專利名稱：一種基于接觸式測頭的自動柔性檢具檢測系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及檢具技術領域，特別涉及一種基于接觸式測頭的自動柔性檢具檢 測系統，用于機械產品尺寸誤差的快速量化檢測。
(二)
背景技術：
檢具是目前機械制造領域最常用的尺寸誤差檢驗工件之一。目前，市場上所用檢
具基本都是人工目測式機械檢具。在檢具開發過程中，人們需要根據工件的外型特別 設計和加工出與工件相匹配的型面、特征點、定位孔等，整個過程相當于制造一個與 工件外形一致的鋼性模型。通常，在被測工件和檢具檢測型面之間留有一固定間隙，
比如3亳米。使用時，由操作員用塞尺測量間隙的大小，目測塞尺讀數來確定工件與 檢具型面(理論值或名義值)之間的尺寸誤差。這種檢測方式決定了傳統專用檢具與 產品之間的一一對應性，即一種產品的檢具只能專用于該種產品而不能用作另一種產 品的誤差測量，測量速度也大大受到人工操作的限制。此外，傳統檢具只能對產品的 誤差進行定性或精度很低的定量檢測，無法提供高精度定量誤差數據。為了保證產品 型面尺寸的誤差測量精度，對于檢具型面的加工精度要求較高，設計也較復雜，導致 檢測費用上升， 一般情況下，檢具成本要占到同一產品模具成本的百分之五十以上。 在發明人已經公開的《一種機械產品尺寸誤差的柔性檢具檢測方法》(發明專利
200410018100.3)中，描述了一種基于柔性可調式工裝、非接觸式測頭、三維設計模 型的柔性檢具檢測方法。但是，由于非接觸式測頭通常費用較高，不利于在中小企業 中推廣使用。在柔性檢具的實施過程中需要一種成本低、使用更加方便的自動檢具實 施方案。
(三) 發明內容
本發明公開的是"一種基于接觸式測頭的自動柔性檢具檢測系統"，基于發明人已 經公開的柔性檢具檢測方法原理，采用低成本的帶通訊口接觸式測頭，選用高強度工 業型材、螺紋孔陣列、多關節鉸鏈、帶鎖定機構液壓伸縮桿的任意一種或其混合結構 作可調式工裝，通過控制器實現一對多即一套柔性檢具稍作調整就可以完成對不同工 件的自動、快速、定量檢測，大大減少傳統人工目測檢具的使用量，提高檢測效率， 并可對產品進行100%檢測或在線測量，減少或消除廢品。為了實現此目的，本發明采取了如下的技術方案
本發明所述的一種基于接觸式測頭的自動柔性檢具檢測系統，包括可調式工裝、 測頭座、帶通訊口接觸式測頭、控制器、軟件以及主控計算機，其特征在于系統采 用可調式柔性工裝固定工件、采用帶通訊口接觸式測頭測量相對誤差。測頭安裝在可 以自由調節測頭安裝角度的測頭座上，通過控制器， 一個或多個測頭與主控計算機連 接，由主控計算機及軟件控制測量數據的采集和處理，實現工件誤差的自動檢測。
可調式工裝可以是工業型材、螺紋孔陣列、多關節鉸鏈、帶鎖定機構的液壓伸縮 桿的任意一種或多種的混合結構。通過調整工裝結構，可以很容易將一個柔性檢具用 于不同工件的測量。尤其是同一產品的不同型號，采用柔性工裝可以大大節省檢具加 工時間和檢具材料使用量，減少資源浪費。
測頭座是專門設計的具備球頭桿的多關節機構。兩塊分離的硬質材料如工業用鋁 合金當中加工形成一個球形腔體，用鎖緊螺桿將這兩塊材料夾緊抱死球頭固定球頭桿 的姿態；松開螺桿時，球頭桿可以自由轉動姿態。球頭桿的另一頭有螺紋，球頭桿帶 螺紋一端擰入測頭固定塊的帶鎖緊切口的螺紋孔，鎖緊切口用螺桿擰緊固定測頭固定 塊。測頭固定塊的另一端是帶鎖緊切口通孔，該通孔和測頭安裝桿配合，擰緊鎖緊切 口螺絲即可固定測頭。球頭桿和測頭安裝塊之間的帶鎖緊切口螺紋連接同時可以用作 測頭的上下位置微調。該測頭座方案具備結構簡單、方便安裝、容易加工、容易調整、 牢固可靠等特點，非常適合接觸式測頭的固定和安裝調整。
接觸式測頭為成熟的容柵式或電感式位移傳感器，也可以是"帶阻尼脈沖式主動 測量直線位移傳感器"(發明人已申請專利)。采用這類接觸式傳感器不僅成本比非接 觸式傳感器要低許多，而且技術成熟、可靠。本發明公開的方案中，所用接觸式測頭 具備可以在工業環境下可靠工作的通訊口，該通訊口和外部控制器或計算機連接，上 傳測量數據供進一步處理。
控制器的主要作用是實現與接觸式測頭通訊。控制傳感器按指定的方式完成工作 方式設定、測量數據采集等，同時實現一個控制器對多個測頭數據的管理，包括測頭 工作方式設置、測量數據采集、預處理、顯示或上傳給上位控制計算機等。除對一個 或丁個以上測頭進行控制和管理外，控制器也包括外部觸發信號(如"測量開始"等) 的監控和處理。
本實用新型可以將控制器功能全部集成到主控計算機中，由主控計算機及軟件完 成采集、處理、顯示等；或將主控計算機和軟件主要功能集成到控制器中，由控制器
及內嵌軟件完成采集、處理、并通過自帶液晶顯示組件顯示數據。系統可以對采集的誤差數據進行統計，獲得最大值、最小值、平均值、均方差、 超差樣品數量和比例等統計數據，并通過統計方法提供制造過程控制所需信息。系統 也可以通過網絡瀏覽器進行管理、操作、査詢、處理。軟件和主控計算機提供系統人 機交互功能，供用戶完成系統設置、實時檢測、數據庫查詢及顯示、統計結果査詢等。 本發明中，界面軟件采用了基于網絡瀏覽器的系統軟件界面，數據庫在測量控制計算 機中。控制計算機同時也是測量數據庫服務器，用戶可以通過網絡遠程監控或査詢檢 測結果。
另外，控制器或主控計算機可以接收觸發信號手動或自動開始測量周期，可提供 報警等執行元件電信號輸出。本發明公開的接觸式柔性檢具的標定可以有兩種不同的 方法(1)采用三坐標測量系統對測點位置、工件支撐固定點、和測頭初始值進行標 定、調整工裝和測頭；(2)通過將合格的標準樣件固定在可調工裝指定位置后，系統 自動設置每個測頭的初始值完成系統自動標定。測量時，系統讀數為工件測點處實際 值與該測頭初始值之差，即實測工件在該點與理論值的偏差即誤差。由于系統具備(2) 所述自動標定能力，通過采集一定數量的工件樣本，系統軟件統計計算可得出理論值， 進而自動調整測頭初始值，完成系統的自適應調整(或自學習)。這樣，工裝變形時系 統可以通過這種自適應完成自我調整，減少系統維護成本。
本發明的突出優勢包括 '由于本發明采用帶通訊口接觸式位移傳感器(如數顯容柵位移傳感器或類似傳感 器等)作為測頭，具備技術成熟、安裝容易、維護方便等優點。與傳統的人工目測機 械式檢具相比，不僅可實現全自動、快速、量化測量，能對生產過程中的100%產品 進行在線測量以減少或消除廢品；還可實現一對多測量(一個柔性檢具稍作調整即可 測量不同工件)，大大減少檢具材料和存儲空間，節約開發和制造成本、縮短交付期。 由于成本低、效益明顯、節能減排效果顯著，可以大幅推廣使用。
圖1為實施例一總體示意圖
圖2為測頭座示意圖
圖3為實施例二示意圖
圖4為實施例三示意圖
圖5為圖2的側剖視圖圖號標識
1 被測工件
3 測頭座
5 帶通訊口接觸式測頭
7 主控計算機
31球頭桿球頭夾緊塊(上下兩塊)
33球頭桿
35測頭固定塊
37球頭桿球頭(剖面)
39帶鎖緊切口螺紋孔(剖面)
2 可調式工裝
4 控制器
6 控制器至主控計算機電纜
32球頭桿球頭鎖緊螺栓
34測頭固定塊鎖緊螺栓
36帶鎖緊切口通孔(固定測頭用)
38帶通訊口接觸式測頭(剖面)
具體實施方式
本發明公開的柔性檢具方案主要由可調式工裝、測頭座、帶通訊口接觸式測頭、 控制器、軟件以及主控計算機。其中控制器和主控計算機可以根據系統復雜程度合并 或分離。
實施例一典型的多測頭系統(附圖1)
典型的基于接觸式測頭的自動柔性檢具系統通常包括多個帶通訊口接觸式測頭，
該測頭的結構圖如圖2和圖5所示，被測工件1被固定在可調式工裝2上，帶通訊口 接觸式測頭5被安裝在可以自由調整測頭姿態的測頭座3上，測頭座通過螺紋連接固 定在可調式工裝上，測頭通訊口通過專用通訊電纜連接到控制器4輸入口，控制器根 據程序對每個測頭和外部觸發信號進行管理并完成測量數據采集，測量數據經控制器 輸出口通過連接電纜6上傳給主控計算機7并存儲在指定數據庫中，由主控計算機根 據用戶程序完成對數據庫數據的統計、處理、顯示、查詢、告警等。主控計算機同時 管理控制器、并通過控制器管理測頭和外部觸發信號。
實施例二無控制器系統
當系統只有一個或少數幾個測頭時，控制器功能可以集成到主控計算機中，形成 無控制器系統。單測頭系統的通常比較簡單，如圖3所示，包括測頭座3、測頭5、 連接電纜6和主控計算機7。
實施例三無主控計算機系統在實施例二中，主控計算機的主要功能也可以集成到稍加擴充的控制器中，比如 把按鍵輸入模塊、顯示模塊集成到控制器時，系統即成為無主控計算機系統。除復雜 運算和大數據庫管理外，幾乎所有主控計算機功能均可在控制器中完成。 一個典型的 無主控計算機系統顯示功能可以由控制器自帶液晶顯示單元完成，如圖4所示，包括
測頭座3、測頭5、連接電纜6，以及帶顯示和按鍵模塊的增強型控制器4。
權利要求1.一種基于接觸式測頭的自動柔性檢具檢測系統，包括可調式工裝、測頭座、帶通訊口接觸式測頭、控制器、軟件以及主控計算機，其特征在于系統采用可調式柔性工裝固定工件、采用帶通訊口接觸式測頭測量相對誤差，測頭安裝在可以自由調節測頭安裝姿態的測頭座上，通過控制器，一個或多個測頭與主控計算機連接。
2. 根據權利要求1所述的任何一種基于接觸式測頭的自動柔性檢具檢測系統，其特 '征在于所述接觸式測頭為基于容柵或電感的直線位移傳感器。
3. 根據權利要求1~2所述的任何一種基于接觸式測頭的自動柔性檢具檢測系統，其 特征在于所述測頭座采用球頭桿結構，可以自由調整測頭安裝姿態，并可以微 調測桿軸向位置。
4. 根據權利要求1所述的一種基于接觸式測頭的自動柔性檢具檢測系統，其特征在 于可調工裝可以是工業型材、螺紋孔陣列、多關節鉸鏈、帶鎖定機構液壓伸縮 桿的任意一種或多種的混合結構。
專利摘要本實用新型公開一種基于接觸式測頭的自動柔性檢具檢測系統，包括可調式工裝、測頭座、接觸式測頭、控制器、軟件以及主控計算機。其特征在于系統采用可調式柔性工裝固定工件、采用帶通訊口接觸式測頭測量相對尺寸誤差。測頭安裝在可以自由調節測頭姿態的測頭座上。通過控制器，一個或多個測頭與主控計算機連接，主控計算機控制測量數據的采集和處理，實現工件誤差的自動檢測。系統軟件具備對測量數據進行統計并提供統計過程控制所需信息，并實現系統的自適應校準。本實用新型具備可調性好、成本低、精度高、速度快、全自動、量化測量等特點，是目前人工目測機械式檢具的有效替代方案，也是極佳的機械產品尺寸誤差在線檢測方案。
文檔編號G01B7/00GK201402120SQ20082018179
公開日2010年2月10日 申請日期2008年12月19日 優先權日2008年12月19日
發明者涂成生 申請人:涂成生