基于接觸式探針的自動柔性檢具檢測系統(tǒng)的制作方法

專利名稱：一種基于接觸式探針的自動柔性檢測系統(tǒng)的制作方法

技術(shù)領(lǐng)域：

本實(shí)用新型涉及檢具技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于接觸式探頭的柔性檢具自動檢測系統(tǒng)，用于機(jī)械產(chǎn)品尺寸誤差的快速定量檢測。

(二)

背景技術(shù)：

檢具是機(jī)械制造領(lǐng)域最常用的尺寸誤差檢測工件之一。目前，市場上使用的檢驗(yàn)

這些工具基本上是手動視覺檢查型機(jī)械檢查工具。在檢測工具的開發(fā)過程中，人們需要根據(jù)工件的外觀，專門設(shè)計加工出與工件相匹配的輪廓、特征點(diǎn)、定位孔等。整個過程相當(dāng)于制造了一個與工件形狀一致的剛性模型。通常，被測工件與檢具的檢測面之間有固定的間隙，

例如，3 毫米。使用時，操作者用塞尺測量間隙的大小，目視檢查塞尺，確定工件與規(guī)面之間的尺寸誤差（理論值或標(biāo)稱值）。這種檢測方式確定了傳統(tǒng)專用檢具與產(chǎn)品的一一對應(yīng)關(guān)系，即一種產(chǎn)品的檢具只能專用于該產(chǎn)品，不能用于另一種產(chǎn)品的誤差測量，測量速度也非常大。受手動操作限制。此外，傳統(tǒng)檢測工具只能對產(chǎn)品誤差進(jìn)行定性或低精度定量檢測，無法提供高精度定量誤差數(shù)據(jù)。為保證產(chǎn)品型材尺寸的誤差測量精度，檢具型材的加工精度較高，設(shè)計較為復(fù)雜，導(dǎo)致檢測成本增加。一般來說，檢具的成本占同一產(chǎn)品模具成本的一定比例。五十多。在發(fā)明人發(fā)表的《一種機(jī)械產(chǎn)品尺寸誤差的柔性檢測方法》（發(fā)明專利）中

在2.3)中，描述了一種基于柔性可調(diào)工裝、非接觸式探針和三維設(shè)計模型的柔性檢測方法。但由于非接觸式探頭通常價格昂貴，不利于中小企業(yè)的推廣使用。在實(shí)現(xiàn)靈活的檢測工具時，需要一種低成本、更方便的實(shí)現(xiàn)方案。

(三)發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明公開了“一種基于接觸式探針的自動柔性檢測系統(tǒng)”?；诒景l(fā)明人公開的柔性檢測方法的原理，采用低成本的帶通訊口的接觸式探頭，采用高強(qiáng)度的接觸式探頭。工業(yè)型材、螺紋孔陣列、多關(guān)節(jié)鉸鏈、帶鎖定機(jī)構(gòu)的液壓伸縮桿或它們的混合結(jié)構(gòu)中的任何一種都可以用作可調(diào)工具。一對多，即一套靈活的檢測工具，可以通過控制器進(jìn)行調(diào)整，完成對位。對不同工件的自動、快速、定量檢測，大大減少了傳統(tǒng)人工目檢工具的使用，提高了檢測效率，并可對產(chǎn)品進(jìn)行100%檢測或在線測量，以減少或消除浪費(fèi)。為實(shí)現(xiàn)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案

根據(jù)本發(fā)明，一種基于接觸式探針的自動柔性檢測系統(tǒng)，包括可調(diào)工裝、探針座、帶有通訊口的接觸式探針、控制器、軟件和主控計算機(jī)，其特征在于：系統(tǒng)采用可調(diào)式柔性工裝固定工件，采用帶通訊口的接觸式探頭測量相對誤差。探頭安裝在可自由調(diào)節(jié)探頭安裝角度的探頭座上。通過控制器將一個或多個探頭連接到主控計算機(jī)，由主控計算機(jī)和軟件控制測量數(shù)據(jù)的采集和處理，實(shí)現(xiàn)工件誤差的自動檢測。

可調(diào)工裝可以是工業(yè)型材、螺紋孔陣列、多關(guān)節(jié)鉸鏈和帶鎖定機(jī)構(gòu)的液壓伸縮桿中的任何一種或混合結(jié)構(gòu)。通過調(diào)整工裝結(jié)構(gòu)，可以方便地使用靈活的量具測量不同工件。特別是對于同一產(chǎn)品的不同型號自動檢具，使用柔性工裝可以大大節(jié)省檢具加工時間和檢具材料使用量，減少資源浪費(fèi)。

探頭底座是一種專門設(shè)計的帶有球窩接頭的多關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)。兩種獨(dú)立的硬質(zhì)材料，如工業(yè)鋁合金，經(jīng)加工形成球形腔體。用鎖緊螺絲夾住兩種材料，鎖住球頭，固定球頭的姿勢；當(dāng)螺絲松開時，球頭可以自由旋轉(zhuǎn)的姿勢。球頭桿的另一端帶螺紋，球頭桿的螺紋端與探頭固定塊的鎖緊槽口旋入螺紋孔中，鎖緊槽口用螺釘擰緊固定探頭固定堵塞。探頭固定塊的另一端是一個帶有鎖定切口的通孔。通孔與探頭安裝桿相配合?？梢酝ㄟ^擰緊鎖定切割螺釘來固定探頭。球頭桿與探頭安裝塊之間采用帶鎖槽的螺紋連接，也可用于探頭上下位置的微調(diào)。該探頭座方案具有結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、加工容易、調(diào)整方便、牢固可靠等特點(diǎn)，非常適合接觸探頭的固定和安裝調(diào)整。

接觸式探頭是成熟的電容式或電感式位移傳感器，也可以是“帶阻尼脈沖有源測量的線性位移傳感器”（發(fā)明人已申請專利）。使用這種接觸式傳感器不僅成本比非接觸式傳感器低很多，而且技術(shù)成熟可靠。在本發(fā)明公開的方案中，所使用的接觸式探頭具有可在工業(yè)環(huán)境中可靠工作的通訊口，通訊口與外部控制器或計算機(jī)相連，用于上傳測量數(shù)據(jù)作進(jìn)一步處理。

控制器的主要功能是與接觸式探頭進(jìn)行通訊。控制傳感器按照規(guī)定的方法完成工作模式設(shè)置、測量數(shù)據(jù)采集等工作，同時實(shí)現(xiàn)一個控制器對多個探頭數(shù)據(jù)的管理，包括探頭工作模式設(shè)置、測量數(shù)據(jù)采集、預(yù)處理、顯示或上傳到上位機(jī)控制計算機(jī)等?？刂破鞒丝刂坪凸芾硪粋€或多個探頭外，還包括對外部觸發(fā)信號的監(jiān)測和處理（如“測量開始”等）。

本實(shí)用新型可將控制器的所有功能集成到主控計算機(jī)中，由主控計算機(jī)和軟件完成采集、處理、顯示等功能；或?qū)⒅骺赜嬎銠C(jī)和軟件的主要功能集成到控制器中，主控計算機(jī)和軟件

而嵌入式軟件通過內(nèi)置的液晶顯示組件完成數(shù)據(jù)的采集、處理和顯示。系統(tǒng)可以對采集到的誤差數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計，獲取最大值、最小值、平均值、均方誤差、超差樣本的數(shù)量和比例等統(tǒng)計數(shù)據(jù)，提供制造過程控制所需的信息。統(tǒng)計方法。還可以通過網(wǎng)絡(luò)瀏覽器對系統(tǒng)進(jìn)行管理、操作、查詢和處理。該軟件和主控計算機(jī)提供系統(tǒng)人機(jī)交互功能，供用戶完成系統(tǒng)設(shè)置、實(shí)時檢測、數(shù)據(jù)庫查詢與顯示、統(tǒng)計結(jié)果查詢等。界面軟件采用基于網(wǎng)頁瀏覽器的系統(tǒng)軟件界面，數(shù)據(jù)庫在測控計算機(jī)中?？刂朴嬎銠C(jī)同時也是測量數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，用戶可以通過網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)控或查詢測試結(jié)果。

此外，控制器或主控計算機(jī)可接收觸發(fā)信號手動或自動啟動測量循環(huán)，并可提供報警等執(zhí)行器的電信號輸出。本發(fā)明所公開的接觸式柔性檢具可以通過兩種不同的方式進(jìn)行標(biāo)定(1)三坐標(biāo)測量系統(tǒng)用于標(biāo)定測量點(diǎn)的位置，工件的支撐固定點(diǎn)，以及測量頭初始值，調(diào)整工裝和Probe；（2)合格的標(biāo)準(zhǔn)樣品固定在可調(diào)工裝指定位置后，系統(tǒng)自動設(shè)置每個探針的初始值，完成自動系統(tǒng)校準(zhǔn)。測量時，系統(tǒng)讀取工件測量點(diǎn)的實(shí)際值與探頭初始值的差值，即該點(diǎn)實(shí)際測量的工件與理論值的偏差即為誤差。由于系統(tǒng)具有(2)中描述的自動校準(zhǔn)能力，通過采集一定數(shù)量的工件樣本，系統(tǒng)軟件統(tǒng)計計算可以獲得理論值，然后自動調(diào)整探頭初始值，完成自適應(yīng)系統(tǒng)的調(diào)整（或自學(xué)習(xí)）自動檢具，這樣當(dāng)工裝變形時，系統(tǒng)可以通過這種自調(diào)整完成自調(diào)整，降低系統(tǒng)維護(hù)成本。此時實(shí)測工件與理論值的偏差即為誤差。由于系統(tǒng)具有(2)中描述的自動校準(zhǔn)能力，通過采集一定數(shù)量的工件樣本，系統(tǒng)軟件統(tǒng)計計算可以獲得理論值，然后自動調(diào)整探頭初始值，完成自適應(yīng)系統(tǒng)的調(diào)整（或自學(xué)習(xí)），這樣當(dāng)工裝變形時，系統(tǒng)可以通過這種自調(diào)整完成自調(diào)整，降低系統(tǒng)維護(hù)成本。此時實(shí)測工件與理論值的偏差即為誤差。由于系統(tǒng)具有(2)中描述的自動校準(zhǔn)能力，通過采集一定數(shù)量的工件樣本，系統(tǒng)軟件統(tǒng)計計算可以獲得理論值，然后自動調(diào)整探頭初始值，完成自適應(yīng)系統(tǒng)的調(diào)整（或自學(xué)習(xí)），這樣當(dāng)工裝變形時，系統(tǒng)可以通過這種自調(diào)整完成自調(diào)整，降低系統(tǒng)維護(hù)成本。系統(tǒng)軟件統(tǒng)計計算可得到理論值，然后自動調(diào)整探頭初始值，完成系統(tǒng)的自適應(yīng)調(diào)整（或自學(xué)習(xí)）。這樣系統(tǒng)就可以在工裝變形時通過這種自調(diào)整完成自調(diào)整，降低系統(tǒng)維護(hù)成本。系統(tǒng)軟件統(tǒng)計計算可得到理論值，然后自動調(diào)整探頭初始值，完成系統(tǒng)的自適應(yīng)調(diào)整（或自學(xué)習(xí)）。這樣系統(tǒng)就可以在工裝變形時通過這種自調(diào)整完成自調(diào)整，降低系統(tǒng)維護(hù)成本。

本發(fā)明的突出優(yōu)點(diǎn)包括'由于本發(fā)明采用帶有通訊口的接觸式位移傳感器（如數(shù)字電容式門位移傳感器等）作為測量頭，具有技術(shù)成熟、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)。 ，且維修方便。與傳統(tǒng)的人工目檢機(jī)械檢測工具相比，不僅可以實(shí)現(xiàn)全自動、快速、定量的測量，而且可以對生產(chǎn)過程中的產(chǎn)品100%進(jìn)行在線測量，減少或消除浪費(fèi)；還可以實(shí)現(xiàn)一對多的測量（一個靈活的檢具可以調(diào)整測量不同的工件），大大減少了檢具的材料和存儲空間，節(jié)省開發(fā)制造成本，縮短交貨期。由于成本低、效益明顯、節(jié)能減排效果顯著，可廣泛推廣使用。

圖1為實(shí)施例一整體示意圖

圖2為探針座示意圖

圖3為實(shí)施例二示意圖

圖4為實(shí)施例三示意圖

圖5是圖2圖號標(biāo)識的側(cè)剖視圖

1 被測工件

3 探針底座

5 帶通訊口的接觸式探頭

7 主控電腦

31球頭桿球頭夾緊塊（上下兩片）

33 俱樂部

35探頭固定塊

37球頭（款）

39 螺紋孔，帶鎖定切口（截面）

2 可調(diào)工具

4 控制器

6 控制器到主控電腦線

32球頭桿球頭鎖緊螺栓

34 探頭固定塊鎖緊螺栓

36 通孔帶鎖孔（用于固定探頭）

38 接觸式探頭，帶通訊端口（配置文件）

詳細(xì)說明

本發(fā)明公開的柔性檢具方案主要由可調(diào)式工裝、探頭座、帶通訊口的接觸式探頭、控制器、軟件和主控計算機(jī)組成?？刂破髋c主控計算機(jī)可根據(jù)系統(tǒng)的復(fù)雜程度進(jìn)行組合或分離。

示例 1：典型的多探頭系統(tǒng)（附圖紙 1)

典型的基于接觸式探針的自動柔性檢測系統(tǒng)通常包括多個帶有通訊端口的接觸式探針。

測頭結(jié)構(gòu)圖如圖2和圖5所示，待測工件1固定在可調(diào)工裝2上，帶有通訊口的接觸式測頭5安裝在可自由調(diào)整姿態(tài)的測頭座3上的探頭。在頂部，探頭座通過螺紋連接固定在可調(diào)工具上，探頭通信端口通過專用通信電纜連接到控制器4輸入端口?？刂破鞲鶕?jù)程序管理每個探頭和外部觸發(fā)信號，完成測量數(shù)據(jù)的采集，測量數(shù)據(jù)通過控制器輸出口通過連接電纜6上傳到主控計算機(jī)7，并存儲在指定的數(shù)據(jù)庫中。主控計算機(jī)完成統(tǒng)計、處理、顯示、根據(jù)用戶程序?qū)?shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢、報警等。主控計算機(jī)同時管理控制器，通過控制器管理探頭和外觸發(fā)信號。

實(shí)施例2無控制器系統(tǒng)

當(dāng)系統(tǒng)只有一個或幾個探頭時，可將控制器功能集成到主控計算機(jī)中，組成無控制器系統(tǒng)。單探頭系統(tǒng)通常比較簡單，如圖3所示，包括探頭座3、探頭5、連接線6和主控計算機(jī)7。

第三實(shí)施例沒有主控計算機(jī)系統(tǒng)。在第二實(shí)施例中，主控計算機(jī)的主要功能也可以集成到一個稍微擴(kuò)展的控制器中。例如，當(dāng)按鍵輸入模塊和顯示模塊集成到控制器中時，系統(tǒng)就變成了無主計算機(jī)系統(tǒng)。除了復(fù)雜的計算和龐大的數(shù)據(jù)庫管理外，幾乎所有的主控計算機(jī)功能都可以在控制器中完成。沒有主控的典型計算機(jī)系統(tǒng)的顯示功能可以由控制器的液晶顯示單元來完成，如圖4所示，包括

探針座3、 探針5、 連接線6，增強(qiáng)型控制器4，帶顯示和按鈕模塊。

聲明1.一種基于接觸式探頭的自動柔性檢測系統(tǒng)，包括可調(diào)式工裝、探頭座、帶通訊口的接觸式探頭、控制器、軟件和主控計算機(jī)，及其特點(diǎn) 系統(tǒng)采用可調(diào)式柔性工裝固定工件，并采用帶通訊口的接觸式探頭測量相對誤差。探頭安裝在可自由調(diào)節(jié)探頭安裝姿態(tài)的探頭座上。通過控制器，一個或多個探頭與主計算機(jī)連接。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的任何一種基于接觸式探頭的自動柔性檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述接觸式探頭為基于電容柵或電感的線性位移傳感器。

3.根據(jù)權(quán)利要求1至2任一項(xiàng)所述的一種基于接觸式探頭的自動柔性檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述探頭座采用球頭桿結(jié)構(gòu)，探頭安裝姿勢可自由調(diào)節(jié)，并且可以微調(diào)測量桿的軸向位置。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于接觸式探針的自動柔性檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述可調(diào)工裝可以是工業(yè)型材、螺紋孔陣列、多關(guān)節(jié)鉸鏈、帶鎖定機(jī)構(gòu)的液壓系統(tǒng)中的任何一種或多種混合結(jié)構(gòu)伸縮桿。

專利摘要 本實(shí)用新型公開了一種基于接觸式探頭的自動柔性檢測系統(tǒng)，包括可調(diào)工裝、探頭座、接觸式探頭、控制器、軟件和主控計算機(jī)。其特點(diǎn)是系統(tǒng)采用可調(diào)式柔性工裝固定工件，并采用帶通訊口的接觸式探頭測量相對尺寸誤差。探頭安裝在可自由調(diào)節(jié)探頭姿態(tài)的探頭座上。通過控制器，一個或多個探頭與主控計算機(jī)相連，主控計算機(jī)控制測量數(shù)據(jù)的采集和處理，實(shí)現(xiàn)工件誤差的自動檢測。系統(tǒng)軟件具有對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計的能力，提供統(tǒng)計過程控制所需的信息，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自適應(yīng)校準(zhǔn)。本實(shí)用新型具有可調(diào)性好、成本低、精度高、速度快、全自動、定量測量等特點(diǎn)，是目前機(jī)械檢具人工目檢的有效替代品，也是一種優(yōu)良的在線檢測機(jī)械產(chǎn)品尺寸誤差程序。

文件編號 G01B7/00GK201402120SQ20082018179

公布日期 2010 年 2 月 10 日 申請日期 2008 年 12 月 19 日 優(yōu)先權(quán)日期 2008 年 12 月 19 日

發(fā)明人涂承升申請人：涂承升