孔位检测工装的制作方法

本发明涉及一种以采用光学方法为特征的计量设备，具体涉及一种对零件孔位置进行快速智能化检查的孔位检测工装。

背景技术：

圆孔是在汽车冲压零部件上最为常见的加工形式，常用于铆接、安装螺钉/螺母、定位等用途。对于需要配合的零件，孔的位置精度就显得尤为重要，直接关系到装配的精度，这就要求在各零部件在冲压生产过程中对空的位置进行及时的检测与质量控制。

对于冲压零部件的孔，需要保证其位于三维坐标系内的设计坐标上，其位置检测也就需要准确获取其空间三维坐标数据，由于对孔内和孔边缘的定位存在极大的难度，故无法采用光学元器件如激光位移传感器直接进行检测。

经检索，中国专利文献CN103196365A公开了一种汽车零部件激光扫描检具，采用检具上的激光传感器扫描被检零部件获取测量数据，计算机调用测量数据并合成零件图像，再将零件图像与原先预存标准图像合成作对比，以此判定待检测的产品是否合格，需要采用移动的激光传感器扫描零部件的全部轮廓，即便获取零件超高分辨率的光学影像，对于孔边缘的圆滑过渡，也只能识别成锯齿形的若干像素点，无法精确定位孔圆心坐标的三维偏移量。

中国制造2025提出了“推进信息化与工业化深度融合”与“生产过程的自动化和智能化建设”的战略目标及重点，检具的智能化也就成为工业4.0中的“智能工厂”和“智能生产”的重要环节。

如何设计一种高速、高精度、自动化检测孔位的工装，就成为亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

发明目的：为了克服以上现有技术中存在的诸多不足，本发明提供一种孔位检测工装，用于对孔位进行高速、高精度的自动检测。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供的孔位检测工装，包括立板和用于触探被检测孔的探头，所述立板和探头之间安装有导向机构与测距机构；

所述导向机构包括X导向装置，Y导向装置和Z导向装置，所述X导向装置包括沿立板横向布置的第一导轨，所述Y导向装置包括沿立板纵向布置的第二导轨，所述Z导向装置包括沿立板正交方向布置的导轴与限位轴套；

所述测距机构包括X测距装置、Y测距装置和Z测距装置，所述X测距装置用于测量X导向装置位移，所述X测距装置用于检测Y导向装置位移，所述Z测距装置用于检测Z导向装置位移。

所述探头的结构形式，可以是锥形探头或球形探头，用于触探圆孔，具备锥面或半球面的导向面，在运动过程中正好与被检测圆孔吻合，同时孔壁对探头的推力分解为XY两向，分别带动X,Y位移装置偏移。

导向机构的进一步优化设计，增加第一滑动板、第二滑动板和托板结构，将探头安装在导轴的末端，限位轴套安装在第二滑动板上，第二导轨安装在第二滑动板与第一滑动板之间，第一导轨安装在第一滑动板与托板之间，托板与立板固定连接。导轨可以采用平行双轨的形式。

可以在所述立板的底部布置滑板，并在滑板与底板之间安装第三导轨与推动装置，推动装置可采用手动的肘夹（好帮手），或由电机或气缸驱动的直线位移装置。

测距装置采用检值片与激光位移传感器的布置方式，将激光位移传感器固定在立板上，检值片安装在导向机构上，测距原理详见CN106247939B所公布的智能检具。

具体地，检值片分为X检值片、Y检值片和Z检值片，X检值片与Y检值片均垂直于立板，X检值片竖直布置，Y检值片水平布置，而Z检值片与立板平行。

具体地，在导轴与轴套之间安装有弹性装置。

本发明同时提供上述孔位检测工装的检测方法，包括以下步骤：

步骤1，固定待检测工件，将检测工装沿被检测孔的轴向推向工件；

步骤2，探头表面接触被检测孔的边缘，推动导轴进入轴套中，Z测距装置测得轴向移量z’；同时第二滑动板相对第一滑动板平移，Y测距装置测得竖向位移量y’；第一滑动板相对托板平移，X测距装置测得横向位移量x’；

步骤3，用位移量（ x’,y’, z’）表征被测孔圆心坐标在空间直角坐标系中与预设值的偏离量。

进一步，还可以增加步骤4，在空间直角坐标系中，预定位置坐标（x,y,z）与偏移量（ x’,y’, z’）运算，得到被检测孔实际坐标。

其中，所述预设值由测量标准工件获得。

由于提高了检测的速度和效率，本发明的孔位检测工装既可用于离线抽检，也适用于在线全检。

测量时，首先测量标准工件（孔位正处于要求位置），三个激光位移传感器获取初始值。然后用该工装测量被测零件，三个激光位移传感器得到测量值，两者运算，即可得到孔位的绝对偏差。

有益效果：本发明采用与空间直角坐标系三轴相对应的导向装置，配合激光位移传感器获取各轴便移量，具有以下显著的进步：

1.可高速高精度地获取对零件的孔数据，而且对激光位移传感器、各检测部分的安装定位精度无需要求，部署非常简单。

2.结构相对简单，成本优势明显。

3.通用性强，更换不同尺寸的探头即可测定不同类型的孔。

4.虽然是接触检测，但通过多组导向机构和探头的结构设计，让接触推力快速分解平衡，避免检测中对造成被测零件的受力变形，非常适合检测汽车工业中的车身钣金类、注塑类零部件。

5.检具只需要一次标定，就可以连续检测，检测过程中也不需要重新安装激光传感器，可以执行高速的流水化检测作业。

6.进一步将本检具与自动化IT系统集成，可以实时尺寸合格判断、报警，为SPC提供完整精确历史记录。可以在不增加CycleTime的同时对关键零件实施100%全检，为质量管理提供实施尺寸手机端和公司系统报告。

综上，本发明相比现有的检具，具有最低的总成本（硬件、运营），最高的精度和最快的速度。基于孔位检测工装可以实施最严谨的数据自动化，系统化尺寸管理，杜绝批量性的产品问题，实现自动化的工装维护保养预警。

除以上所述的本发明解决的技术问题、构成技术方案的技术特征以及由这些技术方案的技术特征所带来的优点外。为使本发明目的、技术方案和有益效果更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明所能解决的其他技术问题、技术方案中包含的其他技术特征以及这些技术特征带来的优点做更为清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

附图说明

图1是本发明具体实施方式的结构示意图；

图2是图1的局部放大图；

图中：光电垫板1，立板2，光电3，第一检值片4，第一侧板5，肘夹6，肘夹垫板7，底板8，滑板9，限位板10，导轨11，第二检值片12，弹簧13，导向柱14，导向套15，第二侧板16，限位轴套17，第一滑动板18，第二滑动板19，托板20，第一导轨21，第二导轨22，导轴23，探头24。

具体实施方式

本实施例的孔位检测工装如图1和图2所示，包括立板2和用于触探被检测孔的探头24，在立板和探头之间设有导向机构及测距机构。

导向机构包括X导向装置、Y导向装置和Z导向装置，在空间直角坐标系中为探头22的位移提供XYZ三个方向上的直线导向。

其中，X导向装置包括沿立板2横向布置的第一导轨21，Y导向装置包括沿立板纵向布置的第二导轨22，在第一导轨21与第二导轨22之间安装有第二滑动板19，Z导向装置具有沿立板正交方向布置的导轴23与限位轴套17，在限位轴套17与第二导轨之间安装有第一滑动板18，第一导轨21与尾部后方通过托板20与立板2固定连接。导轨可以采用平行双轨的形式，可采用限位板10限定运动范围。

测距机构用于测量位移装置在空间直角坐标系中XYZ三个方向上的直线位移，采用与立板2固定连接的激光位移传感器，以及用于反射激光并与探头24固定联接的第二检值片12，以及与第一滑动板18固定连接的第一检值片4。其中，第一检值片4的竖直部与第二侧板16上竖向安装的第一激光位移传感器组成X测距装置；第一检值片4的水平部与横向安装的光电3（第二激光位移传感器）组成Y测距装置；而第二检值片12与第一侧板5上安装的第三激光位移传感器组成Z测距装置。还可以采用一个激光位移传感器测量立板与被测工件表面的距离，进一步利用其余Z测距装置的位移差及探头24表面锥度或弧度计算孔径的大小。为了便于安装、调试与计算，检值片分为X检值片、Y检值片和Z检值片，X检值片与Y检值片连接形成一体的第一检值片4，均垂直于立板。而Z检值片（第二检值片12）则与立板平行。

探头22采用锥形或球形结构，用于触探圆孔并自动对心。具备锥面或半球面的导向面，在运动过程中正好与被检测圆孔吻合，同时孔壁对探头的推力分解为XY两向，分别带动X,Y位移装置偏移。在在导轴23与限位轴套17之间安装弹簧13，在推动时提供缓冲，避免顶坏工件。在立板2的底部布置滑板9，并在滑板9与底板8之间安装第三导轨与推动装置，推动装置可采用手动的肘夹6，或由电机或气缸驱动的直线位移装置。

测距装置采用检值片与激光位移传感器的布置方式，将激光位移传感器固定在立板上，检值片安装在导向机构上，测距原理详见申请人另一件发明专利CN106247939B中所公布的智能检具。

使用本实施例的孔位检测工装的检测孔的方法包括以下步骤：

步骤1，固定待检测工件，将检测工装沿被检测孔的轴向推向工件；

步骤2，探头表面接触被检测孔的边缘，推动导轴进入轴套中，Z测距装置测得轴向移量z’；同时第二滑动板相对第一滑动板平移，Y测距装置测得竖向位移量y’；第一滑动板相对托板平移，X测距装置测得横向位移量x’；

步骤3，用位移量（ x’,y’, z’）表征被测孔圆心坐标在空间直角坐标系中与预设值的偏离量。

进一步，还可以增加步骤4，在空间直角坐标系中，预定位置坐标（x,y,z）与偏移量（ x’,y’, z’）运算，得到被检测孔实际坐标。

其中，所述预设值由测量标准工件获得。

由于提高了检测的速度和效率，本发明的孔位检测工装既可用于离线抽检，也适用于在线全检。

测量时，首先测量标准工件（孔位正处于要求位置），三个激光位移传感器获取初始值。然后用该工装测量被测零件，三个激光位移传感器得到测量值，两者运算，即可得到孔位的绝对偏差。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”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；可以是直接相连，也可以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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明为孔位检测提供了一种全新的结构形式、思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。