本發(fā)明涉及內(nèi)圓孔的輪廓誤差測量，具體涉及一種便攜式高精度內(nèi)圓孔輪廓誤差自動測量裝置。

背景技術(shù)：

在涉及到內(nèi)圓孔工件的加工過程中，由于制造水平有限，在進行后續(xù)的加工工序時，必須對其內(nèi)徑、圓度等參數(shù)進行檢測，此工序直接關(guān)系到工件的生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量。零件中內(nèi)圓孔部位一般被用作為配合基準(zhǔn)，其尺寸是否在誤差允許范圍內(nèi)是判定該零件是否合格的主要標(biāo)準(zhǔn)之一，因此精確測量內(nèi)孔參數(shù)是制造過程中重要流程。

在檢測技術(shù)方面，測量方式主要有接觸式測量和非接觸式測量兩種方式。目前國內(nèi)大部分采用接觸式測量，傳統(tǒng)的接觸式測量方法即為采用卡尺測量的方法，該方法測量精度低、受人為因素影響較大、測量效率不高、容易損傷產(chǎn)品表面，且只能獲取單一直徑尺寸，無法獲得圓孔整體誤差，對圓孔的輪廓細節(jié)無法實現(xiàn)測量與檢驗，不能滿足機械制造企業(yè)的高精度、自動化測量要求。非接觸測量主要是基于光、電、磁原理的基礎(chǔ)上進行設(shè)計實現(xiàn)的，目前已經(jīng)取得了很大的進步，有效的提高了內(nèi)孔工件的輪廓誤差檢測效率與精度，提升了產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種高效、高精度的便攜式內(nèi)圓孔輪廓誤差自動測量裝置。

為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種便攜式高精度內(nèi)圓孔輪廓誤差自動測量裝置，包括固定于被測孔的端面的支撐架，所述支撐架上設(shè)有實現(xiàn)該便攜式高精度內(nèi)圓孔輪廓誤差自動測量裝置初步定心的刻度標(biāo)識；支撐架上設(shè)有通過吸附在被測孔端面實現(xiàn)支撐架與被測孔固聯(lián)的電磁吸盤；所述支撐架上固定有XY軸位移平臺，所述XY軸位移平臺上固定有超聲電機，所述超聲電機的旋轉(zhuǎn)軸穿過XY軸位移平臺的中心孔與倒T形的測量桿的豎直桿上端固定連接；所述測量桿的水平桿的一端設(shè)有電渦流位移傳感器，另一端設(shè)有用于平衡所述電渦流位移傳感器重量與測量桿的水平桿重量的配重裝置；所述測量桿的豎直桿上設(shè)有當(dāng)測量桿旋轉(zhuǎn)時可保證導(dǎo)線不會纏繞而影響測量的導(dǎo)電滑環(huán)。

上述電磁吸盤與工業(yè)計算機電連接，通過工業(yè)計算機控制電磁吸盤的通斷；所述超聲電機通過電機驅(qū)動模塊與工業(yè)計算機電連接，工業(yè)計算機通過電機驅(qū)動模塊控制超聲電機運轉(zhuǎn)，所述超聲電機驅(qū)動測量桿做回轉(zhuǎn)運動，電渦流位移傳感器的信號通過導(dǎo)電滑環(huán)傳輸至信號調(diào)理模塊，經(jīng)過信號調(diào)理模塊變送后的信號隔離傳送到工業(yè)計算機，工業(yè)計算機通過最小二乘算法得出測量偏心量。

上述支撐架為四爪支架，支撐架的各個爪端上開設(shè)有與所述電磁吸盤等高的臺階，所述電磁吸盤通過螺紋連接的方式設(shè)于所述臺階內(nèi)；所述四爪支架的中心處設(shè)有通孔；所述超聲電機的旋轉(zhuǎn)軸穿過XY軸位移平臺的中心孔以及四爪支架的中心處的通孔后與倒T形的測量桿的豎直桿上端固定連接。

將支撐架固定于被測孔上時，先通過支撐架上的刻度與被測孔對心，然后給電磁吸盤通電后使支撐架吸附固定在被測孔的端面。

上述配重裝置是配重塊，配重塊的表面開設(shè)有通過裝卸螺釘來增減配重裝置重量的螺紋孔。

上述XY軸位移平臺還包括千分尺，通過調(diào)節(jié)千分尺，進一步將超聲電機以及與超聲電機連接的測量桿對心。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明主要是針對孔狀工件進行測量，而一般的測量工具不能實現(xiàn)精密的孔截面測量。本發(fā)明提供了一種低成本、快速、高精度、攜帶操作方便的工件內(nèi)部尺寸參數(shù)的測量裝置。本發(fā)明具體包括以下優(yōu)點：

1、采用對心裝置，初步安裝時支撐架刻度對心，固定支撐架后預(yù)測量一周，獲取偏心量，再通過位移平臺進一步調(diào)整電機對心，測量精度高，且十分方便有效；

2、電機采用超聲電機代替?zhèn)鹘y(tǒng)電機，其優(yōu)勢在于具有低速大力矩輸出、功率密度高、啟?？刂菩院谩⒖蓪崿F(xiàn)直接驅(qū)動、可實現(xiàn)精確定位、容易制成直線移動型馬達、噪音小、不會發(fā)出電磁干擾亦不受電磁干擾；可使用耐磨材料(接觸型USM)和高頻電源等；

3、傳感器采用電渦流傳感器，為非接觸式測量方式，具有精度高、誤差小、測量對原工件破壞少等特點；

4、考慮到該設(shè)備采用有線傳輸?shù)姆绞捷敵鰯?shù)據(jù)，系統(tǒng)在轉(zhuǎn)動軸上安裝導(dǎo)電滑環(huán)，減少了導(dǎo)線纏繞對測量的影響；

5、在測量桿的水平桿與傳感器的另一側(cè)安裝配重裝置，用以平衡其重量，提高了系統(tǒng)的測量穩(wěn)定性與精確性；

6、測量裝置與被測工件采用電磁吸盤固定，減小了測量時對工件的損壞，且方便有效。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實施案例對本發(fā)明做進一步描述。

圖1是本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的操作流程圖；

圖3是超聲電機的安裝說明；

圖4是電磁吸盤的示意圖；

圖5是XY軸位移平臺的安裝說明；

圖6是導(dǎo)電滑環(huán)的法蘭安裝說明。

上述圖中：1、支撐架；2、超聲電機；3、導(dǎo)電滑環(huán)；4、配重裝置；5、測量桿；6、電渦流位移傳感器；7、XY軸位移平臺；8、電磁吸盤；9、法蘭；10、柔性連接器；11、轉(zhuǎn)子導(dǎo)線；12、定子導(dǎo)線。

具體實施方式

實施例1：

參見圖1，本發(fā)明提供了一種便攜式高精度內(nèi)圓孔輪廓誤差自動測量裝置，包括固定于被測孔的端面的支撐架1，所述支撐架1上設(shè)有實現(xiàn)自動測量裝置初定心的刻度；支撐架1上設(shè)有用于吸附到被測孔的端面上的起到固定支撐架1作用的電磁吸盤8；所述支撐架1上固定有XY軸位移平臺7，所述XY軸位移平臺7上固定有超聲電機2，所述超聲電機2的旋轉(zhuǎn)軸穿過XY軸位移平臺7的中心孔與倒T形的測量桿5的豎直桿上端固定連接；所述測量桿5的水平桿的一端設(shè)有電渦流位移傳感器6，另一端設(shè)有用于平衡所述電渦流位移傳感器6重量的配重裝置4；所述測量桿5的豎直桿上設(shè)有當(dāng)測量桿5旋轉(zhuǎn)時可保證導(dǎo)線不會纏繞而影響測量的導(dǎo)電滑環(huán)3。

實施例2：

在實施例1的基礎(chǔ)上，所述配重裝置4是配重塊，配重塊的表面開設(shè)有通過裝卸螺釘來增減配重裝置4重量的螺紋孔。

所述支撐架1為四爪支架，支撐架1的各個爪端上開設(shè)有與所述電磁吸盤8等高的臺階，所述電磁吸盤8通過螺紋連接的方式設(shè)于所述臺階內(nèi)；所述四爪支架的中心處設(shè)有通孔；所述超聲電機2的旋轉(zhuǎn)軸穿過XY軸位移平臺7的中心孔以及四爪支架的中心處的通孔后與倒T形的測量桿5的豎直桿上端固定連接。

所述電磁吸盤8與工業(yè)計算機電連接，通過工業(yè)計算機控制電磁吸盤8的通斷；所述超聲電機2通過電機驅(qū)動模塊與工業(yè)計算機電連接，工業(yè)計算機通過電機驅(qū)動模塊控制超聲電機2運轉(zhuǎn)，所述超聲電機2驅(qū)動測量桿5做回轉(zhuǎn)運動，電渦流位移傳感器6的測量頭傳感器部分測量信號，測得的信號通過傳感器數(shù)據(jù)線穿過導(dǎo)電滑環(huán)3傳輸至測量裝置外的傳感器控制器，傳感器控制器連接到信號調(diào)理模塊，經(jīng)過信號調(diào)理模塊變送后的信號隔離傳送到工業(yè)計算機，工業(yè)計算機通過最小二乘算法得出測量偏心量。

參見圖6，測量桿5以法蘭9連接導(dǎo)電滑環(huán)3，導(dǎo)電滑環(huán)3以傳感器數(shù)據(jù)線為定子導(dǎo)線12，以超聲電機2的電線為轉(zhuǎn)子導(dǎo)線11，穿過導(dǎo)電滑環(huán)3的安裝孔安裝于測量桿5上，其中導(dǎo)電滑環(huán)內(nèi)外圈之間以柔性連接器10連接。

將支撐架1固定于被測孔上時，先通過支撐架1上的刻度與被測孔對心，然后給電磁吸盤8通電后使支撐架1吸附固定在被測孔的端面。

所述XY軸位移平臺7還包括千分尺，通過調(diào)節(jié)千分尺，進一步將超聲電機2以及與超聲電機2連接的測量桿5對心。

參見圖2，本發(fā)明提供的一種便攜式高精度內(nèi)圓孔輪廓誤差自動測量裝置，其具體安裝使用方式主要如下：

1、裝置安裝固定

支撐架1初步置于被測孔的端面上，查看支撐架1上的刻度初步對心后，對安裝于支撐架1上的電磁吸盤8通電，使其吸附固定在被測孔的端面；支撐架1上固定有XY軸位移平臺7，平臺與超聲電機2固連，超聲電機2的旋轉(zhuǎn)軸螺紋連接測量桿5；啟動超聲電機2，測量桿5旋轉(zhuǎn)，測量桿前端的電渦流位移傳感器6轉(zhuǎn)動，測量數(shù)據(jù)，測量桿5上與電渦流位移傳感器對稱的一端所裝設(shè)的配重裝置4用于平衡電渦流位移傳感器6的重量；測量一周的數(shù)據(jù)通過導(dǎo)電滑環(huán)3有線傳輸?shù)玫狡牧浚{(diào)節(jié)XY軸位移平臺7，消除偏心量；調(diào)節(jié)好后進行正式測量。

上述XY軸位移平臺7可使用盛菱機械公司生產(chǎn)的LY系列XY軸位移平臺，所述XY軸位移平臺7移動方向為XY兩個方向，臺面大小為100×100mm，臺面厚度為30mm，行程為12.5mm，負載為63.7N，最小刻度為0.01mm，重量為0.88kg。安裝時將XY軸位移平臺移至極限位置，露出兩處安裝孔，先將配套的螺栓放入，作暫時固定即可；確認螺栓已經(jīng)完全進入螺栓安裝孔中，然后逆時針轉(zhuǎn)動微分頭，將平臺移到另一側(cè)極限位置，在與剛才位置相反的一側(cè)會露出另外兩處安裝孔，將配套的螺栓放入，并擰緊到一定程度，確認與安裝位置吻合后，先將兩處安裝孔的螺紋孔固定，最后再固定前兩處安裝孔的螺栓，如圖5所示。

超聲電機定子直徑為100mm，其通過M4螺紋配合固定在XY軸位移平臺上，如圖3所示；電磁吸盤整體結(jié)構(gòu)直徑為20mm，吸盤中心孔直徑為8mm，高度為15mm，吸力為25N，凈重15g，線長200mm。電磁吸盤由M3螺栓螺母固定在支撐架上，通過工業(yè)計算機控制通斷電，在通電狀態(tài)下可產(chǎn)生強勁吸附力，起到吸附固定測量儀的作用。如圖4所示。

2、輪廓誤差測量

本發(fā)明的超聲電機2的運轉(zhuǎn)由工業(yè)計算機通過驅(qū)動模塊控制，超聲電機2通過螺紋連接驅(qū)動測量桿5做回轉(zhuǎn)運動，測量桿前端的電渦流位移傳感器6隨之旋轉(zhuǎn)測量數(shù)據(jù)，電渦流位移傳感器的信號通過導(dǎo)電滑環(huán)3有線傳輸至信號調(diào)理模塊，經(jīng)過此模塊變送后的信號隔離傳送到工業(yè)計算機，工業(yè)計算機通過最小二乘法給出偏心量。

本發(fā)明采用快速傅里葉變化法(FFT)進行偏心量的識別與處理，本測量裝置測量的是大尺寸孔的內(nèi)徑，由于現(xiàn)有位移傳感器的精度和裝置對心問題，傳感器最終測量傳輸?shù)臄?shù)據(jù)有一定的誤差，最終顯示的孔內(nèi)徑的軌跡不精確。因此，需要對該信號進行處理。信號的誤差主要是機構(gòu)不能精準(zhǔn)定心引起的偏心分量，設(shè)傳感器采集到的信號為X(n),采樣一周為N個點，經(jīng)過FFT變換后，X(k)＝X_M(k)+iX_N(k)，當(dāng)令X(1)和X(N-1)等于0時，即可去除偏心量。

其中，本發(fā)明的導(dǎo)電滑環(huán)為過孔式滑環(huán)，實現(xiàn)對導(dǎo)線的纏繞控制，避免導(dǎo)線在測量桿上纏繞造成測量誤差。導(dǎo)電滑環(huán)過孔直徑25.4mm(適用任何<＝25.4mm)，外徑為86mm全鋁合金結(jié)構(gòu)的整體式精密導(dǎo)電滑環(huán)。相比較同類產(chǎn)品，該系列產(chǎn)品旋轉(zhuǎn)精度高，性能更穩(wěn)定，壽命更長。其采用接觸材料采用貴金屬+超硬鍍金處理，力矩小，運轉(zhuǎn)穩(wěn)定，壽命長,電阻波動小,接觸電阻小,保證優(yōu)良的傳輸性能。導(dǎo)電滑環(huán)采用法蘭安裝，如圖6所示。

電渦流位移傳感器為非屏蔽式傳感器，實現(xiàn)對主被測工件內(nèi)徑的測量。這里所述的電流渦位移傳感器量程為3mm，零點0.3mm，分辨率是1.5um，供電電源為12～32V，重量75g。

綜上所述，本發(fā)明提供的便攜式高精度內(nèi)圓孔輪廓誤差自動測量裝置，主要針對孔狀工件進行測量，而一般的測量工具不能實現(xiàn)精密的孔截面測量。本發(fā)明的測量裝置成本低、測量速度快、精度高、攜帶操作方便，具體包括以下優(yōu)點：

1、采用對心裝置，初步安裝時支撐架刻度對心，固定支撐架后預(yù)測量一周，獲取偏心量，再通過位移平臺進一步調(diào)整電機對心，測量精度高，且十分方便有效；

2、電機采用超聲電機代替?zhèn)鹘y(tǒng)電機，其優(yōu)勢在于具有低速大力矩輸出、功率密度高、啟停控制性好、可實現(xiàn)直接驅(qū)動、可實現(xiàn)精確定位、容易制成直線移動型馬達、噪音小、不會發(fā)出電磁干擾亦不受電磁干擾；可使用耐磨材料(接觸型USM)和高頻電源等；

3、傳感器采用電渦流傳感器，為非接觸式測量方式，具有精度高、誤差小、測量對原工件破壞少等特點；

4、考慮到該設(shè)備采用有線傳輸?shù)姆绞捷敵鰯?shù)據(jù)，系統(tǒng)在轉(zhuǎn)動軸上安裝導(dǎo)電滑環(huán)，減少了導(dǎo)線纏繞對測量的影響；

5、在測量桿的水平桿與傳感器的另一側(cè)安裝配重裝置，用以平衡其重量，提高了系統(tǒng)的測量穩(wěn)定性與精確性；

6、測量裝置與被測工件采用電磁吸盤固定，減小了測量時對工件的損壞，且方便有效。

本實施方式中沒有詳細敘述的部分屬本行業(yè)的公知的常用手段，這里不一一敘述。以上例舉僅僅是對本發(fā)明的舉例說明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的保護范圍的限制，凡是與本發(fā)明相同或相似的設(shè)計均屬于本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。