活塞異型銷孔的輪廓誤差在位檢測裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種活塞異型銷孔的輪廓誤差在位檢測裝置。導(dǎo)軌水平固定在機床基座上，托板安裝在導(dǎo)軌上并沿導(dǎo)軌水平移動，對中桿通過對中桿支架安裝在托板上，活塞通過裝夾裝置固定安裝在托板上，活塞銷孔與對中桿對齊；箱體安裝在機床基座上，測量桿與箱體內(nèi)機床主軸連接，測量套固定套在測量桿末端，測頭安裝在測量套上，光電編碼器通過編碼器支架與機床主軸連接，測量桿與活塞銷孔中心軸線重合且平行于導(dǎo)軌；感應(yīng)同步器和限位開關(guān)安裝在機床基座上，感應(yīng)同步器、測頭和光電編碼器均經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡與計算機連接。本發(fā)明采用了在位檢測，結(jié)構(gòu)簡單，檢測方便，不需要二次裝夾，精度高，適用范圍廣，可對活塞異型銷孔軸向截面和徑向截面進行檢測。
【專利說明】活塞異型銷孔的輪廓誤差在位檢測裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種輪廓誤差檢測裝置，特別是涉及一種活塞異型銷孔的輪廓誤差在位檢測裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著對發(fā)動機的輸出功率與轉(zhuǎn)速的要求日益提高，人們開始追求耐熱性、耐磨性、密封性良好、導(dǎo)向性平穩(wěn)的活塞，同時要求滿足工作效率高，能耗低，噪聲小等要求，而傳統(tǒng)圓柱活塞銷孔在發(fā)動機高速運轉(zhuǎn)中，會產(chǎn)生嚴重的應(yīng)力集中現(xiàn)象，使活塞工況惡化。研究試驗結(jié)果表明，將活塞圓柱銷孔設(shè)計加工成非圓柱形，是目前均化應(yīng)力分布，消除應(yīng)力集中最為有效的途徑。但是活塞異型銷孔的尺寸變化量小，而幾何尺寸精度、輪廓精度要求都較高，這對檢測造成了很大困難。
[0003]在活塞異型銷孔檢測領(lǐng)域，國防科技大學(xué)提出一種使用電感旁向位移傳感器，檢測銷孔母線輪廓的非在位測量裝置，該測量裝置無徑向截面輪廓誤差檢測功能，且受限于電感旁向位移傳感器尺寸，適用于較大的活塞銷孔測量。常德師范學(xué)院提出了一種非圓截面在位測量方法，論文主要關(guān)于數(shù)據(jù)處理與誤差補償，且主要用于外圓輪廓檢測，并未給出具體檢測機構(gòu)。蘭州理工大學(xué)使用傳感器深入軸承孔旋轉(zhuǎn)檢測圓度的方法，檢測裝置體積大，且數(shù)據(jù)處理方法趨于簡化，精度較低，主要用于大軸承孔檢測。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決活塞異型銷孔檢測的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種活塞異型銷孔的輪廓誤差在位檢測裝置。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0006]本發(fā)明裝置包括限位開關(guān)、對中桿支架、托板、對中桿、感應(yīng)同步器、裝夾裝置、導(dǎo)軌、測頭、測量套、測量桿、箱體、機床基座、編碼器支架、光電編碼器、數(shù)據(jù)采集卡和計算機。導(dǎo)軌水平固定在機床基座上的一側(cè)，托板安裝在導(dǎo)軌上并沿導(dǎo)軌水平移動，對中桿通過對中桿支架安裝在托板遠離箱體的一側(cè)上，裝夾裝置固定安裝在托板靠近箱體的一側(cè)上，活塞固定在裝夾裝置上，活塞的銷孔與對中桿對齊；箱體安裝在機床基座上的另一側(cè)，測量桿與箱體內(nèi)機床主軸朝向?qū)к壍囊欢诉B接，測量套固定套在測量桿的末端，測頭安裝在測量套上，光電編碼器通過編碼器支架與箱體內(nèi)機床主軸遠離導(dǎo)軌的一端連接，測量桿與活塞銷孔的中心軸線重合且平行于導(dǎo)軌；用于測量托板水平位移的感應(yīng)同步器包括定尺和滑尺，定尺安裝在機床基座上，滑尺安裝在導(dǎo)軌上，定尺、滑尺均與導(dǎo)軌平行；感應(yīng)同步器、測頭和光電編碼器均經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡與計算機連接。
[0007]所述的測頭為傳感器測頭，外表面設(shè)有螺紋，傳感器測頭通過螺母安裝在測量套上并通過螺母調(diào)節(jié)位置。
[0008]所述的傳感器測頭的傳感器采用電渦流位移傳感器。
[0009]所述的機床基座上裝有用于設(shè)置托板起始位置的限位開關(guān)。[0010]本發(fā)明的有益效果是:
[0011]本發(fā)明采用了在位檢測，使用鏜桿作為測量桿，保證了測量桿與活塞銷孔同軸。在加工完成之后不需要拆卸活塞，省去了重新裝夾定位的步驟。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，檢測方便，不需要二次裝夾，精度高，適用范圍廣，可對圓柱形、圓錐形、以及橢圓形銷孔進行軸向截面及徑向截面的輪廓誤差檢測，能很好地滿足對活塞異型銷孔的輪廓誤差的檢測需求。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖2是測量套與測量桿的安裝結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖3是軸向截面輪廓母線的檢測數(shù)據(jù)及截取段示意圖。
[0015]圖4是截取母線段數(shù)據(jù)點及擬合直線段示意圖。
[0016]圖5是圖4局部放大效果圖。
[0017]圖6是徑向截面為圓的檢測數(shù)據(jù)及擬合圓示意圖。
[0018]圖7是圖6局部放大效果圖。
[0019]圖8是徑向截面為圓的輪廓誤差分布極坐標(biāo)示意圖。
[0020]圖9是徑向截面為橢圓的檢測數(shù)據(jù)及擬合圓示意圖。
[0021]圖10是圖9局部放大效果圖。
[0022]圖11是徑向截面為橢圓的輪廓誤差分布極坐標(biāo)示意圖。
[0023]圖12是錐形活塞銷孔示意圖。
[0024]圖13是圖12的局部示意圖。
[0025]圖中:1.限位開關(guān)、2.對中桿支架、3.托板、4.對中桿、5.感應(yīng)同步器、5a.定尺、5b.滑尺、6.裝夾裝置、7.活塞、8.導(dǎo)軌、9.測頭、10.測量套、11.鏜刀、12.測量桿、13.箱體、14.機床基座、15.編碼器支架、16.光電編碼器、17.計算機、18.數(shù)據(jù)采集卡。
【具體實施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0027]如圖1、圖2所示，本發(fā)明裝置包括限位開關(guān)1、對中桿支架2、托板3、對中桿4、感應(yīng)同步器5、裝夾裝置6、導(dǎo)軌8、測頭9、測量套10、測量桿12、箱體13、機床基座14、編碼器支架15、光電編碼器16、計算機17、數(shù)據(jù)采集卡18 ;導(dǎo)軌8水平固定在機床基座14上的一側(cè)，托板3安裝在導(dǎo)軌8上并可沿導(dǎo)軌8水平移動，對中桿4通過對中桿支架2安裝在托板3遠離箱體13的一側(cè)上，裝夾裝置6固定安裝在托板3靠近箱體13的一側(cè)上，活塞7固定在裝夾裝置6上，活塞7的銷孔與對中桿4對齊；箱體13安裝在機床基座14上的另一側(cè)，測量桿12與箱體13內(nèi)機床主軸朝向?qū)к壍囊欢诉B接，測量套10固定套在測量桿12的末端，測頭9安裝在測量套10上，光電編碼器16通過編碼器支架15與箱體13內(nèi)機床主軸遠離導(dǎo)軌的一端連接，測量桿12與活塞7銷孔的中心軸線重合且平行于導(dǎo)軌8 ;用于測量托板3在導(dǎo)軌8上水平位移的感應(yīng)同步器5包括定尺5a和滑尺5b，定尺5a安裝在機床基座14上，滑尺5b安裝在導(dǎo)軌8上，定尺5a、滑尺5b均與導(dǎo)軌8平行；感應(yīng)同步器5、測頭9和光電編碼器16均經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡18與計算機17連接。
[0028]所述的測頭9采用傳感器測頭，外表面設(shè)有螺紋，測頭9通過螺母安裝在測量套10上并通過螺母調(diào)節(jié)位置。在檢測過程中，測頭9與活塞7銷孔被測面之間的間距可通過測頭9的螺母調(diào)節(jié)，使其位于測頭的測量范圍之內(nèi)。
[0029]加工時測量桿12為鏜桿，鏜刀11安裝在測量桿12上末端，用于活塞7銷孔的加工，檢測時鏜刀11不必取下，鏜刀11的刀尖從測量套10下部缺口伸出，測量桿12末端與測量套10配合，并以螺釘連接固定。由于避免了鏜刀11的重復(fù)拆裝，測量套10的安裝與拆下對于再次加工活塞銷孔沒有影響。
[0030]所述的機床基座14上裝有用于設(shè)置托板3起始位置的限位開關(guān)I。限位開關(guān)是機床的一部分，限位開關(guān)通過導(dǎo)線連接到機床基座內(nèi)部。
[0031]測頭采用電渦流位移傳感器，用于測量測頭至銷孔內(nèi)表面的位移，選用湖南天瑞公司生產(chǎn)的TR81系列電渦流傳感器。
[0032]感應(yīng)同步器5用于檢測托板水平位移，可以采用上海博測水平儀有限公司生產(chǎn)的SF13型感應(yīng)同步器。感應(yīng)同步器5分為定尺與滑尺，定尺固定于機床基座14上，滑尺固定于托板上，通過檢測其相對位移量，獲得托板的水平位移。
[0033]光電編碼器16為精密角度測量元件，用于測量測頭旋轉(zhuǎn)角度，采用日本Koyo公司的TRD-J1000-RZ增量式光電編碼器。
[0034]感應(yīng)同步器5、測頭9、光電編碼器16采集信號經(jīng)過數(shù)據(jù)采集卡18輸入到計算機17中進行處理，獲得活塞銷孔的輪廓數(shù)據(jù)。
[0035]本發(fā)明采用了在位檢測方式，加工完成之后不需要進行活塞的拆卸與二次裝夾，能夠保證測量桿與活塞銷孔同軸。所述的測量套下部缺口對準鏜刀，使鏜刀從缺口中伸出，測量桿與測量套間隙配合，通過螺釘連接固定。測量套的安裝與拆下不需拆卸鏜刀，對于再次加工活塞銷孔沒有影響。
[0036]測量桿軸線與導(dǎo)軌平行；測頭軸線與活塞銷孔軸線共面且垂直；并可通過螺母調(diào)節(jié)傳感器測頭與被測面間距，使其處于測頭的線性測量范圍內(nèi)。托板3沿導(dǎo)軌移動過程中傳感器測頭可檢測其與銷孔被測面的徑向間距變化信息，結(jié)合感應(yīng)同步器同步采集的軸向位移信息，通過最小二乘法擬合直線段，計算出活塞銷孔軸向截面的輪廓誤差(包括錐形孔的錐度及母線直線度誤差)；測量桿周向旋轉(zhuǎn)時，測頭檢測其與銷孔被測面徑向間距變化信息，結(jié)合光電編碼器同步采集對應(yīng)角度信息，以最小二乘法擬合出徑向截面理想輪廓，并計算輪廓誤差(包括圓柱、圓錐銷孔的截面圓度誤差，橢圓柱、橢圓錐銷孔的截面橢圓度與輪廓度誤差)。
[0037]本發(fā)明具體實施過程如下:
[0038]檢測用活塞銷孔精加工設(shè)備為超磁致伸縮智能鏜桿實驗系統(tǒng)，可鏜削加工直徑35?42mm的銷孔。檢測用錐形銷孔理想錐度為13.5/1000，如圖12、圖13所示；橢圓銷孔理想橢圓度50 μ m,長軸豎直。
[0039]在活塞7銷孔加工完成之后，因為測量桿12即為鏜桿，對活塞7銷孔的加工過程保證了測量桿12與活塞7銷孔同軸，并且其軸線與導(dǎo)軌8方向相平行，因此不需對活塞進行拆卸與重新裝夾定位，免去了二次裝夾引入的定位誤差。在測量桿12末端安裝測量套10，并把測頭9安裝在測量套10上，當(dāng)檢測活塞7的軸向截面輪廓誤差時，托板3沿導(dǎo)軌水平移動，測頭9與活塞7銷孔被測面之間的間距發(fā)生變化，通過測頭9和感應(yīng)同步器5測量此徑向位移變化及對應(yīng)軸向位移信息，經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡18傳輸至計算機17，由計算機17進行數(shù)據(jù)處理，部分實驗數(shù)據(jù)如表1所示。
[0040]表1軸向截面檢測數(shù)據(jù)
[0041]
【權(quán)利要求】
1.一種活塞異型銷孔的輪廓誤差在位檢測裝置，其特征在于:包括限位開關(guān)(I)、對中桿支架(2)、托板(3)、對中桿(4)、感應(yīng)同步器(5)、裝夾裝置(6)、導(dǎo)軌(8)、測頭(9)、測量套(10)、測量桿(12)、箱體(13)、機床基座(14)、編碼器支架(15)、光電編碼器(16)、數(shù)據(jù)采集卡(18 )和計算機(17 )，導(dǎo)軌(8 )水平固定在機床基座(14 )上的一側(cè)，托板(3 )安裝在導(dǎo)軌(8)上并沿導(dǎo)軌(8)水平移動，對中桿(4)通過對中桿支架(2)安裝在托板(3)遠離箱體(13)的一側(cè)上，裝夾裝置(6)固定安裝在托板(3)靠近箱體(13)的一側(cè)上，活塞(7)固定在裝夾裝置(6)上，活塞(7)的銷孔與對中桿(4)對齊；箱體(13)安裝在機床基座(14)上的另一側(cè)，測量桿(12)與箱體(13)內(nèi)機床主軸朝向?qū)к壍囊欢诉B接，測量套(10)固定套在測量桿(12)的末端，測頭(9)安裝在測量套(10)上，光電編碼器(16)通過編碼器支架(15)與箱體(13)內(nèi)機床主軸遠離導(dǎo)軌的一端連接，測量桿(12)與活塞(7)銷孔的中心軸線重合且平行于導(dǎo)軌(8);用于測量托板(3)水平位移的感應(yīng)同步器(5)包括定尺(5a)和滑尺(5b)，定尺(5a)安裝在機床基座(14)上，滑尺(5b)安裝在導(dǎo)軌(8)上，定尺(5a)、滑尺(5b)均與導(dǎo)軌(8)平行；感應(yīng)同步器(5)、測頭(9)和光電編碼器(16)均經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡(18)與計算機(17)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種活塞異型銷孔的輪廓誤差在位檢測裝置，其特征在于:所述的測頭(9)為傳感器測頭，外表面設(shè)有螺紋，傳感器測頭通過螺母安裝在測量套(10)上并通過螺母調(diào)節(jié)位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種活塞異型銷孔的輪廓誤差在位檢測裝置，其特征在于:所述的傳感器測頭的傳感器采用電渦流位移傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種活塞異型銷孔的輪廓誤差在位檢測裝置，其特征在于:所述的機床基座(14 )上裝有用于設(shè)置托板(3 )起始位置的限位開關(guān)(I)。
【文檔編號】B23Q17/20GK103465108SQ201310418508
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月13日
【發(fā)明者】鄔義杰, 王樂, 彭黃湖, 章一智 申請人:浙江大學(xué)