一种非接触式弹体外径及键高自动测量设备的制作方法

本发明涉及炮弹的尺寸公差测量设备，具体地说是一种非接触式弹体外径及键高自动测量设备。

背景技术：

目前，我国炮弹生产线上弹体的外径及键高主要采用人工测量的方法，使用游标卡尺、千分尺和卡规等进行接触测量。这种人工测量方法效率低，存在安全隐患，对弹体容易造成划伤，且易受人为因素的影响，不能满足武器装备现代化生产需求。因此迫切需要研制一种新型大尺寸、高精度、非接触式的弹体测量设备，对提高炮弹的生产质量和生产效率具有重要意义。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种非接触式弹体外径及键高测量设备。该测量设备能够适应不同炮弹的径向尺寸公差测量。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种非接触式弹体外径及键高自动测量设备，包括工作台底座、二级移动部件、压紧部件、检测部件、浮动托盘部件及径向定位及驱动部件，其中工作台底座上设有二级移动部件、检测部件及径向定位及驱动部件，所述检测部件及径向定位及驱动部件位于二级移动部件的一端，所述压紧部件和浮动托盘部件设置于二级移动部件上；所述二级移动部件将放置工件的浮动托盘部件传送至所述检测部件的下方，所述压紧部件将工件压紧，使工件与径向定位及驱动部件配合定位，工件通过径向定位及驱动部件驱动旋转，所述检测部件对工件进行测量。

所述二级移动部件包括上层滑台驱动机构和下层滑台驱动机构，所述上层滑台驱动机构可相对滑动地安装在下层滑台驱动机构的上方，所述上层滑台驱动机构和下层滑台驱动机构的滑动方向平行，所述浮动托盘部件设置于下层滑台驱动机构上，所述压紧部件设置于上层滑台驱动机构上。

所述下层滑台驱动机构包括移动部件底座、下层轨道、下层轨道滑块及下层滑台，其中移动部件底座安装在所述工作台底座上，所述移动部件底座上设有下层轨道和下层滑台驱动机构，所述下层滑台通过下层轨道滑块与下层轨道滑动连接，所述下层滑台驱动机构的输出轴与下层滑台固连；

所述上层滑台驱动机构包括上层轨道、上层轨道滑块、上层滑台、上层滑台驱动机构及下层滑台驱动机构，其中上层轨道和上层滑台驱动机构设置于下层滑台上，所述上层滑台通过上层轨道滑块与上层轨道滑动连接，所述上层滑台驱动机构的输出轴与上层滑台连接。

所述上层轨道与下层轨道平行，所述浮动托盘部件设置于下层滑台上，所述压紧部件设置于上层滑台上；与所述上层滑台驱动机构连接的电缆通过拖链a与移动部件底座连接。

所述浮动托盘部件包括扶正机构、对中机构、托盘、托板、浮动支撑及托盘底座，其中托盘底座设置于所述二级移动部件中的下层滑台驱动机构上，所述托盘嵌设于托盘底座内、并通过设置于托盘底部的浮动支撑来支撑，所述托盘底座上沿周向设有多个用于对托盘进行对中的对中机构，所述托盘底座的上端对称设有扶正机构，所述扶正机构用于对放置与托盘内的工件进行扶正。

所述浮动支撑为万向钢球，所述对中机构包括对中气缸和对中头，所述对中气缸设置于所述托盘底座上的安装槽内、并输出端连接有对中头；所述扶正机构包括扶正夹爪、扶正气缸支架及扶正气缸，其中扶正气缸通过扶正气缸支架安装在托盘底座的上端，所述扶正夹爪设置于扶正气缸的输出轴上。

所述压紧部件包括压紧轮固定座、弹簧、压紧轮活动座及压紧轮，其中压紧轮固定座为中空结构、并安装在所述二级移动部件中的上层滑台驱动机构上，所述压紧轮活动座的一端插设于压紧轮固定座的腔体内、并可沿轴向移动，所述压紧轮活动座的另一端设有压紧轮，所述弹簧容置于压紧轮固定座的腔体内、并与压紧轮活动座的一端抵接。

所述压紧轮活动座的一端沿轴向设有条形孔，在该条形孔内插设有与压紧轮固定座连接的销轴。

所述检测部件包括直线驱动电机、竖直导轨、传感器支座、激光位移传感器及检测机架，其中检测机架安装在工作台底座上，所述检测机架上设有竖直导轨，所述传感器支座与竖直导轨滑动连接，所述传感器支座的上端与安装在检测机架上的直线驱动电机的输出轴固连，所述传感器支座的下端设有激光位移传感器。

所述检测机架上设有限位座，所述传感器支座上与限位座相对应的一侧设有限位块，通过限位块与限位座配合限制传感器支座的滑动行程；与所述激光位移传感器连接的电缆通过拖链b与检测机架连接。

所述径向定位及驱动部件包括定位轮、驱动轮、同步带传动装置、驱动轴、驱动轮驱动装置、驱动轮座及定位轮座，其中定位轮座安装在工作台底座上，所述定位轮座的两侧对称设有定位轮，所述驱动轴通过驱动轮座安装在定位轮座上、并位于两侧定位轮之间，所述驱动轮驱动装置安装在定位轮座上、并通过同步带传动装置与驱动轴的下端连接，所述驱动轴的上端设有驱动轮。

本发明的优点与积极效果为：

1.本发明具有结构可靠、稳定性高、分辨率高、测量快速、非接触、操作安全等优点，可以自动快速完成对不同弹体外径及键高的非接触测量，改变了目前炮弹生产人工测量外径及键高的现状，对提高炮弹的生产效率和生产质量具有重要意义。

2.因弹体底部有导向键，上部尺寸基本相同，本发明的四个定位轮两个一组，两组之间轴向可调，以适应不同种类的产品外径及键高的测量。

3.本发明的CMOS激光位移传感器在高度方向上通过直线驱动单元带动，以适应不同弹体种类的测量。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的立体图；

图3为本发明中二级移动部件的结构示意图；

图4为本发明中二级移动部件的立体图；

图5为本发明中浮动托盘部件的结构示意图；

图6为本发明中浮动托盘部件的立体图；

图7为本发明中检测部件的结构示意图；

图8为图7的左视图；

图9为本发明中径向定位及驱动部件的结构示意图；

图10为本发明中径向定位及驱动部件的立体图；

图11为本发明中压紧部件的结构示意图。

其中，1为工作台底座，2为二级移动部件，201为移动部件底座，202为下层轨道，203为下层轨道滑块，204为下层滑台，205为上层轨道，206为上层轨道滑块，207为上层滑台，208为上层滑台驱动机构，209为下层滑台驱动机构，210为拖链a，3为压紧部件，301为压紧轮固定座，302为弹簧，303为销轴，304为压紧轮活动座，305为压紧轮，4为检测部件，401为直线驱动电机，402为竖直导轨，403为传感器支座，404为限位块，405为拖链b，406为限位座，407为激光位移传感器，408为检测机架，5为浮动托盘部件，501为扶正夹爪，502为扶正气缸支架，503为托盘，504为对中气缸，505为对中头，506为托板，507为万向钢球，508为托盘底座，509为扶正气缸，6为径向定位及驱动部件，601为定位轮，602为驱动轮，603为同步带从动轮，604为驱动轴，605为同步带，606为驱动轮驱动电机，607为减速机，608为同步带主动轮，609为弹性涨紧块，610为驱动轮座，611为定位轮座。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。

如图1-2所示，本发明提供的一种非接触式弹体外径及键高自动测量设备，包括工作台底座1、二级移动部件2、压紧部件3、检测部件4、浮动托盘部件5及径向定位及驱动部件6，其中工作台底座1上设有二级移动部件2、检测部件4及径向定位及驱动部件6，所述检测部件4及径向定位及驱动部件6位于二级移动部件2的一端，所述压紧部件3和浮动托盘部件5设置于二级移动部件2上；所述二级移动部件2将放置工件的浮动托盘部件5传送至所述检测部件4的下方，所述压紧部件3将工件压紧，使工件与径向定位及驱 动部件6配合定位，工件通过径向定位及驱动部件6驱动旋转，所述检测部件4对工件进行测量。

如图3-4所示，所述二级移动部件2包括上层滑台驱动机构和下层滑台驱动机构，所述上层滑台驱动机构可相对滑动地安装在下层滑台驱动机构的上方，所述上层滑台驱动机构和下层滑台驱动机构的滑动方向平行，所述浮动托盘部件5设置于下层滑台驱动机构上，所述压紧部件3设置于上层滑台驱动机构上。

所述下层滑台驱动机构包括移动部件底座201、下层轨道202、下层轨道滑块203及下层滑台204，其中其中移动部件底座201安装在所述工作台底座1上，所述移动部件底座201上设有下层轨道202和下层滑台驱动机构209，所述下层滑台204通过下层轨道滑块203与下层轨道202滑动连接，所述下层滑台驱动机构209的输出轴与下层滑台204固连。

所述上层滑台驱动机构包括上层轨道205、上层轨道滑块206、上层滑台207、上层滑台驱动机构208及下层滑台驱动机构209，其中上层轨道205和上层滑台驱动机构208设置于下层滑台204上，所述上层滑台207通过上层轨道滑块206与上层轨道205滑动连接，所述上层滑台驱动机构208的输出轴与上层滑台207连接。

所述上层轨道205与下层轨道202平行，所述浮动托盘部件5设置于下层滑台204上，所述压紧部件3设置于上层滑台207上。与所述上层滑台驱动机构208连接的电缆通过拖链a210与移动部件底座201连接。

如图5-6所示，所述浮动托盘部件5包括扶正机构、对中机构、托盘503、托板506、浮动支撑及托盘底座508，其中托盘底座508设置于所述二级移动部件2中的下层滑台204上，所述托盘503嵌设于托盘底座508内、并通过设置于托盘503底部托板506上的浮动支撑来支撑。所述托盘底座508上沿周向设有多个用于对托盘503进行对中的对中机构，所述托盘底座508的上端对称设有扶正机构，所述扶正机构用于对放置与托盘503内的工件进行扶正。

所述浮动支撑为万向钢球507，实现托盘503的轴向定位。所述对中机构包括 对中气缸504和对中头505，所述对中气缸504设置于所述托盘底座508上的安装槽内、并输出端连接有对中头505。本实施中，所述对中机构为四组、并对称设置。在托盘的四周均匀布置的四个对中气缸，对中气缸装有对中头，实现对托盘503的径向扶正。

所述扶正机构包括扶正夹爪501、扶正气缸支架502及扶正气缸509，其中扶正气缸509通过扶正气缸支架502安装在托盘底座508的上端，所述扶正夹爪501设置于扶正气缸509的输出轴上。对称设置的两个扶正夹爪501抱住工件，实现对工件的初步扶正。

如图11所示，所述压紧部件3包括压紧轮固定座301、弹簧302、压紧轮活动座304及压紧轮305，其中压紧轮固定座301为中空结构、并安装在所述二级移动部件2中的上层滑台207上，所述压紧轮活动座304的一端插设于压紧轮固定座301的腔体内、并可沿轴向移动。所述压紧轮活动座304的另一端设有压紧轮305，所述弹簧302容置于压紧轮固定座301的腔体内、并与压紧轮活动座304的一端抵接。

所述压紧轮活动座304的一端沿轴向设有条形孔，在该条形孔内插设有与压紧轮固定座301连接的销轴303，通过弹簧302实现压紧的功能。

如图7-8所示，所述检测部件4包括直线驱动电机401、竖直导轨402、传感器支座403、激光位移传感器407及检测机架408，其中检测机架408安装在工作台底座1上，所述检测机架408上设有竖直导轨402，所述传感器支座403与竖直导轨402滑动连接。所述传感器支座403的上端与安装在检测机架408上的直线驱动电机401的输出轴固连，所述传感器支座403的下端设有激光位移传感器407。

所述检测机架408上设有限位座406，所述传感器支座403上与限位座406相对应的一侧设有限位块404，通过限位块404与限位座406配合限制传感器支座403的滑动行程；与所述激光位移传感器407连接的电缆通过拖链b405与检测机架408连接。

所述直线驱动电机401通过传感器支座403带动激光位移传感器407进行铅垂运动，实现对工件不同截面的测量。

如图9-10所示，所述径向定位及驱动部件6包括定位轮601、驱动轮602、同步带传动装置、驱动轴604、驱动轮驱动装置、驱动轮座610及定位轮座611，其中定位轮座611安装在工作台底座1上，所述定位轮座611的两侧对称设有定位轮601。本实施例中，所述定位轮座611的两侧对称设有两组定位轮601。所述驱动轴604通过驱动轮座610安装在定位轮座611上、并位于两侧定位轮601之间，所述驱动轮驱动装置安装在定位轮座611上、并通过同步带传动装置与驱动轴604的下端连接，所述驱动轴604的上端设有驱动轮602。

所述驱动轮驱动装置包括驱动轮驱动电机606及减速机607，所述驱动轮驱动电机606与减速机607连接。所述同步带传动装置包括同步带从动轮603、同步带605、同步带主动轮608及弹性涨紧块609，其中同步带主动轮608设置于减速机607的输出轴上，所述同步带从动轮603设置于驱动轴604的下端、并通过同步带605与同步带主动轮608连接，所述同步带605通过弹性涨紧块609涨紧。

所述驱动轮602通过驱动轮驱动电机606、减速机607、同步带轮、同步带605及驱动轴604进行驱动，并且通过弹性涨紧块609可以实现驱动轮604的水平位移。

本发明的工作原理是：

通过机器人将工件放到浮动托盘部件5上，通过用气动扶正夹爪501将工件初步扶正，然后启动二级移动部件2的下层滑台204，将工件移动到检测部件4的下方，松开扶正夹爪501。启动二级移动部件2的上层滑台207将工件推向径向定位及驱动部件6，使工件与定位轮601和完全接触，启动驱动轮驱动电机606带动工件旋转。

安装在检测部件4上的CMOS激光位移传感器，通过铅垂运动，实现对工件不同截面的测量。

测量原理：

首先加工一个标准体(直径与实际工件相同或接近的圆柱体)，对设备的初始位置进行标定，将标定好的数值进行保存。

实际测量时，将测量值与标准值进行比较，通过程序进行计算，得到工件的直径和键高。

该设备测量时是以工件自身外圆定位，用两个定位轮对外圆表面进行支撑，在定位轮的对面进行压紧，通过摩擦轮与工件表面配合，使工件旋转，对工件进行测量。