阅读说明：本技术 一种外圆轴精密尺寸精确检测系统及其检测方法 (Accurate detection system and method for precision size of cylindrical shaft ) 是由 周良明 欧映鸿 马青 唐林 张媛 李维亮 曹义 陈氖华 施勇 杨前忠 于 2019-10-11 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种外圆轴精密尺寸精确检测系统,包括夹持机构、调心机构、测头装置、PC机；夹持机构包括夹紧结构和升降结构；调心机构包括至少两个安装有转动棍的承载点；测头装置包括采集测头、气流通道,气流通道接收气流,并向被测零件与采集侧头之间的间隙释放稳定气流,间隙内设压力传感器；压力传感器连接数字气动量仪,数字气动量仪连接测量系统,测量系统转换成电压值；PC机连接测头装置的测量系统,对其进行分析转化。本发明采用数字气动测量方法,并设计专用机台来满足工件关键尺寸的测量要求,专用软件存储测量结果,自动提示合格和超差尺寸,满足现场产品测量结果数据的输出,可用于具有外圆轴结构类型零件尺寸的高精度测量。(The invention discloses an accurate detection system for the precision dimension of an outer circular shaft, which comprises a clamping mechanism, an aligning mechanism, a measuring head device and a PC (personal computer); the clamping mechanism comprises a clamping structure and a lifting structure; the aligning mechanism comprises at least two bearing points provided with rotating rods; the measuring head device comprises a collecting measuring head and an airflow channel, wherein the airflow channel receives airflow and releases stable airflow to a gap between a part to be measured and a collecting side head, and a pressure sensor is arranged in the gap; the pressure sensor is connected with the digital air-gauge, the digital air-gauge is connected with the measuring system, and the measuring system is converted into a voltage value; the PC is connected with the measuring system of the measuring head device and analyzes and converts the measuring system. The invention adopts a digital pneumatic measurement method, designs a special machine to meet the measurement requirement of the critical dimension of the workpiece, stores the measurement result by special software, automatically prompts the qualified dimension and the out-of-tolerance dimension, meets the output of the measurement result data of field products, and can be used for high-precision measurement of the dimension of the part with the excircle axis structure type.)

一种外圆轴精密尺寸精确检测系统及其检测方法

技术领域

本发明涉及零件检测技术领域，具体是指一种外圆轴精密尺寸精确检测系统及其检测方法。

背景技术

随着航空、航天、汽车等工业的迅猛发展，对零件的精度提出的要求越来越高，对测量的精度和检测的手段要求也越来越高，精确测量在国内外制造业受到关注度持续增强。加工中产品的质量目标在于将零件的生产与设计要求保持一致．但保持生产过程的一致性要求对制造流程进行控制，而建立和保持制造流程一致性最为有效的方法是准确测量工件尺寸，将获得的尺寸信息分析后，反馈到生产过程中，从而保证产品质量，因此加工生产各类检测技术、检测工具和检测方法也得到快速发展及工程化应用。

目前技术先进、工程化应用程度较高的有光学影像测量仪、激光扫描仪、外径千分尺、三坐标测量机等，首先手持激光扫描仪虽然仪器操作方便不受工件外形限制，方便激光测量但精度偏低（精度3-5um）达不到较高精度要求；其次外径千分尺依赖检验工技能，受人为因素影响较大，人为误差很大；而光学影像测量仪受到机台结构的限制无法满足产品旋转测量要求，并且影像仪是采用工业相机成像来抓取产品外表，在测量过程像素都会带来桶形和枕形的变化误差而影响精度；三坐标测量机虽然测量精度较高，但对场地和环境的要求很高，振动以及温度变化对产品测量精度都有影响，此外对测量人员的能力要求较高，测量局限性大。以上列举的各类方法因其结构和自身属性，受环境条件、测量人员的能力影响较大，运用不便，测量结果不够严密，数据处理较为繁琐，精度达不到要求，存在较大局限性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种针对具有外圆轴结构类型零件尺寸进行高精度测量的外圆轴精密尺寸精确检测系统。

本发明的另一个目的在于提供上述精确检测系统的对外圆轴结构类型零件尺寸的检测方法。

本发明通过下述技术方案实现：一种外圆轴精密尺寸精确检测系统，包括夹持机构、调心机构、测头装置、PC机；

所述夹持机构包括能够夹紧被测零件的夹紧结构，以及能够让被夹紧的被测零件上升和下降的升降结构；所述被测零件被夹紧件夹紧时能够转动；

所述调心机构包括至少两个用于承载被测零件的承载点，所述承载点处设置有在测量过程中对被测零件进行调心的转动棍；

所述测头装置包括上部用于放置被测零件呈V型的采集测头，所述测头装置内设置有气流通道，气流通道一端接收气压稳定的气流，另一端在采集测头内壁向被测零件释放稳定气流；所述被测零件与采集测头之间存在间隙，所述间隙的内壁设有用于感知气压的压力传感器；所述压力传感器连接有能够产生压力差信号的数字气动量仪，所述数字气动量仪将压力差信号转换为电信号传输给测量系统，测量系统将压差值转换成电压值；

所述PC机连接测头装置的测量系统，PC机接收测量系统传输的电压值，对其进行分析转化，存储和输出测量结果，并自动提示合格和超差。

本技术方案的工作原理为，精确检测首先是要减少或消除测量操作带来的测量误差，为消除或减少人为因素带来的测量误差，本次外圆轴精密尺寸精确检测方法不再采用外径千分尺等传统检测工具，而选用“压差式”测量，根据被检测零件的外圆轴与检测头之间的压力值变化，进行外圆轴精密尺寸直接检测。

为更好的实现本发明，进一步地，所述夹持机构中的夹紧结构有两个相对的压紧气缸构成，可以在夹紧被测零件的同时，保证测量过程中被测零件能够旋转。

为更好的实现本发明，进一步地，所述加持机构中的升降结构为主要有伺服电机提供升降动力的升降电机，该升降电机能够带动加持机构整体上升和下降，使得被夹紧的被测零件随着加持机构进行上升和下降。

为更好的实现本发明，进一步地，所述调心机构设有两个相对承载点，承载点处安装的转动辊相同，且高度一致，被测零件置于两承载上的转动辊之间，能够通过转动棍的转动对被测零件进行调心。

为更好的实现本发明，进一步地，所述测头装置中气流通道接收的气流由具有干燥过滤并压缩空气的高压气泵提供，所述高压气泵能够调节输出气流的压力。

为更好的实现本发明，进一步地，还包括测量机台，所述夹持机构、调心机构、测头装置、PC机均置于测量机台上。

上述一种外圆轴精密尺寸精确检测系统的检测方法，包括以下步骤：

S1：测量前分别用于分别用与被测要素公差的最大极限尺寸和最小极限尺寸相近的两个校对环规，去标定各自对应的压力值，并由气电传感器转换为电压值，实现测量标定；

S2：以最大极限尺寸和最小极限尺寸这两对尺寸值为纵坐标，电压值为横坐标，构建笛卡尔坐标系，通过成熟的归一化数学软件计算出测量公式，明确被测零件的尺寸值与电压值的具体函数关系式；

S3：进行实际测量时，由于被测零件实际尺寸与校对环规的尺寸之差引起的间隙，使之压力差发生变化，从而引起电压值的差异，采集电压差的数据，将其代入步骤S2所获得的函数关系式，通过PC机直观显示出被测外圆轴的测量尺寸，每一个电压值对应一个尺寸值，PC机还能够通过内部成熟的介质，自动提示检查零件是合格还是超差。

本检测方法采用的是气动测量法，测量工作原理：将压缩空气干燥过滤，并进行气压调压，形成稳定的气流，气流流过仪器内部的传感器并从测头流出，测头和测试工件的微小间隙使气流在局部形成气压，气压被反馈到传感器，间隙的微小变化与流过该间隙的气流或气压有一定的关系，通过对气压的采集分析，压力差信号转化为电信号对外圆轴精密尺寸进行检测。

为了更好的实现该检测方法，进一步地，所述步骤S2中使用的归一化数学软件为Matlab软件。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

（1）本发明中的检测系统的专用机台具备自动旋转功能，测量过程人工干预少，大大提高多方位快速测量的效率和精度要求；

（2）本发明采用电子信号使处理方式更多样化，通过计算机高运算能力的设备转换，使得产品的测量数据精度高，稳定性更好，并大大提高测量效率；

（3）本发明采用计算机软件存储测量结果，自动显示测量结果（合格和超差），满足现场产品测量数据结果的输出。整体设计集成化程度高，产品测量状态一目了然，数据读取直观可视，实现工件外圆轴精密尺寸半自动精确测量与测量报告存储和输出，可满足外圆轴关键尺寸的测量，对一些结构怪异、形状复杂的精密外圆轴也能进行精准检测；

（4）本发明所述检测方法可避免传统测量人为经验不足带来的误差和低效率，产品测量数据精度高、稳定性好，适宜广泛推广应用。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其他特征、目的和优点将会变得更为明显：

图1为本发明测量系统结构示意图；

图 2为本发明中测量工作原理示意图。

其中：1—夹持机构，2—调心机构，3—测头装置，31—采集测头，32—气流通道，33—间隙，34—压力传感器，4—PC机，5—测量机台，6—被测零件。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；也可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1：

本实施例的主要结构，如图1，图2所示，包括夹持机构1、调心机构2、测头装置3、PC机4；

所述夹持机构1包括能够夹紧被测零件6的夹紧结构，以及能够让被夹紧的被测零件6上升和下降的升降结构；所述被测零件6被夹紧件夹紧时能够转动；

所述调心机构2包括至少两个用于承载被测零件6的承载点，所述承载点处设置有在测量过程中对被测零件6进行调心的转动棍；

所述测头装置3包括上部用于放置被测零件6呈V型的采集测头31，所述测头装置3内设置有气流通道32，气流通道32一端接收气压稳定的气流，另一端在采集测头31内壁向被测零件6释放稳定气流；所述被测零件6与采集测头31之间存在间隙33，所述间隙33的内壁设有用于感知气压的压力传感器34；所述压力传感器34连接有能够产生压力差信号的数字气动量仪，所述数字气动量仪将压力差信号转换为电信号传输给测量系统，测量系统将压差值转换成电压值；

所述PC机4连接测头装置3的测量系统，PC机4接收测量系统传输的电压值，对其进行分析转化，存储和输出测量结果，并自动提示合格和超差。

将被测零件6通过夹持机构1和调心机构2准确的安置于测头装置3的上方，测头装置3的气流通道32将稳定的气流通过采集侧头向侧头装置3与被测零件6的间隙33中输送，通过压力传感器34接收气压数据，经过数字气动量仪和测量系统，最终在PC机上读取数据。

使用该检测系统检测零件的具体方法为，包括以下步骤：

S1：测量前分别用于分别用与被测要素公差的最大极限尺寸和最小极限尺寸相近的两个校对环规，去标定各自对应的压力值，并由气电传感器转换为电压值，实现测量标定；

S2：以最大极限尺寸和最小极限尺寸这两对尺寸值为纵坐标，电压值为横坐标，构建笛卡尔坐标系，通过成熟的归一化数学软件计算出测量公式，明确被测零件的尺寸值与电压值的具体函数关系式；

S3：进行实际测量时，由于被测零件实际尺寸与校对环规的尺寸之差引起的间隙，使之压力差发生变化，从而引起电压值的差异，采集电压差的数据，将其代入步骤S2所获得的函数关系式，通过PC机直观显示出被测外圆轴的测量尺寸，每一个电压值对应一个尺寸值，PC机还能够通过内部成熟的介质，自动提示检查零件是合格还是超差。其中，所述步骤S2中使用的归一化数学软件为Matlab软件。

实施例2：

本实施例在上述实施例的基础上，进一步限定了加持机构1，所述夹持机构1中的夹紧结构有两个相对的压紧气缸构成，可以在夹紧被测零件6的同时，保证测量过程中被测零件6能够旋转。本实施例的其他部分与上述实施例相同，不再赘述。

实施例3：

本实施例在上述实施例的基础上，进一步限定了加持机构1，所述加持机构1中的升降结构为主要有伺服电机提供升降动力的升降电机，该升降电机能够带动加持机构1整体上升和下降，使得被夹紧的被测零件6随着加持机构1进行上升和下降。本实施例的其他部分与上述实施例相同，不再赘述。

实施例4：

本实施例在上述实施例的基础上，进一步限定了调心机构2，所述调心机构2设有两个相对承载点，承载点处安装的转动辊相同，且高度一致，被测零件6置于两承载上的转动辊之间，能够通过转动棍的转动对被测零件6进行调心。本实施例的其他部分与上述实施例相同，不再赘述。

实施例5：

本实施例在上述实施例的基础上，进一步限定了测头装置3，所述测头装置3中气流通道32接收的气流由具有干燥过滤并压缩空气的高压气泵提供，所述高压气泵能够调节输出气流的压力。本实施例的其他部分与上述实施例相同，不再赘述。

实施例6：

本实施例在上述实施例的基础上，进一步增设了测量机台5，如图1所示，所述夹持机构1、调心机构2、测头装置3、PC机4均置于测量机台5上。本实施例的其他部分与上述实施例相同，不再赘述。

可以理解的是，根据本发明一个实施例的检测系统，例如夹持机构1和调心机构2等部件的工作原理和工作过程都是现有技术，且为本领域的技术人员所熟知，这里就不再进行详细描述。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。