè)圓環(huán)零件(4)的內(nèi)徑和外徑數(shù)據(jù)。
[0036]外徑和內(nèi)徑之差為圓環(huán)類零件的厚度，外徑和內(nèi)徑各自的最大變化量為橢圓度，所以本裝置也可以實(shí)現(xiàn)圓環(huán)類零件的厚度和橢圓度測(cè)量。
[0037]測(cè)量和數(shù)據(jù)處理完畢后，升降臺(tái)(3)帶動(dòng)內(nèi)外徑調(diào)整架(5)、內(nèi)徑探頭(6)和外徑探頭(7)升起，松開(kāi)夾具(12)，將待測(cè)圓環(huán)狀零件(4)從本測(cè)量裝置上取下，測(cè)量過(guò)程結(jié)束。
【權(quán)利要求】
1.一種大直徑圓環(huán)類零件內(nèi)外徑非接觸式測(cè)量裝置，其特征在于:所述的大直徑圓環(huán)類零件內(nèi)外徑非接觸式測(cè)量裝置由底座(I)、旋轉(zhuǎn)臺(tái)(2)、升降臺(tái)(3)、內(nèi)外徑調(diào)整架(5)、內(nèi)徑探頭(6)和外徑探頭(7)組成；升降臺(tái)(3)帶動(dòng)內(nèi)外徑調(diào)整架(5)上下運(yùn)動(dòng)，內(nèi)徑探頭(6)和外徑探頭(7)固定在內(nèi)外徑調(diào)整架(5)上。
2.一種如權(quán)利要求1所述的大直徑圓環(huán)類零件內(nèi)外徑非接觸式測(cè)量裝置，其特征在于所述的旋轉(zhuǎn)臺(tái)⑵由電機(jī)(8)、渦輪蝸桿傳動(dòng)器(9)、旋轉(zhuǎn)臺(tái)面(10)、編碼器(11)和夾具(12)組成；編碼器(11)與旋轉(zhuǎn)臺(tái)面(10)同軸連接。
3.—種如權(quán)利要求1所述的大直徑圓環(huán)類零件內(nèi)外徑非接觸式測(cè)量裝置，其特征在于所述的內(nèi)外徑調(diào)整架(5)由外殼(21)、電機(jī)(22、23)、絲杠(24、25)、導(dǎo)軌(26、27、28、29)、內(nèi)徑固定臂(30)和外徑固定臂(31)組成。
4.一種如權(quán)利要求1所述的大直徑圓環(huán)類零件內(nèi)外徑非接觸式測(cè)量裝置，其特征在于所述的內(nèi)徑探頭(6)和外徑探頭(7)為激光位移傳感器。
【文檔編號(hào)】G01B11/08GK104180763SQ201310201516
【公開(kāi)日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2013年5月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月24日
【發(fā)明者】梅劍春, 葉青, 田建國(guó) 申請(qǐng)人:南開(kāi)大學(xué)