柔顺装置、气动测量装置及气动测量系统的制作方法

本实用新型涉及气动测量技术领域，尤其是涉及一种柔顺装置、气动测量装置及气动测量系统。

背景技术：

压缩空气的压力和流量值与气体流出通路的间隙值之间存在线性关系，利用这种关系制成的气动测量器具称为气动量仪。气动量仪具有结构简单、操作简便、测量精度高、以及能实现非接触测量等优点，在对零件孔的内径大小及轴外径大小的测量中广泛应用。采取气动量仪对零件孔的内径大小进行测量时，传统的测量方式是由人工操作，人工抓取零件，将零件的孔与气动量仪的测头装配，使测头插入零件孔内，测头设置有多个喷气孔，测头的喷气孔向零件孔壁喷气，以使气动量仪完成对零件孔的内径大小的测量，然而，在大批量测量场合，存在工作人员工作量大的问题。

随着工业自动化和智能化水平的提高，以及企业降低人力成本的考量，在大批量测量场合，利用机器人替代手工抓取零件、完成零件孔与测头的装配，使得气动量仪完成对零件孔的内径大小的测量，可以大大的降低工作人员的工作量。

为了获取较高的测量精度，气动量仪的测头和零件的待测孔之间的间隙量要控制得比较小，通常在几十微米以内，在机器人执行测量的过程中，零件孔与测头的装配，本质上是孔与轴的装配，由于气动量仪的测头和待测孔之间的间隙很小，因此，机器人抓取零件完成零件孔与测头的装配时，机器人由于微小的位姿偏差，容易将测头与待测零件位于待测孔边缘的倒角抵接，使得测头和待测零件之间出现卡阻，导致测头无法进入待测孔，进而无法完成对零件孔的内径大小的测量。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种柔顺装置、气动测量装置及气动测量系统，以解决现有技术中存在的机器人抓取零件完成零件孔与测头的装配时，机器人微小的位姿偏差都会引起测头和待测零件之间出现卡阻，导致测头无法进入待测孔，进而无法完成对零件孔的内径大小的测量的问题。

本实用新型提供一种柔顺装置，所述柔顺装置包括：基体、第一排斥部、第二排斥部和操作杆；

所述基体呈筒状，所述基体的第一端设置有限位环，所述限位环与所述基体连接；

所述第一排斥部设置于所述基体的第一端，所述限位环用于将所述第一排斥部限制在所述基体内，所述第二排斥部设置于所述基体的第二端，且所述第二排斥部与所述基体连接，所述第一排斥部与所述第二排斥部之间具有排斥力；

所述操作杆穿设所述限位环，且所述操作杆的一端与所述第一排斥部连接，所述操作杆的另一端用于连接气动量仪的测头；

所述操作杆和所述第一排斥部能够沿着所述限位环向所述第二排斥部的方向移动，且所述第一排斥部与所述第二排斥部之间的距离变小时，所述第一排斥部与所述第二排斥部之间的排斥力增大；

所述操作杆的外径和所述第一排斥部的外径均小于所述基体的内径。

进一步地，所述第一排斥部为第一磁铁，所述第二排斥部为第二磁铁。

进一步地，所述第一排斥部为第一磁铁；

所述第二排斥部包括盖体和第二磁铁，所述盖体盖合在所述基体的第二端，且所述盖体与所述基体连接，所述第二磁铁位于所述盖体上靠近所述第一磁铁的一端，且所述第二磁铁与所述盖体连接。

进一步地，所述操作杆呈t型；

所述操作杆包括横板和竖杆，所述竖杆的一端与所述横板连接；

所述竖杆穿设所述限位环，所述横板设置于所述基体内，且所述横板的外径小于所述基体的内径，所述限位环用于将所述横板限制在所述基体内。

进一步地，所述基体的第一端的内侧设置有凸台，所述凸台与所述基体连接；

所述凸台与所述横板间隙配合。

进一步地，所述凸台远离所述限位环的一端设置有第一倒角。

进一步地，所述横板靠近所述竖杆的一端设置有第二倒角。

进一步地，所述横板远离所述竖杆的一端设置有第三倒角。

进一步地，所述基体上设置有安装部；

所述安装部与所述基体连接，所述安装部用于与外界连接。

本实用新型提供的柔顺装置在使用时，将测头与操作杆远离第一排斥部的一端连接，将柔顺装置的基体与外部结构固定；机器人将待测零件抓取并移动至测头处，且使待测零件的待测孔与测头对准，并使待测零件向测头方向移动，直至测头插入待测孔内，对待测孔的内径大小进行测量。

当由于机器人存在微小的位姿偏差时，测头与待测零件位于待测孔边缘的倒角抵接，此时，测头的轴心线与待测孔的轴心线平行；由于机器人持续给待测零件一个向测头方向的力，从而可以将测头、操作杆以及第一排斥部向第二排斥部的方向推动，此时，测头受到第一排斥部和第二排斥部产生的向下的排斥力，且待测零件的倒角处给测头一个斜向上的力和一个沿倒角面斜向上的摩擦力，并且给测头一个逆时针扭矩，使得测头、操作杆和第一排斥部沿测头的轴心线转动，又由于操作杆的外径和第一排斥部的外径均小于基体的内径，从而使得测头的轴心线与待测孔的轴心线产生夹角。

机器人持续给待测零件一个向测头方向的力，使得测头的轴心线与待测孔的轴心线之间的夹角逐渐变大，当测头的轴心线与倒角斜面平行时，机器人便将测头推入待测孔内，直至测头与待测孔有两个接触点，此时第一个接触点给测头一个斜向上的力n1和一个斜向上的摩擦力f1，第二个接触点给测头一个斜向下的力n2和一个斜向上的摩擦力f2，由于第一排斥部和第二排斥部之间的排斥作用给测头一个斜向下的排斥力f，测头还受到重力g，此时机器人持续给待测零件一个向测头方向的力，直到n2、重力和排斥力之和大于n1、f1和f2之和时，n2便给测头一个顺时针扭矩，使得测头、操作杆和第一排斥部沿测头的轴心线转动，从而使得测头的轴心线与待测孔的轴心线之间的夹角变小，直至测头的轴心线与待测孔的轴心线平行。

又由于测头的多个喷气孔同时喷气，测头的外壁离待测孔壁越近，测头受到的气体的反作用力越大，因此，可以将测头的轴心线与待测孔的轴心线对齐，以使气动量仪准确地对待测孔的孔径大小进行测量。

因此，即使由于机器人存在微小的位姿偏差时，测头与待测零件位于待测孔边缘的倒角抵接，由于柔顺装置对测头的柔顺作用，测头与待测零件不会出现卡阻现象，测头可以顺利地进入待测孔对待测孔的内径大小进行准确地测量。

本实用新型还提供一种气动测量装置，所述气动测量装置包括气动量仪和所述柔顺装置。

本实用新型还提供一种气动测量系统，所述气动测量系统包括机器人、控制器、第一摄像头、第二摄像头和所述气动测量装置；

所述控制器内预设有所述测头的轴心线的位置；

所述第一摄像头设置于所述机器人的机械手上，所述第一摄像头与所述控制器连接，所述第一摄像头用于获取待测零件的位置信息，并将该信息传递给所述控制器，所述控制器控制所述机械手抓取所述待测零件；

所述第二摄像头相对所述测头固定设置；

所述控制器内预设有所述第二摄像头的位置信息，所述控制器控制所述机械手将抓取的所述待测零件移动至所述第二摄像头处，所述第二摄像头用于获取所述待测零件的待测孔的轴心线的位置信息，并将该信息传递给所述控制器，所述控制器用于计算所述测头的轴心线的位置与所述待测孔的轴心线的位置之间的距离，所述控制器控制机械手将所述待测零件移动至所述测头的正下方，且所述测头的轴心线与所述待测孔的轴心线对齐。

所述气动测量装置及所述气动测量系统与上述柔顺装置相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的柔顺装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的气动测量装置的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的柔顺装置的剖视图；

图4为本实用新型实施例提供的柔顺装置中基体的剖视图；

图5为本实用新型实施例提供的柔顺装置中操作杆的剖视图；

图6为本实用新型实施例提供的气动测量装置与待测零件的待测孔边缘的倒角接触时的示意图；

图7为本实用新型实施例提供的气动测量装置与待测零件的待测孔一点接触时的示意图；

图8为本实用新型实施例提供的气动测量装置与待测零件的待测孔两点接触时的示意图。

图标：1-基体；11-限位环；12-凸台；121-第一倒角；13-第一螺纹孔；2-第一排斥部；21-第一通孔；3-第二排斥部；31-盖体；311-第二通孔；312-第二螺纹孔；32-第二磁铁；321-第三通孔；4-操作杆；41-横板；411-第二倒角；412-第三倒角；42-竖杆；43-第四通孔；5-安装部；51-安装孔；6-测头；61-喷气孔；7-待测零件；71-待测孔。

具体实施方式

下面将结合实施例对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1为本实用新型实施例提供的柔顺装置的结构示意图；图2为本实用新型实施例提供的气动测量装置的结构示意图；图3为本实用新型实施例提供的柔顺装置的剖视图；图6为本实用新型实施例提供的气动测量装置与待测零件的待测孔边缘的倒角接触时的示意图；图7为本实用新型实施例提供的气动测量装置与待测零件的待测孔一点接触时的示意图；图8为本实用新型实施例提供的气动测量装置与待测零件的待测孔两点接触时的示意图。

本实施例提供的柔顺装置包括：基体1、第一排斥部2、第二排斥部3和操作杆4；基体1呈筒状，基体1的第一端设置有限位环11，限位环11与基体1连接；

第一排斥部2设置于基体1的第一端，限位环11用于将第一排斥部2限制在基体1内，第二排斥部3设置于基体1的第二端，且第二排斥部3与基体1连接，第一排斥部2与第二排斥部3之间具有排斥力；操作杆4穿设限位环11，且操作杆4的一端与第一排斥部2连接，操作杆4的另一端用于连接气动量仪的测头6；操作杆4和第一排斥部2能够沿着限位环11向第二排斥部3的方向移动，且第一排斥部2与第二排斥部3之间的距离变小时，第一排斥部2与第二排斥部3之间的排斥力增大；操作杆4的外径和第一排斥部2的外径均小于基体1的内径。

本实施例提供的柔顺装置在使用时，将测头6与操作杆4远离第一排斥部2的一端连接，将柔顺装置的基体1与外部结构固定；机器人将待测零件7抓取并移动至测头6处，且使待测零件7的待测孔71与测头6对准，并使待测零件7向测头6方向移动，直至测头6插入待测孔71内，对待测孔71的内径大小进行测量。

当由于机器人存在微小的位姿偏差时，测头6与待测零件7位于待测孔71边缘的倒角抵接，此时，测头6的轴心线与待测孔71的轴心线平行；由于机器人持续给待测零件7一个向测头6方向的力，从而可以将测头6、操作杆4以及第一排斥部2向第二排斥部3的方向推动，此时，测头6受到第一排斥部2和第二排斥部3产生的向下的排斥力，且待测零件7的倒角处给测头6一个斜向上的力和一个沿倒角面斜向上的摩擦力，并且给测头6一个逆时针扭矩，使得测头6、操作杆4和第一排斥部2沿测头6的轴心线转动，又由于操作杆4的外径和第一排斥部2的外径均小于基体1的内径，从而使得测头6的轴心线与待测孔71的轴心线产生夹角。

机器人持续给待测零件7一个向测头6方向的力，使得测头6的轴心线与待测孔71的轴心线之间的夹角逐渐变大，当测头6的轴心线与倒角斜面平行时，机器人便将测头6推入待测孔71内，测头6与待测孔71的孔壁有一个接触点，由于机器人持续给待测零件7一个向测头6方向的力，直至测头6与待测孔71有两个接触点，此时第一个接触点给测头6一个斜向上的力n1和一个斜向上的摩擦力f1，第二个接触点给测头6一个斜向下的力n2和一个斜向上的摩擦力f2，由于第一排斥部2和第二排斥部3之间的排斥作用给测头6一个斜向下的排斥力f，测头6还受到重力g，此时机器人持续给待测零件7一个向测头6方向的力，直到n2、重力和排斥力之和大于n1、f1和f2之和时，n2便给测头6一个顺时针扭矩，使得测头6、操作杆4和第一排斥部2沿测头6的轴心线转动，从而使得测头6的轴心线与待测孔71的轴心线之间的夹角变小，直至测头6的轴心线与待测孔71的轴心线平行。

又由于测头6的多个喷气孔61同时喷气，测头6的外壁离待测孔71壁越近，测头6受到的气体的反作用力越大，因此，可以将测头6的轴心线与待测孔71的轴心线对齐，以使气动量仪准确地对待测孔71的孔径大小进行测量。

因此，即使由于机器人存在微小的位姿偏差时，测头6与待测零件7位于待测孔71边缘的倒角抵接，由于柔顺装置对测头6的柔顺作用，测头6与待测零件7不会出现卡阻现象，测头6可以顺利地进入待测孔71对待测孔71的内径大小进行准确地测量。

进一步地，为了使第一排斥部2和第二排斥部3之间具备稳定的排斥力，且随着第一排斥部2与第二排斥部3之间的距离变小时，第一排斥部2与第二排斥部3之间的排斥力增大，本实施例提供的柔顺装置中，如图3所示，第一排斥部2为第一磁铁，第二排斥部3为第二磁铁32。

第一磁铁和第二磁铁32向对的一面带有相同的磁性。

第二磁铁32与基体1的第二端采取卡接、铆接等方式连接。

第二磁铁32的边缘开设有固定孔，基体1的第二端开设有第一螺纹孔13，通过螺钉穿设固定孔和第一螺纹孔13，使第二磁铁32与基体1连接。

第一磁铁与操作杆4采取卡接、铆接等方式连接。

通过在第一磁铁上开设第一通孔21，在操作杆4上开设第四通孔43，测头6上开设有螺纹孔，通过螺钉依次穿设第一通孔21、第四通孔43和螺纹孔，使螺钉与测头6螺纹连接。

进一步地，为了使第一排斥部2和第二排斥部3之间具备稳定的排斥力，且随着第一排斥部2与第二排斥部3之间的距离变小时，第一排斥部2与第二排斥部3之间的排斥力增大，本实施例提供的柔顺装置中，如图3所示，第一排斥部2为第一磁铁；第二排斥部3包括盖体31和第二磁铁32，盖体31盖合在基体1的第二端，且盖体31与基体1连接，第二磁铁32位于盖体31上靠近第一磁铁的一端，且第二磁铁32与盖体31连接。

第一磁铁和第二磁铁32向对的一面带有相同的磁性。

盖体31与基体1之间可以采取卡接、铆接等方式连接；盖体31与基体1之间可以采取螺钉连接。

盖体31的中心开设有第二螺纹孔312，第二磁铁32的中心开设有第三通孔321，通过螺钉依次穿设第三通孔321和第二螺纹孔312，以使第二磁铁32与盖体31连接。

盖体31的边缘开设有多个第二通孔311，基体1的第二端开设有多个第一螺纹孔13，螺钉依次穿设第二通孔311和第一螺纹孔13，使盖体31与基体1连接。

图5为本实用新型实施例提供的柔顺装置中操作杆4的剖视图。

进一步地，在机器人给待测零件7一个向测头6方向的力时，为了使操作杆4、第一排斥部2能够沿着限位环11向第二排斥部3的方向移动时，第二排斥部3和操作杆4在基体1内能发生扭摆，从而能够使测头6的轴心线与待测孔71的轴心线之间产生夹角，以对测头6发挥柔顺作用，本实施例提供的柔顺装置中，如图3和图5所示，操作杆4呈t型；操作杆4包括横板41和竖杆42，竖杆42的一端与横板41连接；竖杆42穿设限位环11，横板41设置于基体1内，且横板41的外径小于基体1的内径，限位环11用于将横板41限制在基体1内。

由于横板41的外径小于基体1的内径，且第一排斥部2的外径小于基体1的内径，因此，测头6在手里时，可以在第二排斥部3和操作杆4在基体1内能发生扭摆，从而对测头6起到柔顺作用，使测头6顺利进入待测零件7的待测孔71，以对待测孔71的内径大小准确测量。

基体1的第一端的内侧设置有凸台12，凸台12与基体1连接；凸台12与横板41间隙配合。

图4为本实用新型实施例提供的柔顺装置中基体1的剖视图。

进一步地，为了使操作杆4在基体1内能发生扭摆时，横板41与基体1内壁抵触时更加柔和，避免横板41与基体1内壁发生损坏，本实施例提供的柔顺装置中，如图4所示，凸台12远离限位环11的一端设置有第一倒角121。

在机器人给待测零件7一个向测头6方向的力时，测头6、操作杆4和第一排斥部2均被推动向第二排斥部3方向移动，当测头6受到扭矩和力的共同作用时，在向第二排斥部3方向移动的过程中发生扭摆，由于凸台12远离限位环11的一端设置有第一倒角121，当横板41移动至凸台12上方时可以顺着倒角的斜面移动，从而避免出现凸台12与横板41的接触面发生损坏的问题。

进一步地，为了使操作杆4在基体1内能发生扭摆时，横板41与基体1内壁抵触时更加柔和，避免横板41与基体1内壁发生损坏，本实施例提供的柔顺装置中，如图3和图5所示，横板41靠近竖杆42的一端设置有第二倒角411。

在机器人给待测零件7一个向测头6方向的力时，测头6、操作杆4和第一排斥部2均被推动向第二排斥部3方向移动，当测头6受到扭矩和力的共同作用时，在向第二排斥部3方向移动的过程中发生扭摆，由于凸台12远离限位环11的一端设置有第一倒角121，横板41靠近竖杆42的一端设置有第二倒角411，当横板41移动至凸台12上方时，可以使横板41的第二倒角411顺着凸台12的第一倒角121的斜面移动，从而避免出现凸台12与横板41的接触面发生损坏的问题。

进一步地，为了使操作杆4在基体1内能发生扭摆时，横板41与基体1内壁抵触时更加柔和，避免横板41与基体1内壁发生损坏，本实施例提供的柔顺装置中，如图3和图5所示，横板41远离竖杆42的一端设置有第三倒角412。

在机器人给待测零件7一个向测头6方向的力时，测头6、操作杆4和第一排斥部2均被推动向第二排斥部3方向移动，当测头6受到扭矩和力的共同作用时，在向第二排斥部3方向移动的过程中发生扭摆，当横板41的上表面与基体1的内壁抵触时，由于在横板41远离竖杆42的一端设置有第三倒角412，因此，可以使横板41的第三倒角412的斜面与基体1内壁贴合，避免横板41与基体1内壁发生损坏。

进一步地，为了使柔顺装置能够与外界结构稳固地连接，本实施例提供的柔顺装置中，如图1-2所示，基体1上设置有安装部5；安装部5与基体1连接，安装部5用于与外界连接。

安装部5上可以开设有安装孔51，通过螺栓穿设安装孔51和外界结构，从而使柔顺装置与外界结构稳固地连接。

进一步地，为了在使用气动测量装置对待测零件7的待测孔71内径进行检测时，不会由于机器人微小的位姿偏差引起测头6和待测零件7之间出现卡阻，导致测头6无法进入待测孔71，无法完成对零件孔的内径大小实施测量的问题，本实施例提供的气动测量装置包括气动量仪和上述实施例提供的柔顺装置。

在使用气动测量装置对待测零件7的待测孔71内径进行检测时，由于机器人存在微小的位姿偏差时，测头6与待测零件7位于待测孔71边缘的倒角抵接，由于柔顺装置对测头6的柔顺作用，测头6与待测零件7不会出现卡阻现象，测头6可以顺利地进入待测孔71对待测孔71的内径大小进行准确地测量。

进一步地，为了在使用气动测量系统对待测零件7的待测孔71内径进行检测时，不会由于机器人微小的位姿偏差引起测头6和待测零件7之间出现卡阻，导致测头6无法进入待测孔71，无法完成对零件孔的内径大小实施测量的问题，本实施例提供的气动测量系统包括机器人、控制器、第一摄像头、第二摄像头和上述的气动测量装置；控制器内预设有测头6的轴心线的位置；第一摄像头设置于机器人的机械手上，第一摄像头与控制器连接，第一摄像头用于获取待测零件7的位置信息，并将该信息传递给控制器，控制器控制机械手抓取待测零件7；第二摄像头相对测头6固定设置；控制器内预设有第二摄像头的位置信息，控制器控制机械手将抓取的待测零件7移动至第二摄像头处，第二摄像头用于获取待测零件7的待测孔71的轴心线的位置信息，并将该信息传递给控制器，控制器用于计算测头6的轴心线的位置与待测孔71的轴心线的位置之间的距离，控制器控制机械手将待测零件7移动至测头6的正下方，且测头6的轴心线与待测孔71的轴心线对齐。

在使用气动测量系统对待测零件7的待测孔71内径进行检测时，首先，将柔顺装置的安装部5与外界结构稳固地连接，并且将第二摄像头与外界结构稳固地连接，以使第二摄像头相对测头6固定设置。

第一步：寻孔阶段。控制器内预设有测头6的轴心线的位置；第一摄像头用于获取待测零件7的位置信息，并将该信息传递给所述控制器，控制器控制机械手抓取待测零件7；控制器内预设有第二摄像头的位置信息，控制器控制机械手将抓取的待测零件7移动至第二摄像头处，第二摄像头用于获取待测零件7的待测孔71的轴心线的位置信息，并将该信息传递给控制器，控制器用于计算测头6的轴心线的位置与待测孔71的轴心线的位置之间的距离，控制器控制机械手将待测零件7移动至测头6的正下方，且测头6的轴心线与待测孔71的轴心线对齐。

第二步：倒角接触阶段。在寻孔时，由于机器人微小的位姿偏差，导致测头6与待测零件7位于待测孔71边缘的倒角抵接。通过柔顺装置的柔顺作用，将测头6推入待测孔71内，使测头6与待测孔71的内壁有一个接触点。

第三步：一点接触阶段。由于机器人持续给待测零件7一个向测头6方向的力，使测头6继续向待测孔71的内部移动，直至测头6与待测孔71有两个接触点。

第四步：两点接触阶段。通过柔顺装置的柔顺作用，使得测头6的轴心线与待测孔71的轴心线平行。

第五步：测头6的多个喷气孔61同时喷气，测头6的外壁离待测孔71壁越近，测头6受到的气体的反作用力越大，因此，可以将测头6的轴心线与待测孔71的轴心线对齐，以使气动量仪准确地对待测孔71的孔径大小进行测量。

在使用气动测量系统对待测零件7的待测孔71内径进行检测时，由于机器人存在微小的位姿偏差时，测头6与待测零件7位于待测孔71边缘的倒角抵接，由于柔顺装置对测头6的柔顺作用，测头6与待测零件7不会出现卡阻现象，测头6可以顺利地进入待测孔71对待测孔71的内径大小进行准确地测量。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。