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一种用于大尺寸阶梯型轴的多参数非接触在线检测装置制造方法
【专利摘要】一种用于大尺寸阶梯型轴的多参数非接触在线检测装置，包括底座、龙门架、装载与卸载机构、工件升降机构、工件的夹具旋转机构和检测机构,底座为长方体铸造结构，龙门架由立柱结构和横梁结构两部分组成，装载与卸载机构包括输入/输出平行导轨Ⅰ和输入/输出平行导轨Ⅱ、圆弧形吊钩Ⅰ和圆弧形吊钩Ⅱ、吊钩驱动电机Ⅰ和吊钩驱动电机Ⅱ，工件升降机构包括设置在开口槽内部与底座垂直设置的液压缸和V型支座，工件的夹具旋转机构包括头架和尾架，检测机构包括测量轴的直径、径向跳动、长度、圆柱度和端面跳动。本发明可实现直径、长度、径向跳动、端面跳动和圆柱度等多项轴类零件的外形参数测量，检测全程自动化控制，检测科学可靠。
【专利说明】一种用于大尺寸阶梯型轴的多参数非接触在线检测装置

【技术领域】
[0001]本发明属于光学仪器测量【技术领域】，特别是涉及到一种针对大尺寸阶梯型轴类的多种结构参数的测量。

【背景技术】
[0002]大尺寸阶梯型轴类零件多用于大型机械设备，例如核电站装备的转子轴、大型水电(风力)发电机转轴、石化行业的筒状容器、大型舰船的螺旋桨轴、大型轧机支撑轴以及火车和重型运输设备的车轴等，作为核心配件，轴的各部分尺寸精度将直接影响到此类设备的安全运行。目前，大尺寸阶梯型轴类零件的各个参数测量仍然使用传统机械式外径千分尺。这种测量工具无可靠的定位机构，测量定位完全凭操作者的视觉和感觉来判断，测量过程中操作者的经验、精神状态以及周围环境都会对测量值的准确性产生很大影响，从而无法保证测量值的一致性，必然存在较大的随机误差，且分散性较大。此外，现有非接触测量法如激光扫描、CCD影像法等，不但可测量的尺寸小，且针对阶梯型轴类零件的各段各参数检测时，效率低，精度相对较低，已经不能满足工艺和高效率的生产和使用要求，无法保证此类零件的质量，给此类零件在设备中的使用带来故障隐患。而目前，针对大尺寸阶梯型轴类零件的多参数综合测量的检测装置尚未见报道。因此，现有技术当中亟需要一种新型的技术方案来解决这一问题。


【发明内容】

[0003]本发明所要解决的技术问题是:提供一种用于大尺寸阶梯型轴的多参数非接触在线检测装置，可实现直径、长度、径向跳动、端面跳动和圆柱度等多项轴类零件的外形参数测量，检测全程自动化控制，无人为干扰检测结果，检测结果科学可靠。
[0004]一种用于大尺寸阶梯型轴的多参数非接触在线检测装置，包括底座、龙门架、装载与卸载机构、工件升降机构、工件的夹具旋转机构和检测机构；
[0005]所述底座为长方体铸造结构，底座的上平面沿轴向方向上固定设置有固定式平行导轨，底座的上表面中间位置上设置有开口槽，所述开口槽内部安装有液压缸和设置在液压缸上端的V型支座；
[0006]所述龙门架由立柱结构和横梁结构两部分组成，所述立柱结构与底座固定垂直设置，所述横梁结构的下平面安装有一个轴向移动导轨，所述轴向移动导轨上设置有光栅尺I，轴向移动导轨上悬挂有四参数侧头I和四参数侧头II，所述的四参数侧头I和四参数侧头II分别设置于轴向驱动电机I和轴向驱动电机II上，且轴向驱动电机I和轴向驱动电机II在轴向移动导轨上横向移动；所述轴向移动导轨的两个端侧分别安装有径向移动导轨I和径向移动导轨II，并且径向移动导轨I上悬挂有一个一参数侧头I1、一个光栅尺II和一个径向驱动电机II，径向移动导轨II上悬挂有一个一参数侧头1、一个光栅尺II和一个径向驱动电机I;
[0007]所述装载与卸载机构包括输入/输出平行导轨1、输入/输出平行导轨I1、圆弧形吊钩1、圆弧形吊钩I1、吊钩驱动电机I和吊钩驱动电机II，所述输入/输出平行导轨I和输入/输出平行导轨II上放置被测轴，所述吊钩驱动电机I和吊钩驱动电机II分别控制圆弧形吊钩I和圆弧形吊钩II的转动；
[0008]所述工件升降机构包括液压缸和V型支座，且液压缸和V型支座设置于开口槽内部与底座垂直，所述V型支座是由两个V型金属块和一块金属板焊接组成；
[0009]所述工件的夹具旋转机构包括头架和尾架，所述头架和尾架设置在底座上的固定式平行导轨上，头架平行于底座的上平面上安装有头架顶尖，尾架平行于底座的上平面上安装有尾架顶尖，头架和尾架内部设置有驱动头架顶尖和尾架顶尖伸缩的液压缸，所述尾架上安装有尾架顶尖转动驱动电机，驱动尾架顶尖转动；
[0010]所述检测机构测量轴的直径、径向跳动、长度、圆柱度和端面跳动，其中四参数侧头I和四参数侧头II测量轴的直径、径向跳动、长度和圆柱度；一参数侧头I和一参数侧头II测量轴的端面跳动。
[0011]所述固定式平行导轨是在底座的铸造体上面一次性直接加工而成的，底座中间位置设置的开口槽是固定式平行导轨加工完毕后进行加工而成。
[0012]所述一参数侧头I和一参数侧头II在测量完端面跳动后，由径向驱动电机I和径向驱动电机II控制，均沿径向退出，四参数侧头I和四参数侧头II分别由轴向驱动电机I和轴向驱动电机II控制，从被测轴中间位置分别向轴的两侧移动，依次测量被测轴各段的直径、径向跳动、长度和圆柱度。
[0013]通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果:一种用于大尺寸阶梯型轴的多参数非接触在线检测装置，可实现直径、长度、径向跳动、端面跳动和圆柱度等多项轴类零件的外形参数测量，检测全程自动化控制，无人为干扰检测结果，检测结果科学可靠。各阶梯直径、径向跳动、长度以及圆柱度各参数，由一对测头从转动的被检测轴的中间向两端依次、一次检测完成，检测效率与精度高；工件的旋转机构和检测机构中测头的移动均设计为手/自两种驱动模式，若驱动电机无法正常工作情况，也可实现手动操作；检测结果以数字信号实时输出，可以满足大批量工件的在线检测要求。

【专利附图】

【附图说明】
[0014]以下结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步的说明:
[0015]图1为本发明一种用于大尺寸阶梯型轴的多参数非接触在线检测装置正面结构示意图。
[0016]图2为本发明一种用于大尺寸阶梯型轴的多参数非接触在线检测装置侧面结构示意图。
[0017]图3为本发明一种用于大尺寸阶梯型轴的多参数非接触在线检测装置俯视结构示意图。
[0018]其中1-底座、2-龙门架、3-输入/输出平行导轨1、4_输入/输出平行导轨I1、5-液压缸、6-V型支座、7-头架、8-尾架、9-头架顶尖、10-尾架顶尖、11-尾架顶尖转动驱动电机、12-—参数侧头1、13-—参数侧头I1、14-四参数侧头1、15_四参数侧头I1、16-轴向移动导轨、17-轴向驱动电机1、18-轴向驱动电机I1、19-径向驱动电机1、20_径向驱动电机I1、21-圆弧形吊钩1、22_圆弧形吊钩I1、23-吊钩驱动电机1、24_吊钩驱动电机I1、25-光栅尺1、26_光栅尺I1、27_光栅尺II1、28-径向移动导轨1、29_径向移动导轨I1、30-固定式平行导轨。

【具体实施方式】
[0019]一种用于大尺寸阶梯型轴的多参数非接触在线检测装置，如图1、图2、图3所示，包括底座1、龙门架2、装载与卸载机构、工件升降机构、工件的夹具旋转机构和可检测出轴的五种参数的检测机构，这五种参数包括:直径、径向跳动、长度、圆柱度和端面跳动。其中龙门架2由立柱和横梁构成；装载与卸载机构由工件的输入/输出平行导轨I 3、输入/输出平行导轨II 4、圆弧形吊钩I 21、圆弧形吊钩II 22和吊钩驱动电机I 23、吊钩驱动电机
II24构成；工件升降机构由液压缸5、V型支座6构成；工件的夹具旋转机构由头架7、尾架8组成；可检测出轴的五种参数的检测机构由可测量轴的直径、径向跳动、长度、圆柱度四种参数的四参数检测机构和可测量轴的端面跳动的一种参数的一参数检测机构构成。
[0020]所述的底座I为铸造结构体，在底座I的上平面直接加工出用于放置头架7和尾架8的固定式平行导轨30，这个固定式平行导轨30可保证头架7和尾架8沿被测轴的轴向移动，底座上平面中段加工有开口槽，开口槽内安装有工件升降机构。
[0021]所述龙门架2由立柱和横梁构成。横梁的下平面位于被测轴的正上方，安装有一个可沿被测轴的轴向运动的轴向移动导轨16，轴向移动导轨16上配置有一个光栅尺I 25和可实现四参数测头I 14、四参数侧头II 15横向移动的轴向驱动电机I 17、轴向驱动电机II 18 ;在轴向移动导轨16的两个端侧,安装有垂直于轴向移动导轨16的径向移动导轨I 28、径向移动导轨II 29，每个径向移动导轨上分别配置有一个光栅尺和一个可实现一参数测头的径向移动的径向驱动电机。
[0022]所述装载与卸载机构主要的功能是将被测轴放到底座I上平面中间的工件升降机构上面和将测试完毕的轴从工件升降机构上面取下来。输入平行导轨位于底座I的一侦牝在输入平行导轨的远离底座的输入端配置有圆弧形吊钩和一个吊钩驱动电机，这两个圆弧形吊钩安装在同一个转动轴上，这个转动轴通过这个吊钩驱动电机控制旋转，从而实现两个圆弧形吊钩的转动。被测轴未进入底座I前，先通过两个圆弧形吊钩将被测轴钩住放在输入平行导轨的输入端，保持静止。从输入平行导轨的输入端到底座I设计成一个向下5°的坡度，这样就可以保证，当保持静止的被测轴在圆弧形吊钩转动放下时，由于重力作用，被测轴可缓慢滚动到底座I中间的工件升降机构上。而输出平行导轨安装在底座I的另一侧，配置有同样的圆弧形吊钩和吊钩驱动电机，但与输入平行导轨的不同在于，输出平行导轨的两个圆弧形吊钩和一个吊钩驱动电机安装在靠近底座I的一端，同时这一端高于输出平行导轨的另一端(称为输出端)，也就是说当被测件检测完毕后，由圆弧形吊钩从工件升降机构的V型支座6上钩起，放到输出平行导轨上，当吊钩驱动电机控制吊钩转动后，被测轴会沿着5°的输出平行导轨从底座上面滚动出来。
[0023]所述的工件升降机构的功能是将被测轴升起或放下，垂直安装在底座的中间槽内。工件升降机构由垂直设置的液压缸5与由两个V型金属块与一块金属板组装的V型支座6构成。当被测轴滚动到V型支座6上后，通过液压缸5控制V型支座6的高低，将被测轴从底座I上平面推高到被测轴的夹紧高度，夹紧后，V型支座6又被控制下降到不影响被测轴转动的高度。当被测轴检测完毕后，V型支座6再次上升到被测轴的夹紧高度接住被测轴，然后同被测轴一起降到底座I上平面。
[0024]所述工件的夹具及旋转机构由头架7和尾架8两部分构成，这个机构的作用就是将被测轴夹紧或放开，并且保证被测轴按照一定转速转动。头架7与尾架8放置在底座上平面直接加工出的固定式平行导轨30上面。头架7与尾架8分别配置有平行于底座上平面的头架顶尖9和尾架顶尖10，头架7与尾架8内部分别安装有一个平行于底座I上平面的顶尖液压缸。头架顶尖9和尾架顶尖分10别通过两个顶尖液压缸控制伸缩。尾架上还安装有一个尾架顶尖转动驱动电机11，尾架顶尖10通过弹性联轴器与尾架顶尖转动驱动电机11相连，当被测轴被两个顶尖夹紧后，这个尾架顶尖转动驱动电机11将控制顶尖带着被夹紧的被测轴一起转动。
[0025]所述可检测出轴的五种参数的检测机构又包括两种分检测机构，一个分检测机构是可测量轴的直径、径向跳动、长度、圆柱度四种参数的四参数检测机构，这个四参数检测机构由轴向移动导轨16、悬挂在这个轴向移动导轨16上面的两个四参数测头和两个轴向驱动电机构成。另一个分检测机构是可测量轴的端面跳动的一参数检测机构，这个一参数检测机构由两个径向移动导轨、悬挂在每个径向导轨上面的两个一参数测头和两个径向驱动电机构成。
[0026]实际使用时，可测量轴的端面跳动的一参数检测机构首先对转动状态下的被测轴进行端面跳动量的测量，这时两个径向驱动电机控制导轨上悬挂的两个一参数测头分别移动到端面跳动量可检测到的有效位置，在得到端面跳动量的数据后，两个一参数测头分别被各自的径向驱动电机控制，沿径向方向移动，远离被测轴，这时的径向移动距离可保证下一步轴向移动导轨16带动的两个四参数测头，在从被测轴中间向两边推移过程中，不被径向移动导轨悬挂的一参数测头影响到。
[0027]本发明适用于生产线现场检测，其长度检测范围:0?3000mm，精度< ±10μπι;直径检测范围φ 100?Φ450mm，精度彡±2 μ m ;径向和端面跳动检测精度彡0.03mm;圆柱度检测精度彡0.015mm ;检测速度彡6.5分钟/件。
[0028]本发明的工件的夹具旋转机构和检测机构中侧头的移动均设计为手动和自动两种驱动模式，在驱动电机无法正常工作的情况下，可以采用手动操作实现对工件参数的测量。
【权利要求】
1.一种用于大尺寸阶梯型轴的多参数非接触在线检测装置，其特征是:包括底座(I)、龙门架(2)、装载与卸载机构、工件升降机构、工件的夹具旋转机构和检测机构； 所述底座(I)为长方体铸造结构，底座(I)的上平面沿轴向方向上固定设置有固定式平行导轨(30)，底座(I)的上表面中间位置上设置有开口槽，所述开口槽内部安装有液压缸(5)和设置在液压缸(5)上端的V型支座(6)； 所述龙门架(2)由立柱结构和横梁结构两部分组成，所述立柱结构与底座(I)固定垂直设置，所述横梁结构的下平面安装有一个轴向移动导轨(16)，所述轴向移动导轨(16)上设置有光栅尺I (25)，轴向移动导轨(16)上悬挂有四参数侧头I (14)和四参数侧头II (15)，所述的四参数侧头I (14)和四参数侧头II (15)分别设置于轴向驱动电机I (17)和轴向驱动电机II (18)上，且轴向驱动电机I (17)和轴向驱动电机II (18)在轴向移动导轨(16)上横向移动；所述轴向移动导轨(16)的两个端侧分别安装有径向移动导轨I (28)和径向移动导轨II (29)，并且径向移动导轨I (28)上悬挂有一个一参数侧头II (13)、一个光栅尺II (26)和一个径向驱动电机II (20)，径向移动导轨II (29)上悬挂有一个一参数侧头I (12)、一个光栅尺II (27)和一个径向驱动电机I (19)； 所述装载与卸载机构包括输入/输出平行导轨I (3)、输入/输出平行导轨II (4)、圆弧形吊钩I (21)、圆弧形吊钩II (22)、吊钩驱动电机I (23)和吊钩驱动电机II (24)，所述输入/输出平行导轨I (3)和输入/输出平行导轨II (4)上放置被测轴，所述吊钩驱动电机I (23)和吊钩驱动电机II (24)分别控制圆弧形吊钩I (21)和圆弧形吊钩II (22)的转动； 所述工件升降机构包括液压缸(5)和V型支座￠)，且液压缸(5)和V型支座(6)设置于开口槽内部与底座(I)垂直，所述V型支座(6)是由两个V型金属块和一块金属板焊接组成； 所述工件的夹具旋转机构包括头架(7)和尾架(8)，所述头架(7)和尾架(8)设置在底座(I)上的固定式平行导轨(30)上，头架(7)平行于底座(I)的上平面上安装有头架顶尖(9)，尾架(8)平行于底座(I)的上平面上安装有尾架顶尖(10)，头架(7)和尾架(8)内部设置有驱动头架顶尖(9)和尾架顶尖(10)伸缩的液压缸，所述尾架(8)上安装有尾架顶尖转动驱动电机(11)，驱动尾架顶尖(10)转动； 所述检测机构测量轴的直径、径向跳动、长度、圆柱度和端面跳动，其中四参数侧头I(14)和四参数侧头II (15)测量轴的直径、径向跳动、长度和圆柱度；一参数侧头I (12)和一参数侧头II (13)测量轴的端面跳动。
2.根据权利要求1所述的一种用于大尺寸阶梯型轴的多参数非接触在线检测装置，其特征是:所述固定式平行导轨(30)是在底座(I)的铸造体上面一次性直接加工而成的，底座(I)中间位置设置的开口槽是固定式平行导轨(30)加工完毕后进行加工而成。
3.根据权利要求1所述的一种用于大尺寸阶梯型轴的多参数非接触在线检测装置，其特征是:所述一参数侧头I (12)和一参数侧头II (13)在测量完端面跳动后，由径向驱动电机I (19)和径向驱动电机II (20)控制，均沿径向退出，四参数侧头I (14)和四参数侧头II(15)分别由轴向驱动电机I (17)和轴向驱动电机II (18)控制，从被测轴中间位置分别向轴的两侧移动，依次测量被测轴各段的直径、径向跳动、长度和圆柱度。
【文档编号】G01B21/00GK104197882SQ201410483439
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年9月19日 优先权日:2014年9月19日
【发明者】段洁, 曹维国, 温培培, 林昀 申请人:长春理工大学