【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种包括运动驱控单元、复合装夹单元、双测头单元和机架的复杂柱类零部件精密测量装置及其标定方法，属于柱类零部件智能制造、精密测量。
技术介绍
1、根据云商智库发布的《全球和中国轴类零件市场研究报告》，全球轴柱类零件市场规模将达到6870亿美元。如何保证复杂柱类零件制造质量，首要的是保证柱类零部件关键的几何尺寸指标满足设计要求。由于目前复杂化、三维修形、拓扑优化等在零部件设计与生产中的广泛应用，传统的接触式测量在复杂柱类零部件装夹、检测中测量项目不完整、耗时、耗人力，缺乏其精密测量装置与精确标定的方法，已成为行业的共识，且复杂柱类零部件快速检测已有较大的市场实际需求。传统的接触式测量方法在复杂柱类零部件的装夹和检测中存在一些问题，例如测量项目不完整、费时费力、缺乏精密测量装置和准确标定的方法等，因此，在复杂柱类零部件快速检测行业，传统的接触式测量方法已经无法满足日益膨胀的市场需求。
2、当前，复杂的柱类零部件的快速检测主要有量仪接触式测量和专用非接触装置测量两类方式：(1)量仪接触式测量一般采用三爪卡盘或台钳将待测柱状零部件固定后，用千分尺，游标卡尺等传统量仪获取出柱类零部件尺寸参数，进而评估制造精度和质量，存在效率较低、易受随机误差影响、重复性差等问题，且无法捕获柱状零件表面全部的尺寸信息；(2)专用非接触装置测量是设计特殊结构及装置以复杂轨迹跟踪形式得到柱类零部件实际尺寸指标。专利cn114192818a提供了一种长轴类工件装夹测量的方法，该装置使用液压卡盘夹紧待测工件，以绝对式编码器半闭环测得长轴类工
3、为克服以上问题，本专利技术公开一种复杂柱类零部件精密测量装置及其标定方法，综合考虑了前述测量装置和方法的不足，在待测零件的装夹方面，设计更换式夹持模块和新型顶尖，可选择双顶尖式夹紧或卡盘-顶尖式夹紧，涵盖复杂柱类零部件全工况夹持模式；其次，在标定方法和测量方面，设计相互垂直的两个线结构光测头，创新性地根据组合特征实时校准测头位姿，可解决精密测量核心问题，保证动态测量精度；并且，在传动方面采用差速齿轮系，仅需单个电机驱动即可完成装夹与测量两个工序，在实现所需装夹与测量功能的同时降低了装置的生产成本和操作难度。
技术实现思路
1、本专利技术用于解决现有柱类零件装夹通用性差、测量时获取尺寸信息不完整以及标定导致测量精度差、测量结果不准确的问题，提供了一种柱类零件装夹及测量装置。
2、本专利技术针对现有柱类零件测量装置存在的问题，进行原理性创新，基本思想是：①通过丝杠与导轨滑块实现卡盘-顶尖与上下双顶尖两种装夹模式的切换，实现全工况装夹；并且为实现对特定复杂柱零件的过约束装夹和对柔性细长型柱类零件缓冲施力设计了新型的顶尖，减小工件测量损伤。②为保证获取柱类零件测量数据的准确性，提出了一种以组合特征为基础的实时标定方法，设计了与该标定方法相对应的由两个线结构光测头相互垂直安装组成的双测头单元，保障动态测量过程中的测量精度。③采用差速齿轮系实现一个电机同时进行装夹和测量两个工序，且在测量工序中通过线结构光测头捕获柱状零件表面全部的尺寸信息。
3、为实现上述目的和原理，本专利技术的技术方案如下：
4、一种柱类零件装夹与测量装置由运动驱控单元1、复合装夹单元2、双测头单元3和机架4共四部分所组成；
5、所述运动驱控单元1可实现线性运动和旋转运动两个工序，包括线性运动电机1.1、差速齿轮系1.2、顶尖蜗杆1.3、顶尖蜗轮1.4、顶尖丝杠1.5、上顶尖平台1.6、上顶尖1.7、换向齿轮组1.8、测头蜗杆1.9、测头蜗轮1.10、测头丝杠1.11、旋转运动电机1.12、齿轮1.13、旋转台1.14、圆光栅1.15、光栅尺1.16；
6、所述线性运动电机1.1通过螺栓固定在机架4上，其输出轴与差速齿轮系1.2连接并带动其进行转动；差速齿轮系1.2左端输出轴与顶尖蜗杆1.3以联轴器连接；顶尖蜗轮1.4与顶尖蜗杆1.3啮合的同时通过平键与顶尖丝杠1.5连接并驱动其转动，上顶尖平台1.6与顶尖丝杠1.5通过螺纹连接，与竖直方向的导轨滑块通过螺钉连接，与上顶尖1.7通过圆锥滚子轴承连接，通过丝杠传动结合导轨的导向作用带动上顶尖1.7在竖直方向上移动，使柱类零件得以装夹；其中采用的蜗轮蜗杆传动可保障装夹工序的自锁特性和自适应性；
7、所述差速齿轮系1.2带动左侧上顶尖1.7在竖直方向上移动的同时，能使右侧的双测头单元3在竖直方向上沿导轨做线性运动；差速齿轮系1.2右端的输出轴通过联轴器与换向齿轮组1.8的输入轴连接，并带动其进行转动；换向齿轮组1.8的输出轴与测头蜗杆1.9通过联轴器连接，测头蜗轮1.10与测头蜗杆1.9啮合的同时与测头丝杠1.11通过平键连接，实现测头丝杠1.11转动；双测头单元3通过螺纹连接在测头丝杠1.11上，同时与竖直方向的导轨滑块通过螺钉连接，丝杠传动结合导轨的导向作用可实现双测头单元3沿竖直方向的线性移动；光栅尺1.16通过螺钉固定在机架4内壁上，可实时测得双测头单元3沿导轨在竖直方向上的移动距离，以此实现对双测头单元3线性位置的闭环控制；
8、所述的换向齿轮组1.8为市面上通用的手动换挡零部件；
9、所述旋转台1.14为空心圆柱结构，内圈设有花键槽，外圈下部存在轮齿；齿轮1.13与旋转台1.14下部的轮齿啮合，通过旋转运动电机1.12正反转来控制齿轮1.13转动，进而实现旋转台1.14的旋转；圆光栅1.15外圈读数头固定在机架4内壁上，内圈通过螺钉与旋转台1.14颈部连接，用来获取旋转台1.14的旋转角度，并以此实现对旋转台1.14旋转角度的闭环控制；
10、所述复合装夹单元2包括下顶尖电机2.1、下顶尖丝杠2.2、下顶尖平台2.3、导轨滑块2.4、下顶尖2.5、三爪卡盘2.6；
11、下顶尖丝杠2.2与下顶尖电机2.1的输出轴通过联轴器连接，同时与下顶尖平台2.3通过螺纹连接，下顶尖平台2.3与导轨滑块2.4中的滑块通过螺钉本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种复杂柱类零部件精密测量装置，其特征在于：由运动驱控单元(1)、复合装夹单元(2)、双测头单元(3)和机架(4)共四个部分所组成。
2.根据权利要求1所述的运动驱控单元(1)，其特征在于：包括线性运动电机(1.1)、差速齿轮系(1.2)、顶尖蜗杆(1.3)、顶尖蜗轮(1.4)、顶尖丝杠(1.5)、上顶尖平台(1.6)、上顶尖(1.7)、换向齿轮组(1.8)、测头蜗杆(1.9)、测头蜗轮(1.10)、测头丝杠(1.11)、旋转运动电机(1.12)、齿轮(1.13)、旋转台(1.14)、圆光栅(1.15)、光栅尺(1.16)；
3.根据权利要求1所述的复合装夹单元(2)，其特征在于：包括下顶尖电机(2.1)、下顶尖丝杠(2.2)、下顶尖平台(2.3)、导轨滑块(2.4)、下顶尖(2.5)、三爪卡盘(2.6)；
4.根据权利要求1所述的双测头单元(3)，其特征在于：包括z轴移动台(3.1)、x轴电机(3.2)、x轴电机支架(3.3)、x轴丝杠(3.4)、x轴移动台(3.5)、x轴舵机(3.6)、x轴舵机支架(3.7)、带座轴承(3.8)、x轴摆
5.一种标定方法，基于权利要求1所述的一种复杂柱类零部件精密测量装置，其特征在于：具体步骤如下：
...【技术特征摘要】
1.一种复杂柱类零部件精密测量装置，其特征在于：由运动驱控单元(1)、复合装夹单元(2)、双测头单元(3)和机架(4)共四个部分所组成。
2.根据权利要求1所述的运动驱控单元(1)，其特征在于：包括线性运动电机(1.1)、差速齿轮系(1.2)、顶尖蜗杆(1.3)、顶尖蜗轮(1.4)、顶尖丝杠(1.5)、上顶尖平台(1.6)、上顶尖(1.7)、换向齿轮组(1.8)、测头蜗杆(1.9)、测头蜗轮(1.10)、测头丝杠(1.11)、旋转运动电机(1.12)、齿轮(1.13)、旋转台(1.14)、圆光栅(1.15)、光栅尺(1.16)；
3.根据权利要求1所述的复合装夹单元(2)，其特征在于：包...
【专利技术属性】
技术研发人员：张越，石涛，王衔，谢胜兵，舒中洋，陈科希，常亚坤，王涛，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：
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