不規則孔周長測量及周長和直徑的檢測裝置及方法與流程

2023-10-21 11:43:22

本發明涉及一種不規則孔周長測量及周長和直徑的檢測裝置及方法，特別是涉及一種對有形變孔的檢測方法或者是不易檢測的孔如：小花鍵孔的周長和直徑的檢測方法，屬於精密測量領域。

背景技術：

目前的汽車離合器齒圈均是薄壁件，在裝配前還進行熱處理，孔徑變成不規則，而離合器齒圈是採用熱壓的方法裝配，保證離合器齒圈內孔與軸無間隙裝配，離合器齒圈齒輪參數的正確，所以離合器齒圈真實孔徑的測量方法是未解之題。不規則孔的直徑在圓周每一個位置都是不同的，對於像離合器齒圈熱處理後變形，熱壓後即保證齒輪參數正確，又保證一定壓量，現在就沒有好的直徑測量手段。而小模數齒輪內孔現在不論奇數還是偶數都是用通止規來進行測量，通止規測量是一種傳統的定性測量，它只是判斷產品是否合格，而不能給出產品具體偏差值，不能對生產進行時時監控，保證產品質量理想化生產，對現今產品質量要求也越來越高，現今機械製造水平發展已趨近智能化，只要給出產品生產過程具體偏差值，機械設備都能進行自動補償。這是通止規測量無法實現的。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種不規則孔周長測量及周長和直徑的檢測裝置及方法，能夠快速測量因變形造成的不規則孔，並根據實際具體環境情況如煙塵、油水、光線等幹擾的情況確定採用接觸測量，可通過採用測頭進行接觸測量或採用雷射位移傳感器進行非接觸測量來實現準確的測量，提供智能化、無人化測量平臺，並與機械手結合來實現無人化生產，對離合器齒圈進行測量時能夠根據實際要求在幾秒鐘到幾十秒內測出精度在0.01到0.001mm直徑；而對小模數齒輪內孔能夠在幾十秒內測出精度在0.01到0.001mm直徑。

本發明的技術方案是這樣實現的：一種不規則孔周長和直徑的檢測裝置，由床身、旋轉工作檯、滑臺氣缸、位移傳感器、圓光柵、測頭支架、測頭、位移量調節架、伺服系統、工件夾具組成；其特徵在於：床身與地面間採用隔振地基與地面連接，床身中心固定連接有旋轉軸系，旋轉軸系的下端連接伺服系統，旋轉軸系的上端與旋轉工作檯固定連接，圓光柵套裝在旋轉軸系上位於床身和旋轉工作檯之間，滑臺氣缸與旋轉工作檯固定連接，工件夾具固定在床身上，待測量工件放置在工件夾具上，測頭支架固定滑臺氣缸上，測頭位於測頭支架的前端，位移量調節架固定連接在測頭支架上，位移傳感器固定在旋轉工作檯，位移量調節架位於位移傳感器一側用於調整位移傳感器的位移量，位移量調節架為l型，長邊固定在測頭支架，短邊頂在位移傳感器的觸頭上，位移量調節架與滑臺氣缸的運動方向同步。

所述的旋轉工作檯上直接固定連接雷射位移傳感器進行非接觸測量。

不規則孔周長測量及周長和直徑的檢測方法，其具體的檢測步驟如下：

根據環境與工件不同選擇不同的測量方式，即接觸測量和非接觸測量；

1）首先採用標準件對測量系統參數進行標定，調整工件夾具和機械手，將標準件放到測量工位上，測頭支架被推到測量位置，測頭支架上的測頭與檢測孔壁相接觸，調整位移量調節架使位移量調節架上的短邊與位移傳感器接觸後使其處於有效量程內，旋轉工作檯轉動由圓光柵5採集角度量，通過位移傳感器同步採集該角度的徑向量，或者可直接用機械手夾持工件並用雷射位移傳感器進行測量；

2）系統發指令，旋轉工作檯轉動，由圓光柵、位移傳感器(或雷射位移傳感器)同步採集測量數據；並由位移傳感器(或雷射位移傳感器)同步獲取角度量和半徑量後，根據曲線在分割無限小就是直線的原理，按標準圓周長公式為l=2πr，對於不規則圓在不同的角度半徑是不同的，將圓角度360分割成n份即2π/n,周長公式為l={(r1+r2)/2}×2π/n+{(r2+r3)/2}×2π/n+……{(rn+r1)/2}×2π/n={[(r1+r2)+(r2+r3)+……(rn+r1)]/2}×2π/n={[2r1+2r2+2r3+……2rn]/2}×2π/n=[r1+r2+r3+……rn]×2π/n,當圓角度分割越小圓周長越準確。已知周長後求直徑公式為d={[r1+r2+r3+……rn]×2π/n}/π=2×[r1+r2+r3+……rn]/n；公式中的r1、r2.....rn代表的含義是將圓周360度分成n份角度，r1代表的含義是在360/n度圓弧角度位置到旋轉中心的半徑，r2代表的含義是在2×360/n度圓弧角度位置到旋轉中心的半徑，rn代表的含義是在360（n×360/n）度圓弧角度位置到旋轉中心的半徑；

3）將測量數據按以上公式進行計算後傳遞到數據採集及通信系統，數據採集及通信系統進行處理後獲得孔周長和直徑尺寸在數據處理及顯示系統上顯示作為檢測標準數值；

4）測量後滑臺氣缸將測頭支架、位移傳感器或雷射位移傳感器置於初始點，將標準件取下，開始對工件進行測量；

5）機械手將輸送鏈上的工件拿取後放入工件夾具上，工件夾具將工件夾緊；滑臺氣缸帶動測頭支架上的測頭與工件測量孔面相接觸，同時調整位移量調節架使位移量調節架上的短邊與位移傳感器接觸後使其處於有效量程內，這時伺服系統和旋轉工作檯開始轉動，固定在旋轉工作檯上的位移傳感器和滑臺氣缸帶動的測頭支架上的測頭在轉動過程中因工件半徑的變化，位移傳感器將其數據獲取後進行運算，並將運算結果與檢測標準數值比對後按測量值進行工件分類；並根據側量工件的數值進行下一步的加工。

本發明的積極效果是能夠在幾十秒內測出精度在0.001mm直徑；其測量精度高，現在好多的生產廠家均是採用三班24小時生產的，工人勞動強度大，傳統檢具無法準確測量，更是沒有將工件分組的能力，而本發明實現了無人化生產每一條生產線可以節省4到6名工人，提供智能化測量、與工控機和機械手相結合可將測量工件數值保存、分組，保證最佳裝配效果，是實現工業2025和工業4.0的手段；採用極坐標測量端（測頭或雷射位移傳感器）旋轉與被測量端（工件）旋轉誤差分析優缺點對比

1、測量端（測頭或雷射位移傳感器）旋轉，角度變化是相同的，相對應半徑和求相鄰兩半徑均值是方便可驗證的，被測量端（工件）旋轉裝換到「測量端（測頭或雷射位移傳感器）」相鄰角度是變化的相對應半徑和求相鄰兩半徑均值是不方便可驗證的。如圖4中o點是測量端（測頭或雷射位移傳感器）旋轉中心。o1點是被測量端（工件）旋轉中心。

2、我們測量的產品孔徑是200mm到600mm之間，被測量端（工件）質量大，工件質心和旋轉中心不同產生離心力，造成測量誤差。

3、被測量端（工件）直徑大，如果工件旋轉，旋轉工作檯直徑必須大，造價高。

附圖說明

圖1本發明的結構示意圖。

圖2為本發明的俯視圖。

圖3為本發明的角度量和半徑量同步獲取的示意圖。

圖4為本發明採用雷射位移傳感器的示意圖。

圖5為本發明的不規則孔測量的原理圖。

圖6為本發明的步驟流程圖。

圖7為本發明的檢測工件標準離合器齒圈的結構示意圖。

圖8為本發明的檢測小模數齒輪工件的結構圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明做進一步的描述:如圖1-2所示，一種不規則孔周長和直徑的檢測裝置，由床身1、旋轉工作檯2、滑臺氣缸3、位移傳感器4、圓光柵5、測頭支架6、測頭7、位移量調節架8、伺服系統9、工件夾具10組成；其特徵在於：床身1與地面間採用隔振地基與地面連接，床身1中心固定連接有旋轉軸系，旋轉軸系的下端連接伺服系統9，旋轉軸系的上端與旋轉工作檯2固定連接，圓光柵5套裝在旋轉軸系上位於床身1和旋轉工作檯2之間，滑臺氣缸3與旋轉工作檯2固定連接，工件夾具11固定在床身1上，待測量工件放置在工件夾具11上，測頭支架6固定滑臺氣缸3上，測頭7位於測頭支架6的前端，位移量調節架8固定連接在測頭支架6上，位移傳感器4固定在旋轉工作檯2，位移量調節架8位於位移傳感器4一側用於調整位移傳感器4的位移量，位移量調節架8為l型，長邊固定在測頭支架6，短邊頂在位移傳感器4的觸頭上，位移量調節架8與滑臺氣缸3的運動方向同步。

所述的旋轉工作檯2上直接固定連接雷射位移傳感器7進行非接觸測量。

實施例1離合器齒圈直徑測量

根據環境與離合器齒圈選擇接觸測量；如圖3、5、6、7所示，

1）首先採用標準件對測量系統參數進行標定，調整工件夾具10和機械手，將離合器齒圈標準件11放到測量工位上，測頭支架6被推到測量位置，測頭支架6上的測頭與檢測孔壁相接觸，調整位移量調節架8使位移量調節架8上的短邊與位移傳感器4接觸後使其處於有效量程內，旋轉工作檯2轉動由圓光柵5採集角度量，通過位移傳感器4同步採集該角度的徑向量，或者可直接用機械手夾持工件11並用雷射位移傳感器7進行測量；

2）系統發指令，旋轉工作檯2轉動，由圓光柵5、位移傳感器4或雷射位移傳感器7同步採集測量數據；並由位移傳感器4或雷射位移傳感器7同步獲取角度量和半徑量後，根據曲線在分割無限小就是直線的原理，按標準圓周長公式為l=2πr，對於不規則圓在不同的角度半徑是不同的，將圓角度360分割成n份即2π/n,周長公式為l={(r1+r2)/2}×2π/n+{(r2+r3)/2}×2π/n+……{(rn+r1)/2}×2π/n={[(r1+r2)+(r2+r3)+……(rn+r1)]/2}×2π/n={[2r1+2r2+2r3+……2rn]/2}×2π/n=[r1+r2+r3+……rn]×2π/n,當圓角度分割越小圓周長越準確。已知周長後求直徑公式為d={[r1+r2+r3+……rn]×2π/n}/π=2×[r1+r2+r3+……rn]/n；公式中的r1、r2.....rn代表的含義是將圓周360度分成n份角度，r1代表的含義是在360/n度圓弧角度位置到旋轉中心的半徑，r2代表的含義是在2×360/n度圓弧角度位置到旋轉中心的半徑，rn代表的含義是在360（n×360/n）度圓弧角度位置到旋轉中心的半徑；

3）將測量數據按以上公式進行計算後傳遞到數據採集及通信系統8，數據採集及通信系統8進行處理後獲得孔周長和直徑尺寸在數據處理及顯示系統10上顯示作為檢測標準數值；對一齒圈內孔測量角度每1°採集一半徑，按下表進行採集，

直徑是d=（r0+……+r359）×2/360=（126.017+……+126.0737）×2/360

4）測量後滑臺氣缸3將測頭支架6、位移傳感器4或雷射位移傳感器7置於初始點，將標準件取下，開始對工件進行測量；

5）機械手將輸送鏈上的離合器齒圈工件11拿取後放入工件夾具10上，工件夾具10將離合器齒圈工件11夾緊；滑臺氣缸3帶動測頭支架6上的測頭與離合器齒圈工件11測量孔面相接觸，同時調整位移量調節架8使位移量調節架8上的短邊與位移傳感器4接觸後使其處於有效量程內，這時伺服系統9和旋轉工作檯2開始轉動，固定在旋轉工作檯2上的位移傳感器4和滑臺氣缸3帶動的測頭支架6上的測頭在轉動過程中因離合器齒圈工件11半徑的變化，位移傳感器4將其數據獲取後進行運算，並將運算結果與檢測標準數值比對後按測量值進行離合器齒圈工件11分類；並根據側量離合器齒圈工件11的數值進行下一步的加工。

實施例2小模數齒輪

根據環境與小模數齒輪選擇非接觸測量；對於花鍵內孔測量採集一半徑，如圖4、8所示，

1）首先採用標準件對測量系統參數進行標定，調整工件夾具10和機械手，將小模數齒輪標準件放到測量工位上，直接用機械手夾持小模數齒輪並用固定在旋轉平臺2上的雷射位移傳感器7進行測量；

2）系統發指令，旋轉工作檯2轉動，由雷射位移傳感器7同步獲取角度量和半徑量後，根據曲線在分割無限小就是直線的原理，按標準圓周長公式為l=2πr，對於不規則圓在不同的角度半徑是不同的，將圓角度360分割成n份即2π/n,周長公式為l={(r1+r2)/2}×2π/n+{(r2+r3)/2}×2π/n+……{(rn+r1)/2}×2π/n={[(r1+r2)+(r2+r3)+……(rn+r1)]/2}×2π/n={[2r1+2r2+2r3+……2rn]/2}×2π/n=[r1+r2+r3+……rn]×2π/n,當圓角度分割越小圓周長越準確。已知周長後求直徑公式為d={[r1+r2+r3+……rn]×2π/n}/π=2×[r1+r2+r3+……rn]/n；公式中的r1、r2.....rn代表的含義是將圓周360度分成n份角度，r1代表的含義是在360/n度圓弧角度位置到旋轉中心的半徑，r2代表的含義是在2×360/n度圓弧角度位置到旋轉中心的半徑，rn代表的含義是在360（n×360/n）度圓弧角度位置到旋轉中心的半徑；

3）將測量數據按以上公式進行計算後傳遞到數據採集及通信系統8，數據採集及通信系統8進行處理後獲得孔周長和直徑尺寸在數據處理及顯示系統10上顯示作為檢測標準數值；

4）測量後雷射位移傳感器7置於初始點，將小模數齒輪標準件取下，開始對工件11進行測量；

5）機械手將輸送鏈上的小模數齒輪工件11拿取後，由雷射位移傳感器7進行角度量和半徑量的數據獲取後進行運算，並將運算結果與檢測標準數值比對後按測量值進行小模數齒輪工件11分類；並根據側量小模數齒輪工件11的數值進行下一步的加工。