一种全自动接触式测量设备与方法技术

本发明专利技术涉及一种全自动接触式测量设备与方法，包括测试台架、纵向滑动设置在测试台架上并可固定放置被测工件的纵向滑台、以及悬于测试台架上方的横梁，在横梁上设有可沿其横向来回移动的至少一个测量臂。与现有技术相比，本发明专利技术专门针对表面存在气孔和毛刺的大尺寸工件的几何尺寸进行快速、高精度测量的装置，运用接触式位移传感器测量工件的尺寸，避免了现有的测量方法的弊端，使得测量装置能够避免工件表面气孔和毛刺对精度的影响，使大尺寸工件的测量更加高效、精确，并能够适应较为复杂的工件外形，可以测量厚度、垂直度、平行度、平面度等多种尺寸，同时测量设备的成本更低、维护和校准更加简便。

A Fully Automatic Contact Measuring Equipment and Method

【技术实现步骤摘要】
一种全自动接触式测量设备与方法
本专利技术属于零件表面尺寸测量
，涉及一种全自动接触式测量设备与方法。
技术介绍
对大尺寸表面粗糙的多孔材料工件进行多点长度、宽度、高度等尺寸的测量通常难以保证精度和效率。此类工件在实际生产中，大多采用人工测量的方法，缺点是人为测量误差大，测量效率低下，劳动强度大，一般只能能实现抽检，存在品质失控的风险。另外传统的三坐标测量设备通过记录传感器与工件触碰的位置获知工件的尺寸，这要求设备本身必须保证在各个测量位置具备较高的尺寸精度，使得传统的针对大尺寸工件的大型三坐标测量设备价格昂贵，使用、维护的成本也比较高；此外传统的三坐标测量设备难以实现对工件底部的测量，只能通过测量工件上表面的高度推测工件的厚度，而无法获得工件的准确厚度。中国专利CN108592816A揭示了一种通过光学三角测量法测量大尺寸工件尺寸的方案。该方案通过对工件扫描实现快速检测。但是该方案存在以下缺陷：1、工件表面通常存在气孔和毛刺，对光学测量结果造成了干扰；2、该方案只能扫描工件的上表面，对侧面和底面无法实现测量，因而无法完整反映出工件的几何尺寸。此外，如果上表面边缘存在缺陷也会对光学测量结果造成干扰。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种全自动接触式测量设备与方法。专门针对表面存在气孔和毛刺的大尺寸工件的几何尺寸进行快速、高精度测量的装置，运用接触式位移传感器测量工件的尺寸，避免了现有的测量方法的弊端，使得测量装置能够避免工件表面气孔和毛刺对精度的影响，使大尺寸工件的测量更加高效、精确，并能够适应较为复杂的工件外形，同时测量设备的成本更低、维护和校准更加简便。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：本专利技术的技术方案之一在于提出了一种全自动接触式测量设备，包括测试台架、纵向滑动设置在测试台架上并可固定放置被测工件的纵向滑台、以及悬于测试台架上方的横梁，在横梁上设有可沿其横向来回移动的至少一个测量臂，所述测量臂包括可在横梁上沿横向来回移动的上横移底座、安装在上横移底座上的升降杆、以及安装在升降杆底端的双摆测量模组，所述双摆测量模组包括安装在升降杆底部并具有水平横向和水平纵向两个方向的摆动自由度的双摆组件，以及布置在双摆组件上的一个多向接触式位移传感器，即具有沿水平方向和垂直向下多个测量方向的多向接触式位移传感器；所述测试台架上在纵向滑台下方位置还设置有可沿横向来回移动的顶升测量部，所述顶升测量部包括可沿测试台架横向来回移动的顶升底座、设置在顶升底座上的升降板，以及安装在升降板上并高于其顶端的一个接触式位移传感器，即测量方向垂直向上的Z+接触式位移传感器。进一步的，，测量臂在横梁上设有镜像布置的两组，采用两个测量臂同时测量可以提升设备的效率，此时，每个测量臂上均可省略掉一个X向接触式位移传感器。进一步的，横梁可以与竖直立在测试台架两侧的左立柱和右立柱一起组成龙门架，在横梁上还设有沿横向布置的两条平行直线导轨，上横移底座即可以通过此两条直线导轨可移动布置在横梁上。上横移底座在横梁上的移动范围不小于被测工件长度方面的有效测量行程。更进一步的，上横移底座上可以设置横移驱动组件，其可以包括伺服电机、减速机与齿轮等结构，横向布置的两条直线导轨上同样可以布置与齿轮啮合的齿条。同样的，升降杆上也可以设置升降齿条，上横移底座上设置有升降驱动组件(可由伺服电机、减速机与齿轮等组成)，通过升降驱动组件与升降齿条的啮合，使得升降杆与上横移底座可升降移动连接。进一步的，所述双摆组件包括安装在升降杆底部位置并可在水平面内来回旋转的旋转单元，以及设置在旋转单元上并可在竖直平面内来回摆动的摆动单元，在摆动单元上设置有所述多向接触式位移传感器；所述摆动单元的摆动角度满足：其可携带多向接触式位移传感器在与一个水平方向呈0-180°范围内摆动；所述旋转单元的旋转范围满足：其可使得多向接触式位移传感器的测量方向在横向与纵向之间切换。更进一步的，双摆组件可以通过法兰底座安装在升降杆上。同时，旋转单元的结构可以设置成旋转底座与旋转电机的组合，旋转底座可旋转连接设置在法兰底座上，并与法兰底座上的旋转电机通过轴连接或齿轮齿条等连接方式传动连接，摆动单元通过可由摆动电机等结构组成，摆动电机固定设置在旋转底座上，并和与旋转底座垂直旋转连接的传感器安装支架设置同样通过轴、或齿轮齿条等方式传动连接，多向接触式位移传感器再设置在传感器安装支架上。传感器安装支架可以采用细长的悬伸结构，此种细长结构使可以避免在测量工件内凹的测量面时测量设备与工件干涉碰撞。进一步的，顶升底座上设有升降导轨，升降板可通过与升降导轨配合实现升降功能，然后在顶升底座上可以布置与升降板连接的顶升气缸，顶升气缸可以通过如气缸安装座设置在顶升底座上。进一步的，所述接触式位移传感器包括传感器本体和沿在对应测量方向上弹性伸缩的触头。更进一步的，所述触头与被测工件测量面的最大接触宽度不小于被测工件表面气孔的直径。优选的，接触宽度不小于4mm。接触式位移传感器的触头端部较宽可以避免工件表面的气孔影响测量精度。优选地，使得所述接触式位移传感器的触头在材料表面所产生的压强不小于0.07兆帕，用以克服材料表面毛刺的屈服力，这样可以避免工件表面的毛刺影响检测精度。更进一步的，所述触头的端部还设有接触滚轮，且同一测量方向上的不同接触式位移传感器的接触滚轮的中心轴的方向一致。接触式位移传感器的触头设置为圆柱形滚轮可以允许接触式位移传感器与工件存在相对滑动，可以避免接触式位移传感器与工件因为意外滑动造成损坏，并且可以在检测过程中，当接触式位移传感器与被测工件表面接触式能够在一定距离内移动，实现连续测量，提高检测效率和精度，此外通过滚轮的滚动可以抚平工件表面的毛刺，进一步提升测量的精度。进一步的，所述接触式位移传感器分别通过传感器防撞块安装在双摆组件或升降板上，所述传感器防撞块通过磁性器件(优选柱状磁铁等)磁性安装在双摆组件或升降板上，且所述传感器防撞块距离对应接触式位移传感器的顶端的距离不大于该接触式位移传感器的最大许可压缩量。更进一步的，顶升测量部与中部横向支架之间通过第二横移导轨组可移动连接，顶升测量部可以横向位置调整可以沿横向实现多个位置厚度尺寸的测量，可以用更少的位移传感器实现更多测量点的测量。优选的，中部横向支架与顶升测量部之间的横向移动通过第二横移齿条和与其啮合的横移驱动组件实现，横移驱动组件可以包括横移齿轮、横移驱动电机等结构，通过电机驱动定位顶升测量部的横向位置，可以用更少的位移传感器实现更多测量点的测量，同时使厚度尺寸的测量点更加灵活和自动化，避免人工调整。进一步的，所述测试台架在纵向滑台行程的中间位置设有中部横向支架，在中部横向支架上设有三个所述顶升测量部，其中两个顶升测量部分别位于纵向滑台行程两侧，另一个顶升测量部位于纵向滑台行程下方。进一步的，纵向滑台包括支撑本体，其可采用中间镂空的框架结构，镂空的十字框架结构使所述装置在测量工件侧面贴近于底面的测量点时，可以避免Z-接触式位移传感器与纵向滑台的台面发生干涉。进一步的，所述纵向滑台上沿纵向相对设置有纵向定位板与纵向定位气缸，在纵向定位板与纵向定位气缸上接触被测工件的一侧加工有纵向定位面。进一步的，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全自动接触式测量设备，其特征在于，包括测试台架、纵向滑动设置在测试台架上并可固定放置被测工件的纵向滑台、以及悬于测试台架上方的横梁，在横梁上设有可沿其横向来回移动的至少一个测量臂，所述测量臂包括可在横梁上沿横向来回移动的上横移底座、安装在上横移底座上的升降杆、以及安装在升降杆底端的双摆测量模组，所述双摆测量模组包括安装在升降杆底部并具有水平横向和水平纵向两个方向的摆动自由度的双摆组件，以及布置在双摆组件上的一个多向接触式位移传感器，即具有沿水平方向和垂直向下多个测量方向的多向接触式位移传感器；所述测试台架上在纵向滑台下方位置还设置有可沿横向来回移动的顶升测量部，所述顶升测量部包括可沿测试台架横向来回移动的顶升底座、设置在顶升底座上的升降板，以及安装在升降板上并高于其顶端的一个接触式位移传感器，即测量方向垂直向上的Z+接触式位移传感器。

【技术特征摘要】
1.一种全自动接触式测量设备，其特征在于，包括测试台架、纵向滑动设置在测试台架上并可固定放置被测工件的纵向滑台、以及悬于测试台架上方的横梁，在横梁上设有可沿其横向来回移动的至少一个测量臂，所述测量臂包括可在横梁上沿横向来回移动的上横移底座、安装在上横移底座上的升降杆、以及安装在升降杆底端的双摆测量模组，所述双摆测量模组包括安装在升降杆底部并具有水平横向和水平纵向两个方向的摆动自由度的双摆组件，以及布置在双摆组件上的一个多向接触式位移传感器，即具有沿水平方向和垂直向下多个测量方向的多向接触式位移传感器；所述测试台架上在纵向滑台下方位置还设置有可沿横向来回移动的顶升测量部，所述顶升测量部包括可沿测试台架横向来回移动的顶升底座、设置在顶升底座上的升降板，以及安装在升降板上并高于其顶端的一个接触式位移传感器，即测量方向垂直向上的Z+接触式位移传感器。2.根据权利要求1所述的一种全自动接触式测量设备，其特征在于，所述双摆组件包括安装在升降杆底部位置并可在水平面内来回旋转的旋转单元，以及设置在旋转单元上并可在竖直平面内来回摆动的摆动单元，在摆动单元上设置有所述多向接触式位移传感器；所述摆动单元的摆动角度满足：其可携带多向接触式位移传感器在与一个水平方向呈0-180°范围内摆动；所述旋转单元的旋转范围满足：其可使得多向接触式位移传感器的测量方向在横向与纵向之间切换。3.根据权利要求1所述的一种全自动接触式测量设备，其特征在于，所述接触式位移传感器包括传感器本体和沿在对应测量方向上弹性伸缩的触头。4.根据权利要求3所述的一种全自动接触式测量设备，其特征在于，所述触头与被测工件测量面的最大接触宽度不小于被测工件表面气孔的直径。5.根据权利要求3所述的一种全自动接触式测量设备，其特征在于，使得所述接触式位移传感器的触头被压缩的力在工件表面产生的压强能够克服被测工件表面毛刺的屈服力。6.根据权利要求3所述的一种全自动接触式测量设备，其特征在于，所述触头的端部还设有接触滚轮，且同一测量方向上的不同接触式位移传感器的接触滚轮的中心轴的方向一致。7.根据权利要求1所述的一种全自动接触式测量设备，其特征在于，所述接触式位移传感器分别通过传感器防撞块安装在双摆组件或升降板上，所述传感器防撞块通过磁性器件吸附安装在双摆组件或升降板上，且所述传感器防撞块距离对应接触式位移传感器的顶端的距离不大于该接触式位移传感器的最大许可压缩量。8.根据权利要求1所述的一种全自动接触式测量设备，其特征在于，所述测试台架在纵向滑台行程的中间位置设有中部横向支架，在中部横向支架上设有三个所述顶升测量部，其中两个顶升测量部分别位于纵向滑台行程两侧，另一个顶升测量部位于纵向滑台行程下方。9.根据权利要求1所述的一种全自动接触式测量设备，其特征在于，所述纵向滑台上沿纵向相对设置有纵向定位板与纵向定位气缸，在纵向定位板与纵向定位气缸上接触被测工件的一侧加工有纵向定位面；所述测试台架在纵向滑台行程的前端位置设有前部横向支架，在前部横向支架上固定设有分别位于纵向滑台两侧的两块间距不超过被测工件横向长度的辅助定位板，所述辅助定位板朝向被测工件的一侧加工有辅助定位面，且当纵向滑台移动至测试台架前端时，辅助定位板的辅助定位面与纵向定位板的纵向定位面共面对齐。10.一种全自动接触式测量方法，其采用如权利要求1-9任一所述的全自动接触式测量设备实施，其特征在于，该测量方法分为厚度测量、长度测量与宽度测量三种模式，其中，厚度测量步骤具体为：(1-1)使测量臂返回安全位置(X0,Y0,Z0)，并使顶升测量部下降到底后，将已知尺寸的标准工件放置于测量装置纵向滑台上的第一厚度测量位置处，该工件在第一测量位置(XT,YT)的厚度尺寸已知为T0；(1-2)移动测量臂与纵向滑台，并通过调节双摆组件使多向接触式位移传感器的测量方向垂直向下，使多向接触式位移传感器的触头处于设定的第一测量位置(XT,YT,ZT)的正上方的准...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋知峰，孔谅，周春立，金鑫，梁诚，张立中，张悦，冯炜杰，
申请(专利权)人：上海交通大学，上海宝业机电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31