一种回转类零件多参数在线测量装置论文和设计-郑红伟

全文摘要

本实用新型公开了一种回转类零件多参数在线测量装置，包括执行机构、传动机构、驱动机构、支撑机构和垫块；所述执行机构包括第一激光扫描头、第二激光扫描头和第三激光扫描头；所述传动机构包括第一传动机构、第二传动机构、第三传动机构和纵向传动机构；所述纵向传动机构包括第四滚珠丝杠、第四直线导轨和第五直线导轨；所述驱动机构包括第一伺服电机、第二伺服电机、第三伺服电机和第四伺服电机；所述支撑机构包括第一三角形支架、第二三角形支架和第三三角形支架。该测量装置采用激光扫描头进行数据采集，利用机床导轨本身的精度配合垫块来保证激光扫描头所处平面与被测零件径向截面平行，实现回转类零件的非接触式在线测量。

主设计要求

1.一种回转类零件多参数在线测量装置，其特征在于该装置包括执行机构、传动机构、驱动机构、支撑机构和垫块；所述执行机构包括第一激光扫描头、第二激光扫描头和第三激光扫描头；所述传动机构包括第一传动机构、第二传动机构、第三传动机构和纵向传动机构；所述纵向传动机构包括第四滚珠丝杠、第四直线导轨和第五直线导轨；所述驱动机构包括第一伺服电机、第二伺服电机、第三伺服电机和第四伺服电机；所述支撑机构包括第一三角形支架、第二三角形支架和第三三角形支架；所述第二三角形支架和第三三角形支架均通过垫块固定于机床导轨上；所述第四直线导轨的两端分别固定在第二三角形支架和第三三角形支架上，第五直线导轨的两端分别固定在第二三角形支架和第三三角形支架上；第四滚珠丝杠通过两端的支撑座固定在第二三角形支架和第三三角形支架上；所述第一三角形支架的顶端固定在第四直线导轨的滑块上，一个底端固定在第五直线导轨的滑块上，另一个底端固定在第四滚珠丝杠的螺母座上；第一传动机构、第二传动机构和第三传动机构分别安装在第一三角形支架的三条边上；所述第一伺服电机固定在第一三角形支架上，其输出端与第一传动机构连接，第一激光扫描头安装在第一传动机构上；所述第二伺服电机固定在第一三角形支架上，其输出端与第二传动机构连接，第二激光扫描头安装在第二传动机构上；所述第三伺服电机固定在第一三角形支架上，其输出端与第三传动机构连接，第三激光扫描头安装在第三传动机构上；所述第四伺服电机固定在第二三角形支架或第三三角形支架上，其输出端与第四滚珠丝杠连接。

设计方案

所述第二三角形支架和第三三角形支架均通过垫块固定于机床导轨上；所述第四直线导轨的两端分别固定在第二三角形支架和第三三角形支架上，第五直线导轨的两端分别固定在第二三角形支架和第三三角形支架上；第四滚珠丝杠通过两端的支撑座固定在第二三角形支架和第三三角形支架上；所述第一三角形支架的顶端固定在第四直线导轨的滑块上，一个底端固定在第五直线导轨的滑块上，另一个底端固定在第四滚珠丝杠的螺母座上；第一传动机构、第二传动机构和第三传动机构分别安装在第一三角形支架的三条边上；

所述第一伺服电机固定在第一三角形支架上，其输出端与第一传动机构连接，第一激光扫描头安装在第一传动机构上；所述第二伺服电机固定在第一三角形支架上，其输出端与第二传动机构连接，第二激光扫描头安装在第二传动机构上；所述第三伺服电机固定在第一三角形支架上，其输出端与第三传动机构连接，第三激光扫描头安装在第三传动机构上；所述第四伺服电机固定在第二三角形支架或第三三角形支架上，其输出端与第四滚珠丝杠连接。

2.根据权利要求1所述的回转类零件多参数在线测量装置，其特征在于所述第一传动机构包括第一滚珠丝杠和第一直线导轨；所述第二传动机构包括第二滚珠丝杠和第二直线导轨；所述第三传动机构包括第三滚珠丝杠和第三直线导轨；

所述第一伺服电机的输出端与第一滚珠丝杠连接，第一激光扫描头安装在第一直线导轨的滑块上；所述第二伺服电机的输出端与第二滚珠丝杠连接，第二激光扫描头安装在第二直线导轨的滑块上；所述第三伺服电机的输出端与第三滚珠丝杠连接，第三激光扫描头安装在第三直线导轨的滑块上。

3.根据权利要求1所述的回转类零件多参数在线测量装置，其特征在于所述执行机构采用紧凑型激光三角反射式位移传感器。

4.根据权利要求1所述的回转类零件多参数在线测量装置，其特征在于第一三角形支架采用等边三角形支架；第一激光扫描头、第二激光扫描头和第三激光扫描头呈等边三角形分布在第一三角形支架的三条边上。

5.根据权利要求1所述的回转类零件多参数在线测量装置，其特征在于该装置还包括传感模块；所述传感模块包括个限位开关；所述第一激光扫描头通过第一限位开关和第二限位开关限制行程；所述第二激光扫描头通过第三限位开关和第四限位开关限制行程；所述第三激光扫描头通过第五限位开关和第六限位开关限制行程；所述第四直线导轨上安装第七限位开关和第八限位开关。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及测量装置领域，具体是一种回转类零件多参数在线测量装置。

背景技术

回转类零件测量是制造加工领域的重要课题。目前，回转类零件加工精度检测主要采用传统的手工测量和离线检测方法，包括回转轴线法、三点法等。这些方法需要将工件转移到专门的夹具里，进行二次定位与装夹，然后用特定的测量仪或千分表、卡尺测量，不仅效率低，还会产生二次定位误差。申请号201810246561.8的文献公开了一种精密回转体零件直径自动测量仪，该测量仪采用非接触式测量方法，不对零件表面产生任何损伤，通过对步进电机的控制，可实现自动测量，减少人工测量带来的麻烦。但其只针对回转类零件直径测量，缺乏对回转类零件圆度、圆柱度等其他关键参数的测量。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型拟解决的技术问题是，提供一种回转类零件多参数在线测量装置。

本实用新型解决所述技术问题的技术方案是，提供一种回转类零件多参数在线测量装置，其特征在于该装置包括执行机构、传动机构、驱动机构、支撑机构和垫块；所述执行机构包括第一激光扫描头、第二激光扫描头和第三激光扫描头；所述传动机构包括第一传动机构、第二传动机构、第三传动机构和纵向传动机构；所述纵向传动机构包括第四滚珠丝杠、第四直线导轨和第五直线导轨；所述驱动机构包括第一伺服电机、第二伺服电机、第三伺服电机和第四伺服电机；所述支撑机构包括第一三角形支架、第二三角形支架和第三三角形支架；

与现有技术相比，本实用新型有益效果在于：

1.该测量装置采用激光位移传感器进行数据采集，利用机床导轨本身的精度配合垫块来保证激光扫描头所处平面与被测零件径向截面平行，实现回转类零件的非接触式在线测量。

2.该测量装置中的三个激光扫描头呈等边三角形分布，并能沿三角形的边完成直线往复运动，通过控制伺服电机可将三个激光扫描头停留在最小距离处进行测量得到三个最小距离值，实现对于工件上同一截面处三点的测量，实现测量过程中的周向自动定心功能。

3.第一三角形支架及其上安装的部件能够实现纵向往复移动，满足不同测量位置、多参数测量的需求。

4.采用滚珠丝杠传动机构，具有运动平稳、传动效率高、定位精确、承载能力强、结构简单紧凑的特点。

5.采用伺服电机驱动，较于使用步进电机的测量系统具有控制精度高、运行性能稳定的特点。

6.该装置能够实现对回转类零件直径、直线度、圆度、圆柱度、同轴度的在线测量。

附图说明

图1为本实用新型一种实施例的整体结构等轴测示意图；

图2为本实用新型一种实施例的整体结构主视示意图；

图3为本实用新型一种实施例的整体结构右视示意图；

图中：0、待测量回转类零件；1、执行机构；2、传动机构；3、驱动机构；4、支撑机构；5、传感模块；6、垫块；7、机床导轨；

具体实施方式

下面给出本实用新型的具体实施例。具体实施例仅用于进一步详细说明本实用新型，不限制本申请权利要求的保护范围。

本实用新型提供了一种回转类零件多参数在线测量装置(简称装置，参见图1-3)，其特征在于该装置包括执行机构1、传动机构2、驱动机构3、支撑机构4和垫块6；所述执行机构1包括第一激光扫描头101、第二激光扫描头102和第三激光扫描头103；所述传动机构2包括第一传动机构201、第二传动机构202、第三传动机构203和纵向传动机构204；所述纵向传动机构204包括第四滚珠丝杠2041、第四直线导轨2042和第五直线导轨2043；所述驱动机构3包括第一伺服电机301、第二伺服电机302、第三伺服电机303和第四伺服电机304；所述支撑机构4包括第一三角形支架401、第二三角形支架402和第三三角形支架403；

所述第二三角形支架402和第三三角形支架403均通过垫块6固定于机床导轨7上，利用机床导轨7本身的精度配合垫块6来保证第一三角形支架401与被测零件径向截面平行，从而实现对于工件上同一截面处三点的测量；

所述第四直线导轨2042的两端分别固定在第二三角形支架402和第三三角形支架403的顶端上，第五直线导轨2043的两端分别固定在第二三角形支架402和第三三角形支架403的一个底端上；第四滚珠丝杠2041通过自身两端的支撑座固定在第二三角形支架402和第三三角形支架403的另一个底端上；所述第一三角形支架401的顶端固定在第四直线导轨2042的滑块上，一个底端固定在第五直线导轨2043的滑块上，另一个底端固定在第四滚珠丝杠2041的螺母座上；第一传动机构201、第二传动机构202和第三传动机构203分别安装在第一三角形支架401的三条边上；

所述第一传动机构201包括第一滚珠丝杠2011和第一直线导轨2012；所述第二传动机构202包括第二滚珠丝杠2021和第二直线导轨2022；所述第三传动机构203包括第三滚珠丝杠2031和第三直线导轨2032；所述第一伺服电机301固定在第一三角形支架401上，其输出端与第一传动机构201的第一滚珠丝杠2011连接，第一激光扫描头101安装在第一传动机构201的第一直线导轨2012的滑块上；所述第二伺服电机302固定在第一三角形支架401上，其输出端与第二传动机构202的第二滚珠丝杠2021连接，第二激光扫描头102安装在第二传动机构202的第二直线导轨2022的滑块上；所述第三伺服电机303固定在第一三角形支架401上，其输出端与第三传动机构203的第三滚珠丝杠2031连接，第三激光扫描头103安装在第三传动机构203的第三直线导轨2032的滑块上；所述第四伺服电机304固定在第二三角形支架402或第三三角形支架403上，其输出端通过齿轮配合与第四滚珠丝杠2041连接；第四伺服电机304驱动第四滚珠丝杠2041转动，在第四直线导轨2042和第五直线导轨2043的导向作用下，第四滚珠丝杠2041的螺母座带动第一三角形支架401整体移动，实现第一三角形支架401相对于第二三角形支架402和第三三角形支架403的移动；

所述执行机构1采用紧凑型激光三角反射式位移传感器；

第一三角形支架401优选采用等边三角形支架，方便计算。第一激光扫描头101、第二激光扫描头102和第三激光扫描头103呈等边三角形分布在第一三角形支架401的三条边上。

该装置还包括传感模块5；所述传感模块5包括8个限位开关；所述第一激光扫描头101通过第一限位开关501和第二限位开关502限制行程，防止超出行程；所述第二激光扫描头102通过第三限位开关503和第四限位开关504限制行程；所述第三激光扫描头103通过第五限位开关505和第六限位开关506限制行程；所述第四直线导轨2042上安装第七限位开关507和第八限位开关508。

本实用新型的工作原理和工作流程是：

1、直径测量：待测量回转类零件0通过数控车床的三爪卡盘夹紧，保持静止状态。第一伺服电机301正转，驱动第一滚珠丝杠2011转动，在第一滚珠丝杠2011的带动下，第一直线导轨2012的滑块带动第一激光扫描头101移动，检测到唯一最小测量值后，第一伺服电机301反转至最小测量值处，运动停止；第二伺服电机302正转，驱动第二滚珠丝杠2021转动，在第二滚珠丝杠2021的带动下，第二直线导轨2022的滑块带动第二激光扫描头102移动，检测到唯一最小测量值后，第二伺服电机302反转至最小测量值处，运动停止；第三伺服电机303正转，驱动第三滚珠丝杠2031转动，在第三滚珠丝杠2031的带动下，第三直线导轨2032的滑块带动第三激光扫描头103移动，检测到唯一最小测量值后，第三伺服电机303反转至最小测量值处，运动停止；将第一激光扫描头101、第二激光扫描头102和第三激光扫描头103在位置一处测量的数值传输至计算机，通过现有软件获取最小测量值处的三个坐标值，然后通过已知圆上三点坐标求圆心坐标和半径\/直径的方法，得到待测量回转类零件0在该位置的直径。

第四伺服电机304正转，通过齿轮传递动力至第四滚珠丝杠2041，带动第一三角形支架401移动到位置二、位置三等位置，重复上述过程，得到待测量回转类零件0在各个位置的直径。

2、直线度测量：待测量回转类零件0通过数控车床的三爪卡盘夹紧，保持静止状态。第一伺服电机301正转，驱动第一滚珠丝杠2011转动，在第一滚珠丝杠2011的带动下，第一直线导轨2012的滑块带动第一激光扫描头101移动，检测到唯一最小测量值后，第一伺服电机301反转至最小测量值处，运动停止；第四伺服电机304正转，通过齿轮传递动力至第四滚珠丝杠2041，带动第一三角形支架401移动到位置二，重复测量过程。再将位置一和位置二的测量数值传输至计算机，通过现有软件得到待测量回转类零件0的直线度。

直线度测量也可以单独采用第二激光扫描头102或第三激光扫描头103，方法和原理与第一激光扫描头101相同。

3、圆度测量：待测量回转类零件0通过数控车床的三爪卡盘夹紧，保持静止状态。第一伺服电机301正转，驱动第一滚珠丝杠2011转动，在第一滚珠丝杠2011的带动下，第一直线导轨2012的滑块带动第一激光扫描头101移动，检测到唯一最小测量值后，第一伺服电机301反转至最小测量值处，运动停止；第二伺服电机302正转，驱动第二滚珠丝杠2021转动，在第二滚珠丝杠2021的带动下，第二直线导轨2022的滑块带动第二激光扫描头102移动，检测到唯一最小测量值后，第二伺服电机302反转至最小测量值处，运动停止；第三伺服电机303正转，驱动第三滚珠丝杠2031转动，在第三滚珠丝杠2031的带动下，第三直线导轨2032的滑块带动第三激光扫描头103移动，检测到唯一最小测量值后，第三伺服电机303反转至最小测量值处，运动停止；然后，机床主轴带动待测量回转类零件0旋转360°，第一激光扫描头101、第二激光扫描头102和第三激光扫描头103实时采集数据；将第一激光扫描头101、第二激光扫描头102和第三激光扫描头103在位置一处测量的数值传输至计算机，通过现有软件得到待测量回转类零件0在该位置的圆度。

第四伺服电机304正转，通过齿轮传递动力至第四滚珠丝杠2041，带动第一三角形支架401移动到位置二、位置三等位置，重复上述过程，得到待测量回转类零件0在各个位置的圆度。

4、圆柱度测量：待测量回转类零件0通过数控车床的三爪卡盘夹紧，保持静止状态。第一伺服电机301正转，驱动第一滚珠丝杠2011转动，在第一滚珠丝杠2011的带动下，第一直线导轨2012的滑块带动第一激光扫描头101移动，检测到唯一最小测量值后，第一伺服电机301反转至最小测量值处，运动停止；第二伺服电机302正转，驱动第二滚珠丝杠2021转动，在第二滚珠丝杠2021的带动下，第二直线导轨2022的滑块带动第二激光扫描头102移动，检测到唯一最小测量值后，第二伺服电机302反转至最小测量值处，运动停止；第三伺服电机303正转，驱动第三滚珠丝杠2031转动，在第三滚珠丝杠2031的带动下，第三直线导轨2032的滑块带动第三激光扫描头103移动，检测到唯一最小测量值后，第三伺服电机303反转至最小测量值处，运动停止；然后，机床主轴带动待测量回转类零件0旋转360°，第一激光扫描头101、第二激光扫描头102和第三激光扫描头103实时采集数据。第四伺服电机304正转，通过齿轮传递动力至第四滚珠丝杠2041，带动第一三角形支架401移动到位置二、位置三等位置，重复上述过程。最后，将第一激光扫描头101、第二激光扫描头102和第三激光扫描头103的所有测量数值传输至计算机，通过现有软件利用最小二乘圆心重构出实际圆柱面轮廓，然后采用国标规定的误差评定方法，得到待测量回转类零件0的圆柱度。

5、同轴度测量：待测量回转类零件0通过数控车床的三爪卡盘夹紧，保持静止状态。第一伺服电机301正转，驱动第一滚珠丝杠2011转动，在第一滚珠丝杠2011的带动下，第一直线导轨2012的滑块带动第一激光扫描头101移动，检测到唯一最小测量值后，第一伺服电机301反转至最小测量值处，运动停止；第二伺服电机302正转，驱动第二滚珠丝杠2021转动，在第二滚珠丝杠2021的带动下，第二直线导轨2022的滑块带动第二激光扫描头102移动，检测到唯一最小测量值后，第二伺服电机302反转至最小测量值处，运动停止；第三伺服电机303正转，驱动第三滚珠丝杠2031转动，在第三滚珠丝杠2031的带动下，第三直线导轨2032的滑块带动第三激光扫描头103移动，检测到唯一最小测量值后，第三伺服电机303反转至最小测量值处，运动停止；然后，机床主轴带动待测量回转类零件0旋转360°，第一激光扫描头101、第二激光扫描头102和第三激光扫描头103实时采集数据。将第一激光扫描头101、第二激光扫描头102和第三激光扫描头103各自测得的最大值与最小值的差值的一半取平均值作为该位置的同轴度误差。

第四伺服电机304正转，通过齿轮传递动力至第四滚珠丝杠2041，带动第一三角形支架401移动到位置二、位置三等位置，重复上述过程，得到待测量回转类零件0在各个位置的同轴度误差。

最后，取同轴度误差的最大值作为待测量回转类零件0的同轴度误差。同轴度即回转类零件被测轴线对基准轴线的同轴度误差。本实用新型未述及之处适用于现有技术。

设计图

一种回转类零件多参数在线测量装置论文和设计

一种回转类零件多参数在线测量装置论文和设计-郑红伟

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主设计要求

设计方案

设计说明书

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