一种弹簧管尺寸及刚度的非接触测量设备及方法技术

本发明专利技术公开了一种弹簧管尺寸及刚度的非接触测量设备及方法；该设备包括弹簧管、二维平行光发射器、气动测台、升降机构、气动量仪、控制器、二维感光设备、投影显示器。将薄壁零件弹簧管放置在气动测台上，气动量仪通入气体后，弹簧管置于二维平行光发射器与二维感光设备之间，二维感光设备可检测到弹簧管遮光区域，在投影显示器上显示上端图像；通过升降机构可推动气动测台向上位移，并在投影显示器上捕捉弹簧管下端图像；控制器接受各测量数据后，通过内置公式换算得到弹簧管刚度。测量设备及方法在测量时与弹簧管薄壁无接触，薄壁段无应力、不变形，具有不损伤零件、测量精度高、效率高的特点，此外光学和气动测量系统磨损小，测量稳定性高。测量稳定性高。测量稳定性高。

【技术实现步骤摘要】
一种弹簧管尺寸及刚度的非接触测量设备及方法


[0001]本专利技术属于电液伺服元件
，涉及一种弹簧管尺寸及刚度的非接触测量设备及方法。

技术介绍

[0002]弹簧管是电液伺服阀的重要零件，其尺寸及刚度决定了整阀的静动态特性，因此在生产过程中必须严格监控及尺寸和刚度值，保证零件一致性。此外，弹簧管零件的关键尺寸(内径、薄壁外径)等公差范围仅10微米，要求测量设备具有足够的精度和测量稳定性。
[0003]但由于弹簧管为薄壁零件，壁厚仅约70微米左右，采用传统的接触测量方法将导致薄壁段变形，可能对零件造成损伤，导致其抗疲劳性能下降，同时，变形带来的测量误差较大，难易获得准确的尺寸和刚度值；因此弹簧管等薄壁零件，不宜采用接触测量。
[0004]目前可通过给弹簧管施加力或力矩，测量其变形的方式，换算得到弹簧管刚度值；这种测量方式，测试过程复杂，稳定性差，不利于零件一致性控制，并且无法获得弹簧管尺寸值，无法监控弹簧管强度。

技术实现思路

[0005]针对目前缺乏弹簧管等薄壁零件尺寸及刚度的精密测量手段的问题，本专利技术的目的是提供一种弹簧管尺寸及刚度的非接触测量设备及方法，该设备将薄壁零件弹簧管放置在气动测台上，气动量仪通入气体后，测量气体压力可换算得到弹簧管内径与测头外径之间的间隙，进而得到弹簧管内径尺寸；此时弹簧管置于二维平行光发射器与二维感光设备之间，二维感光设备可检测到弹簧管遮光区域，在投影显示器上显示上端图像；通过升降机构可推动气动测台向上位移X，并在投影显示器上捕捉弹簧管下端图像，通过图像识别最终获得弹簧管薄壁段截面外径、上下圆角半径、上下台肩所在直线相对于视野中心的距离。控制器接受各测量数据后，通过内置公式换算得到弹簧管刚度。测量设备及方法在测量时与弹簧管薄壁无接触，薄壁段无应力、不变形，具有不损伤零件、测量精度高、效率高的特点，此外光学和气动测量系统磨损小，测量稳定性高。
[0006]本专利技术的技术方案如下：
[0007]本专利技术一方面提供了一种弹簧管尺寸及刚度的非接触测量设备，所述测量设备至少包括：气动测台、二维投影尺寸测量仪、升降机构、控制器；所述气动测台集成有凸起的气动测头，用于放置待测弹簧管并测量弹簧管内径数据发送至控制器；所述升降机构接受控制器指令以调节气动测台的高度；所述二维投影尺寸测量仪用于检测待测弹簧管的外廓尺寸并发送至控制器；所述控制器计算输出测量结果。
[0008]优选的，所述二维投影尺寸测量仪至少包括二维平行光发射器、二维感光设备、投影显示器；其中，二维平行光发射器与二维感光设备同轴，并固定在台架上，待测弹簧管位于二维平行光发射器与二维感光设备之间，所述二维平行光发射器发射平行光源经待测弹簧管在二维感光设备上形成投影并通过投影显示器显示，投影显示器识别投影轮廓。具体
的，投影显示器具有图像识别功能，可识别弹簧管遮光形状的具体尺寸，包括薄壁段截面外径D1、D2、D3、上下圆角R1、R2、上下台肩相对于视野中心的坐标Y1、Y2。
[0009]优选的，所述气动测台由工作平台、气动测头和气动量仪组成，所述气动测头入口连接稳压气源，出口外侧套装待测弹簧管；弹簧管内径与气动测头出口外径之间形成一定间隙δ，气动量仪检测气动测头出口压力值，可计算得到间隙δ的大小，从而计算出待测弹簧管内径值。
[0010]优选的，所述升降机构采用伺服直线电机，控制器采集投影显示器和气动量仪反馈的检测数据，控制伺服直线电机运动；伺服直线电机还可以内置有光栅位移传感器，可精确反馈气动测台位移，若二维感光设备视野大于弹簧管薄壁段高度，则调整气动测台高度后，测量过程中伺服直线电机不再运动，若二维感光设备视野小于弹簧管薄壁段高度，则测量过程中需控制伺服直线电机上下运动，得到弹簧管上下两段或多段投影形状，测量过程中记录伺服直线电机的运动位移。
[0011]本专利技术另一方面还提出了一种弹簧管尺寸及刚度的非接触测量方法，所述测量方法通过如上所述的测量设备，获取弹簧管薄壁段外径、上下圆角半径、上下台肩所在直线相对于视野中心的距离；控制器内置有基于材料力学的刚度换算公式，已知材料弹性模量E，可将测量得到的尺寸参数换算为弹簧管的刚度值K
a
，公式为：
[0012][0013]式中，D
i
为薄壁段截面外径，d为薄壁段内径，X为测量过程中电机的位移，R1、R2分别为上下圆角半径；Y1、Y2分别为上下台肩所在直线相对于视野中心的距离，(Y1‑
Y2+X)表示弹簧管薄壁段长度。
[0014]本专利技术同现有技术相比，具有以下优点和有益效果：
[0015]该设备测量解决了弹簧管等薄壁零件尺寸无法精确测量的问题，该设备测量时与弹簧管薄壁无接触，薄壁段无应力、不变形，具有不损伤零件、测量精度高、效率高的特点，此外光学和气动测量系统磨损小，测量稳定性高。
附图说明
[0016]图1是一种弹簧管尺寸及刚度的非接触测量设备的示意图；
[0017]图2是本专利技术的待测弹簧管待测尺寸；
[0018]图中：1为弹簧管、2为二维平行光发射器、3为气动测台、4为升降机构、5为气动量仪、6为控制器、7为二维感光设备、8为投影显示器。
具体实施方式
[0019]以下结合附图所示实施例对本专利技术作进一步的说明。
[0020]参见附图图1和图2，其中，图1是本专利技术的一种弹簧管尺寸及刚度的非接触测量设备的示意图。具体设计的弹簧管尺寸及刚度的非接触测量设备；待测工件弹簧管1、二维平行光发射器2、气动测台3、伺服直线电机4、气动量仪5、二维感光设备7、投影显示器8；将薄
壁零件弹簧管1放置在气动测台3上，气动量仪5通入气体后，测量气体压力可换算得到弹簧管1内径与测头外径之间的间隙，进而得到弹簧管1内径尺寸d；此时弹簧管1置于二维平行光发射器2与二维感光设备7之间，二维感光设备7可检测到弹簧管1遮光区域，在投影显示器8上显示上半段图像；通过伺服直线电机4可推动气动测台向上位移X，并在投影显示器8上捕捉弹簧管1下半段图像，通过图像识别最终获得弹簧管1薄壁段截面外径D1、D2、D3、上下圆角R1、R2、上下台肩相对于视野中心的坐标Y1、Y2。控制器6接受各测量数据后，通过内置公式换算得到弹簧管刚度。该设备测量时与弹簧管1薄壁无接触，薄壁段无应力、不变形，具有不损伤零件、测量精度高、效率高的特点，此外光学和气动测量系统磨损小，测量稳定性高。
[0021]在具体测试过程中，一种实施形式是：当弹簧管薄壁段长度小于二维感光设备可识别范围时，在同一视野下可识别上下台肩，无需移动气动测台，对应的X＝0；通过计算上下台肩之间的距离(Y1
‑
Y2)即可作为弹簧管薄壁段长度。
[0022]另一种实施形式是：当弹簧管薄壁段长度大于等于二维感光设备可识别范围时，首先识别弹簧管上部图像，并获取上台肩所在直线相对于视野中心的距离Y1；然后向上移动气动测台，记录移动距离为X，识别弹簧管下部图像，并获取下台肩所在直线相对于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种弹簧管尺寸及刚度的非接触测量设备，其特征在于，包括：所述测量设备至少包括：气动测台、二维投影尺寸测量仪、升降机构、控制器；所述气动测台集成有凸起的气动测头，用于放置待测弹簧管并测量弹簧管内径数据发送至控制器；所述升降机构接受控制器指令以调节气动测台的高度；所述二维投影尺寸测量仪用于检测待测弹簧管的外廓尺寸并发送至控制器；所述控制器计算输出测量结果。2.根据权利要求1所述的一种弹簧管尺寸及刚度的非接触测量设备，其特征在于，所述二维投影尺寸测量仪至少包括二维平行光发射器、二维感光设备、投影显示器；其中，二维平行光发射器与二维感光设备同轴，并固定在台架上，待测弹簧管位于二维平行光发射器与二维感光设备之间，所述二维平行光发射器发射平行光源经待测弹簧管在二维感光设备上形成投影并通过投影显示器显示，投影显示器识别投影轮廓。3.如权利要求2所述的一种弹簧管尺寸及刚度的非接触测量设备，其特征在于，投影显示器与二维感光设备相连，显示并识别弹簧管形成的遮光形状，控制器采集投影显示器和气动量仪反馈的检测数据，控制伺服直线电机运动。4.如权利要求3所述的一种弹簧管尺寸及刚度的非接触测量设备，其特征在于，投影显示器具有图像识别功能，可识别弹簧管遮光形状的具体尺寸，包括薄壁段截面外径D1、D2、D3、上下圆角R1、R2、上下台肩相对于视野中心的坐标Y1、Y2。5.根据权利要求1所述的一种弹簧管尺寸及刚度的非接触测量设备，其特征在于，所述气动测台由工作平台、气动测头和气动量仪组成，所述气动测...

【专利技术属性】
技术研发人员：原佳阳，张卓磊，聂航，宰娜，
申请(专利权)人：中航工业南京伺服控制系统有限公司，
类型：发明
国别省市：