一种针对大型回转体零件的非接触式回转面轮廓测量装置的制作方法

本发明涉及非接触式回转轮廓测量技术领域，更具体地说，本发明涉及一种针对大型回转体零件的非接触式回转面轮廓测量装置。

背景技术：

大型回转体零件的加工，一般采用重型立式车削复合机床在加工车间内完成。由于零件本身尺寸大，重量大，缺乏有效的加工精度检测手段，三坐标测量机的测量精度高，且重复性好，但是受设备尺寸和承重的限制，无法实现在位测量。目前业内常用的一种测量方法是卡尺测量，此方法同样受限于卡尺尺寸和被测物体形状的制约，测量点数少，重复性差，难以对回转面轮廓进行全面测量。另一种测量方法是在机床上安装测头，加工过程结束后，直接通过测头对回转面轮廓进行在位测量。

中国专利“cn102179723b”公开了一种无线测头，所述装置采用接触式测头及无线通讯方式实现数控机床的在位测量。所述方法采用接触式测头，通常只适合对若干个离散点进行测量，采样点多的情况下测量效率会很低，不适合对轮廓面的误差进行准确的评价，此外此方法的测量精度完全依赖机床自身运动精度，难以满足评价加工精度的需求。中国专利“cn102198634b”公开了一种在机测量曲轴轮廓装置，所述装置采用位移测量装置和测头,通过被动往复运动确保测头与工件接触，同时采集机床轴位移、轴位移及楔形测头上光栅的读数，可得到曲轴轮廓误差，但此方法需要在机床上固定机构和传感器，同时需要采集机床内部的位移数据，重型机床加工过程中切屑极易损坏和玷污加装的装置，很多机床并无外部数据接口，此外此方法的测量精度同样依赖机床自身运动精度。

技术实现要素：

为了克服上述缺陷，本发明提供一种针对大型回转体零件的非接触式回转面轮廓测量装置，具体采用如下的技术方案：

一种针对大型回转体零件的非接触式回转面轮廓测量装置，包括：

固定架，所述固定架包括安装法兰、悬挂板、悬挂杆、托趁稳定板和安装转换头，所述悬挂板和所述安装转换头均设置在所述安装法兰上，所述悬挂杆和所述托趁稳定板均设置在所述悬挂板上；

控制件，其设置在所述固定架上，所述控制件包括驱动器、控制防护壳、主控制器、无线传输模块、电池和天线，所述驱动器、所述控制防护壳和所述电池均设置在所述安装法兰上，所述主控制器、所述无线传输模块和所述天线均设置在所述控制防护壳内，所述驱动器与所述主控制器电连接，所述主控制器分别与所述无线传输模块、所述电池和所述天线电连接；

移动扫描件，其设置在所述固定架上，所述移动扫描件包括动力传动件和扫描件，所述动力传动件设置在所述固定架上，所述扫描件设置在所述动力传动件上；

防护壳，其设置在所述固定架和所述控制件上，所述防护壳包括上侧防护壳和下侧防护壳，所述上侧防护壳和所述下侧防护壳均设置在所述固定架上；

其中：所述主控制器接收上位机发出的扫描运动指令后控制所述动力传动件和所述扫描件进行竖向移动和扫描，并将移动数据和扫描数据传递至上位机。

优选地，所述悬挂板呈矩形板状，所述悬挂板一端垂直固定设置在所述安装法兰一侧边，所述悬挂杆呈方杆状，所述悬挂杆设置有多个，多个所述悬挂杆相互平行垂直固定设置在所述悬挂板一侧边上，多个所述悬挂杆的自由端均设置有固定螺纹孔；所述托趁稳定板垂直固定设置在所述悬挂板另一端上。

优选地，所述安装转换头通过螺栓设置在所述安装法兰上侧面上，所述安装转换头能够根据相应型号的刀座和刀库适配。

优选地，所述动力传动件包括电机、滚珠丝杆、螺母和导轨，所述电机设置在所述安装法兰上，所述滚珠丝杆设置在所述电机上，所述螺母设置在所述滚珠丝杆上，所述导轨设置在所述悬挂板上；所述电机为伺服电机，所述电机分别与所述驱动器和所述电池电连接；所述滚珠丝杆一端与所述电机的转轴固定连接，所述滚珠丝杆另一端通过推力球轴承设置在所述托趁稳定板上；所述螺母与所述滚珠丝杆配合，所述螺母套装在所述滚珠丝杆上；所述导轨与所述滚珠丝杆平行。

优选地，所述扫描件包括滑台、距离传感器和光栅尺，所述滑台设置在所述螺母上，所述距离传感器设置在所述滑台上，所述光栅尺设置在所述悬挂板上；所述滑台上设置有滑动槽，所述滑动槽套装在所述导轨上；所述距离传感器为非接触式距离传感器，所述距离传感器分别与所述主控制器和所述电池电连接；所述光栅尺两端分别通过第一螺钉设置在多根所述悬挂杆的自由端上，并且所述第一螺钉与所述固定螺纹孔配合，使得所述光栅尺与所述滚珠丝杆平行，同时所述光栅尺的读数头设置在所述距离传感器上。

优选地，所述上侧防护壳包括上侧防护板，所述上侧防护板呈矩形板状，所述上侧防护板设置有多片，多片所述上侧防护板通过第二螺钉依次收尾拼接构成第一矩形槽，所述第一矩形槽套装在所述控制件外，并且通过第三螺钉将所述第一矩形槽紧固在所述安装法兰和所述悬挂板上；所述下侧防护壳包括下侧防护板，所述下侧防护板呈矩形板状，所述下侧防护板设置有多片，多片所述下侧防护板通过第四螺钉依次收尾拼接构成第二矩形槽，所述第二矩形槽套装在所述移动扫描件外，并且通过第五螺钉将所述第二矩形槽紧固在所述悬挂板上。

优选地，与所述距离传感器对应的所述下侧防护板上设置有测量窗口，所述测量窗口呈矩形贯穿孔状，所述测量窗口与所述滚珠丝杆平行；所述测量窗口处设置有启闭门件。

优选地，所述启闭门件包括滑槽、封门、拉伸弹簧、金属拉杆和磁力线圈，所述滑槽和所述磁力线圈均设置在所述下侧防护板上，所述封门设置在所述滑槽上，所述拉伸弹簧和所述金属拉杆均设置在所述封门上。

优选地，所述滑槽呈矩形槽状，所述滑槽一端面开放，另一端面封闭，所述滑槽长度大于所述测量窗口宽度，所述滑槽设置有两个；两个所述滑槽相互对应并且平行固定设置在所述测量窗口两端的所述下侧防护板上；所述封门呈矩形板状，所述封门尺寸不小于所述测量窗口尺寸，所述封门两端分别嵌装在两个所述滑槽内；所述拉伸弹簧设置有两个，两个所述拉伸弹簧逐一对应设置在所述封门两端上；并且两个所述拉伸弹簧自由端逐一对应设置在所述滑槽另一端面上；所述拉伸弹簧能够拉动所述封门沿滑槽移动；所述磁力线圈设置在所述下侧防护板上，并且所述磁力线圈套装在所述金属拉杆上，同时所述磁力线圈分别与所述主控制器和所述电池电连接。

优选地，上位机通过无线传输装置向所述针对大型回转体零件的非接触式回转面轮廓测量装置发送测量指令，待所述针对大型回转体零件的非接触式回转面轮廓测量装置接收到测量指令后开始运行测量，其测量流程如下：

1）主控制器同时向驱动器和距离传感器发出扫描运动指令，待所述驱动器接收到运动指令后将启动电机转动，所述电机带动滚珠丝杆沿周向旋转，所述滚珠丝杆通过螺母和滑块带动所述距离传感器向下移动；在所述距离传感器向下移动时所述光栅尺实时记录其移动距离，并且及时将监测位移数据传输至主控制器；待距离传感器接收到扫描指令后开始对待测工件进行扫描，并将扫描数据传输至主控制器；

2）主控制器接收到位移数据和扫描数据后及时记录在其内部存储器内，直至距离传感器位移至设定距离；

3）主控制器通过无线传输模块将全部测量数据传输至上位机，测量流程结束。

本发明至少包括以下有益效果：

1）本发明针对大型回转体零件的非接触式回转面轮廓测量装置结构设计合理、测量速度快、测量精度高和能够适用于不同的机床设备；

2）本发明针对大型回转体零件的非接触式回转面轮廓测量装置设置了固定架，所述固定架包括安装法兰、悬挂板和安装转换头，该安装转换头设置在该安装法兰上，该悬挂板设置在该安装法兰上，该安装转换头能够根据机床不同型号的刀座和刀库选择，有效提高了该针对大型回转体零件的非接触式回转面轮廓测量装置的适用范围；

3）本发明针对大型回转体零件的非接触式回转面轮廓测量装置设置了移动扫描件，所述移动扫描件包括动力传动件和扫描件，该动力传动件能够带动该扫描件上下位移，该扫描件在位移期间能够对待测工件进行测量，有效提高了测量速度和测量精度。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明针对大型回转体零件的非接触式回转面轮廓测量装置的结构图；

图2为本发明针对大型回转体零件的非接触式回转面轮廓测量装置对待测工件外侧轮廓测量示意图；

图3为本发明针对大型回转体零件的非接触式回转面轮廓测量装置对待测工件内侧轮廓测量示意图；

图4为本发明针对大型回转体零件的非接触式回转面轮廓测量装置和上位机示意图；

图5为本发明针对大型回转体零件的非接触式回转面轮廓测量装置的立体结构示意图；

图6为本发明针对大型回转体零件的非接触式回转面轮廓测量装置去除安装转换头后的立体结构示意图；

图7为本发明针对大型回转体零件的非接触式回转面轮廓测量装置去除安装转换头和防护壳后的左视立体结构示意图；

图8为本发明针对大型回转体零件的非接触式回转面轮廓测量装置去除安装转换头和防护壳后的右视立体结构示意图；

图9为本发明针对大型回转体零件的非接触式回转面轮廓测量装置中测量窗口的立体结构示意图；

图10为本发明针对大型回转体零件的非接触式回转面轮廓测量装置中启闭门件的立体结构示意图；

图11为本发明针对大型回转体零件的非接触式回转面轮廓测量装置图10中a的局部放大图。

其中：1-安装法兰，2-悬挂板，3-悬挂杆，4-托趁稳定板，5-安装转换头，6-驱动器，7-控制防护壳，8-电池，9-电机，10-滚珠丝杆，11-导轨，12-滑台，13-距离传感器，14-光栅尺，15-读数头，16-上侧防护板，17-下侧防护板，18-测量窗口，19-滑槽，20-封门，21-拉伸弹簧，22-金属拉杆，23-磁力线圈，24-绝缘块,25-主控制器，26-无线传输模块，27-天线，28-被测工件,29-转台，30-上位机。

具体实施方式

以下将参照附图，通过实施例方式详细地描述本发明的技术方案。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。

本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，单独存在b，同时存在a和b三种情况，本文中术语“/和”是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，a/和b，可以表示：单独存在a，单独存在a和b两种情况，另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。

根据图1-图11所示，一种针对大型回转体零件的非接触式回转面轮廓测量装置，包括固定架、控制件、移动扫描件和防护壳，所述控制件、所述移动扫描件和所述防护壳均设置在所述固定架上。所述固定架包括安装法兰1、悬挂板2、悬挂杆3、托趁稳定板4和安装转换头5，所述悬挂板2和所述安装转换头5均设置在所述安装法兰1上，所述悬挂杆3和所述托趁稳定板4均设置在所述悬挂板2上。

所述安装法兰1为方形法兰盘，所述悬挂板2呈矩形板状，所述悬挂板2一端垂直固定设置在所述安装法兰1一侧边下侧。所述悬挂杆3呈方杆状，所述悬挂杆3设置有两个，两个所述悬挂杆3相互平行垂直固定设置在所述悬挂板2一侧边上，两个所述悬挂杆3自由端均设置有固定螺纹孔。所述托趁稳定板4垂直固定设置在所述悬挂板2另一端上。所述安装转换头5通过螺栓设置在所述安装法兰1上侧面上，所述安装转换头5能够根据相应型号的刀座和刀库适配，当所述针对大型回转体零件的非接触式回转面轮廓测量装置需要安装在不同型号的刀座和刀库时，只需更换相应型号的所述安装转换头5即可，有效提高了所述针对大型回转体零件的非接触式回转面轮廓测量装置适用范围。所述针对大型回转体零件的非接触式回转面轮廓测量装置亦能够通过机床换刀机构放置入自动刀库内，也可以通过机床换刀机构移出自动刀库，重新安装到刀座上。

所述控制件包括驱动器6、控制防护壳7、主控制器25、无线传输模块26、电池8和天线27，所述驱动器6、所述控制防护壳7和所述电池8均设置在所述安装法兰1上，所述主控制器25、所述无线传输模块26和所述天线27均设置在所述控制防护壳7内，所述驱动器6与所述主控制器25电连接，所述主控制器25分别与所述无线传输模块26、所述电池8和所述天线27电连接。

所述移动扫描件包括动力传动件和扫描件，所述动力传动件设置在所述固定架上，所述扫描件设置在所述动力传动件上。所述动力传动件包括电机9、滚珠丝杆10、螺母和导轨11，所述电机9设置在所述安装法兰1上，所述滚珠丝杆10设置在所述电机9上，所述螺母设置在所述滚珠丝杆10上，所述导轨11设置在所述悬挂板2上。所述电机9为伺服电机，所述电机9分别与所述驱动器6和所述电池8电连接。所述滚珠丝杆10一端与所述电机9的转轴固定连接，所述滚珠丝杆10另一端通过推力球轴承设置在所述托趁稳定板4上。所述螺母与所述滚珠丝杆10配合，所述螺母套装在所述滚珠丝杆10上。所述导轨11与所述滚珠丝杆10平行。

所述扫描件包括滑台12、距离传感器13和光栅尺14，所述滑台12设置在所述螺母上，所述距离传感器13设置在所述滑台12上，所述光栅尺14设置在所述悬挂板2上。所述滑台12上设置有滑动槽，所述滑动槽套装在所述导轨11上。所述距离传感器13为非接触式距离传感器13，所述距离传感器13分别与所述主控制器25和所述电池8电连接。所述光栅尺14两端分别通过第一螺钉设置在两根所述悬挂杆3的自由端上，并且所述第一螺钉与所述固定螺纹孔配合，使得所述光栅尺14与所述滚珠丝杆10平行，同时所述光栅尺14的读数头15设置在所述距离传感器13上。

所述防护壳包括上侧防护壳和下侧防护壳，所述上侧防护壳和所述下侧防护壳均设置在所述固定架上，所述上侧防护壳包括上侧防护板16，所述上侧防护板16呈矩形板状，所述上侧防护板16设置有三片，三片所述上侧防护板16通过第二螺钉依次收尾拼接构成第一矩形槽，所述第一矩形槽套装在所述控制件外，并且通过第三螺钉将所述第一矩形槽紧固在所述安装法兰1和所述悬挂板2上。所述下侧防护壳包括下侧防护板17，所述下侧防护板17呈矩形板状，所述下侧防护板17设置有三片，三片所述下侧防护板17通过第四螺钉依次收尾拼接构成第二矩形槽，所述第二矩形槽套装在所述移动扫描件外，并且通过第五螺钉将所述第二矩形槽紧固在所述悬挂板2上。

与所述距离传感器13对应的所述下侧防护板17上设置有测量窗口18，所述测量窗口18呈矩形贯穿孔状，所述测量窗口18与所述滚珠丝杆10平行。所述测量窗口18供所述距离传感器13向待测工件进行扫描测量。所述测量窗口18处设置有启闭门件，所述启闭门件包括滑槽19、封门20、拉伸弹簧21、金属拉杆22和磁力线圈23，所述滑槽19和所述磁力线圈23均设置在所述下侧防护板17上，所述封门20设置在所述滑槽19上，所述拉伸弹簧21和所述金属拉杆22均设置在所述封门20上。

所述滑槽19呈矩形槽状，所述滑槽19一端面开放，另一端面封闭，所述滑槽19长度大于所述测量窗口18宽度，所述滑槽19设置有两个。两个所述滑槽19相互对应并且平行固定设置在所述测量窗口18两端的所述下侧防护板17上。所述封门20呈矩形板状，所述封门20尺寸不小于所述测量窗口18尺寸，所述封门20两端分别嵌装在两个所述滑槽19内。所述拉伸弹簧21设置有两个，两个所述拉伸弹簧21逐一对应设置在所述封门20两端上。并且两个所述拉伸弹簧21自由端逐一对应设置在所述滑槽19另一端面上。所述拉伸弹簧21能够拉动所述封门20沿滑槽19移动，进而使封门20堵住所述测量窗口18。所述磁力线圈23通过绝缘块24固定设置在所述下侧防护板17上，并且所述磁力线圈23套装在所述金属拉杆22上，同时所述磁力线圈23分别与所述主控制器25和所述电池8电连接。当所述磁力线圈23通电后将产生电磁，所述电磁能够拉动所述金属拉杆22沿轴向移动，进而所述金属拉杆22带动所述封门20水平移动，使测量窗口18开启。所述电磁对拉杆的拉力大于两个所述拉伸弹簧21拉力之和。

所述针对大型回转体零件的非接触式回转面轮廓测量装置能够放置在零件加工机床的刀库中，当待测工件加工完成后仍固定在机床转台29上，机床卸下加工刀具后，可自动安装所述针对大型回转体零件的非接触式回转面轮廓测量装置至刀座上。通过机床将测量装置移动至指定位置后启动机床转台29，使机床转台29按照指定速度旋转。上位机30通过无线传输装置向所述针对大型回转体零件的非接触式回转面轮廓测量装置发送测量指令，待所述针对大型回转体零件的非接触式回转面轮廓测量装置接收到测量指令后开始运行测量，其测量流程如下：

首先，主控制器25同时向驱动器6和距离传感器13发出扫描运动指令，待所述驱动器6接收到运动指令后将启动电机9转动，所述电机9带动滚珠丝杆10沿周向旋转，所述滚珠丝杆10通过螺母和滑块带动所述距离传感器13向下移动；在所述距离传感器13向下移动时所述光栅尺14实时记录其移动距离，并且及时将监测位移数据传输至主控制器25；待距离传感器13接收到扫描指令后开始对待测工件进行扫描，并将扫描数据传输至主控制器25。然后，主控制器25接收到位移数据和扫描数据后及时记录在其内部存储器内，直至距离传感器13位移至设定距离。最后，主控制器25通过无线传输模块26将全部测量数据传输至上位机30，测量流程结束。在测量结束后，机床可将所述针对大型回转体零件的非接触式回转面轮廓测量装置卸下并重新移入刀库中。整个测量过程中，所述针对大型回转体零件的非接触式回转面轮廓测量装置通过内部电池8供电，通过无线通讯方式与上位机30进行数据交互，无需机床数控系统参与。根据测量装置传回上位机30的数据，可以重构被测工件28的回转面轮廓，评价加工误差，实现回转轮廓的非接触式在位测量。

本发明有益效果如下：

本发明针对大型回转体零件的非接触式回转面轮廓测量装置结构设计合理、测量速度快、测量精度高和能够适用于不同的机床设备；本发明针对大型回转体零件的非接触式回转面轮廓测量装置设置了固定架，所述固定架包括安装法兰、悬挂板和安装转换头，该安装转换头设置在该安装法兰上，该悬挂板设置在该安装法兰上，该安装转换头能够根据机床不同型号的刀座和刀库选择，有效提高了该针对大型回转体零件的非接触式回转面轮廓测量装置的适用范围；本发明针对大型回转体零件的非接触式回转面轮廓测量装置设置了移动扫描件，所述移动扫描件包括动力传动件和扫描件，该动力传动件能够带动该扫描件上下位移，该扫描件在位移期间能够对待测工件进行测量，有效提高了测量速度和测量精度。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。