内球面测量机构的制作方法

本发明属于测量仪器领域，具体包括一种内球面测量机构。

背景技术：

差速器等零件内球面的加工及检测一直是汽车及零部件行业的技术难点。内球面的检测目前较常采用三坐标仪进行测量，由于被测要素是内孔球面，需要将壳体定位后采用特殊的触头沿着特定的轨迹到达检测点，受狭小的壳体窗口限制，检测过程繁琐、检测效率极低，只能在试制样品阶段使用或批量产品生产时作抽检使用，无法在线实时、批量检测。当前也有一些尝试采用铰接叉式专用测量检具，虽然解决了生产效率的问题，但因铰接叉的运动副有间隙会给测量带来一定的误差，且伴随着测量频次增加，铰接叉运动副的间隙会越来越大，最终导致测量误差大，测量精度无法保证，从而难以准确指导加工机床及时对工装夹具、刀具及控制程序做出相应调整。

中国期刊文件(袁小江.差速器壳体内球径测量检具设计[j].制造技术与机床,2010(8):156-159.)公开了一种差速器壳体内球径检具设计，测量时采用底座、定位套、支承等零件作为被测工件的安放座。为了保证测量结果的准确性，设计了基准柱、前定位头、后定位头、钢球等组合件与被测工件的a基准进行配合定位。基准柱的另一端与基准板连接，基准板下面设计三个定位头，定位头的下端面与被测工件的b基准端面进行配合定位。百分表设置在基准柱上，通过定位销可以使得百分表可以绕定位销的轴进行一定角度范围内的旋转。该测量检具需通过大量的定位结构与差速器壳体配合，定位方式复杂，并且测量时百分表、基准柱均位于差速器壳体内部，因此只适用于开口较大的球形壳体，无法适用于开口较小的球形壳体。

技术实现要素：

本发明要解决的问题是提供一种适用于开口较小的半封闭式壳体，既能够保证测量效率，又能保证测量精度、测量结果的重复性的内球面测量机构。

为解决上述问题，本发明采取如下技术方案一种内球面测量机构，包括测量模块、夹持机构，所述夹持机构用于夹持被测工件，所述测量模块包括至少一组测量组件，所述测量组件固定在安装基座上朝向所述夹持机构设置，每组测量组件由一对相对设置的杠杆组成，所述杠杆可绕着其固定位置在其安装平面旋转；

所述杠杆在其指向所述夹持机构的一端设置测量头，所述测量头垂直于被测工件的内球面设置并且其所在轴线经过该内球面的球心；

在所述安装基座上设置测量传感器，所述测量传感器位于每一对相对设置的所述杠杆之间，且位于所述杠杆背离所述夹持机构的一端；

随着所述杠杆绕着其固定位置旋转，所述测量头可与被测工件内球面接触、分离，所述测量传感器可与所述杠杆接触、分离。

进一步地，在所述安装基座上设置螺杆，所述螺杆位于所述测量传感器的一侧且与其平行设置。

进一步地，所述测量模块设置十字交叉簧片调节装置将所述杠杆固定连接在所述安装基座上；

所述测量模块还设置分别与所述杠杆、安装基座固定连接的拉簧。

进一步地，在每组所述测量组件的任意一个或两个杠杆的任意一侧的安装基座上设置一伸缩气缸，所述伸缩气缸的伸缩机构与所述杠杆连接，随着所述伸缩气缸的伸、缩，所述杠杆绕着所述十字交叉簧片调节装置旋转。

进一步地，所述内球面测量机构还包括一底座，所述夹持机构设置在所述底座上；

所述底座上设置滑轨，所述滑轨的设置方向与所述夹持机构的设置方向垂直，所述测量模块上设置滑块与所述滑轨滑动连接。

进一步地，所述滑块上设置气缸控制阀门，所述滑轨上靠近所述夹持机构一端设置限位凸轮块，所述测量模块沿滑轨滑动至测量位置时，所述限位凸轮块位于气缸控制阀门下方使所述气缸控制阀门打开。

进一步地，所述测量模块还设置一手柄，所述底座上设置一手柄导向板其中部设置开槽，所述手柄套接在所述手柄导向板中部设置的开槽中并可沿所述手柄导向板移动，从而带动所述测量模块沿着滑轨移动；

所述手柄导向板中部设置的开槽还设有在其垂直方向设置的定位槽，可将所述手柄卡接所述定位槽中。

进一步地，所述夹持机构包括前顶尖、后顶尖与所述夹持机构滑动连接，所述前顶尖、后顶尖相对设置在同一直线上；

所述夹持机构还设置一对v型支撑，位于所述前顶尖、后顶尖之间；

所述夹持机构还设置定位导套，位于所述一对v型支撑之间。

进一步地，所述夹持机构靠近所述测量模块的一侧与限位模块螺纹连接，所述限位模块位于螺纹外部的长度可调。

进一步地，所述前顶尖、后顶尖与联动摆臂机构连接，通过所述联动摆臂机构可控制所述前顶尖、后顶尖相对靠近、远离。

与现有技术相比，本发明提供的内球面测量机构有如下优点：

(1)本发明所述的内球面测量机构包括至少一组测量组件，每组测量组件由一对相对设置的杠杆组成，所述杠杆可绕着其固定位置在其安装平面反向旋转，通过杠杆的反向旋转运动可以不断缩小测量端两个杠杆之间的距离，从而能将杠杆伸入开口较小的半封闭壳体内部进行测量；

(2)在杠杆指向所述夹持机构的一端设置测量头，该测量头垂直于被测工件的内球面设置并且其所在轴线经过该内球面的球心；在所述安装基座上设置测量传感器，所述测量传感器位于每一对相对设置的杠杆之间，且位于所述杠杆背离所述夹持机构一端；当杠杆绕着其固定位置旋转时，可实现其测量端的所述测量头可与被测工件内球面垂直接触、分离，所述测量传感器可与所述杠杆接触、分离，从而可以通过测量头对被测工件的内球面进行采样，并通过杠杆将采样结果反馈给测量传感器，得到测量结果，而不需要再被测工件内部设置传感器；

(3)在所述安装基座上设置螺杆，所述螺杆位于所述测量传感器的一侧并与其平行设置，所述螺杆可在所述安装基座上沿其安装方向前后移动，可以通过调节该螺杆的位置实现对杠杆的限位，避免杠杆位移量过大损坏传感器；

(4)测量模块设置十字交叉簧片调节装置将所述杠杆固定连接在所述安装基座上，十字交叉簧片调节装置为弹性体，可以为测量模块中的杠杆提供足够的支撑力及弹性形变量，并且其耐用性强、抗应力变形好，有效避免了测量机构中转动副、移动副等机械误差特变对位置度、对称度等带来的测量影响，保证了测量结果的精度和重复性；

所述测量模块还设置分别与所述杠杆、安装基座固定连接的拉簧，可以通过拉簧给杠杆提供一个稳定的拉力，在杠杆测量结束后能够借助此拉力恢复到测量前的原位，确保了该内球面测量机构的稳定性；

(5)在每组所述测量组件的任意一个或两个杠杆的任意一侧的安装基座上设置伸缩气缸，所述伸缩气缸的伸缩机构与所述杠杆连接，随着所述伸缩气缸的伸、缩，所述杠杆绕着所述十字交叉簧片调节装置旋转可以实现多组测量组件内杠杆的同步运动，保证了测量结果的准确性、提高了测量过程的效率；

(6)所述内球面测量机构还包括底座，所述底座上设置滑轨，所述滑轨的设置方向与所述夹持机构的设置方向垂直，所述测量模块上设置滑块与所述滑轨滑动连接，需要测量时将测量模块沿滑轨滑动从而将测量头送至被测工件内部；

同时滑块上设置气缸控制阀门，滑轨上靠近所述夹持机构一端设置限位凸轮块，当测量模块沿滑轨滑动至测量位置时，所述限位凸轮块位于气缸控制阀门下方，使所述气缸控制阀门的阀头被压下后打开，伸缩气缸通气后伸缩机构运动，此时杠杆在伸缩气缸的伸缩机构的作用下旋转使测量头与被测工件内球面接触、杠杆与测量传感器接触从而实现测量，测量结束后将测量模块向相反方向移动，气缸控制阀门离开限位凸轮块，气缸控制阀门关闭后伸缩气缸断气，伸缩机构向反向运动使得杠杆向反向旋转，测量头收缩至原始位置，从而可以顺利从狭小开口中脱离；

(7)测量模块还设置一手柄套接在手柄导向板中部设置的开槽中并可沿所述手柄导向板移动，手柄导向板中部设置的开槽还设置了在其垂直方向设置定位槽，可将所述手柄卡接在其中，可以通过移动手柄从而带动所述测量模块沿着滑轨移动，当测量模块移动至测量位置后可将手柄卡接在定位槽中，避免测量过程中测量模块晃动影响测量结果；

(8)夹持机构上滑动连接了前顶尖、后顶尖且位于同一直线，所述前顶尖、后顶尖之间设置v型支撑，定位导套，可以稳固的夹持、定位待测工件，从而减小了因定位引起的误差，进一步保证了测量结果的精度和重复性；

(9)夹持机构靠近所述测量模块与限位模块螺纹连接，所述限位模块位于螺纹外部的长度可调，当需要测量不同尺寸的待测工件时，测量模块所处的位置也会有差异，可以通过调节限位模块的长度来调整测量模块的位置，从而保证测量结果的精度并且保证测量模块不会因过量位移而损坏内部测量头。

附图说明

图1为内球面测量机构立体图；

图2为内球面测量机构俯视图；

图3为测量模块示意图；

图4为测量模块非测量状态示意图；

图5为测量模块测量状态示意图；

图6为夹持机构示意图；

图7为限位凸轮块位于气缸控制阀门下方时的示意图；

其中：1-测量模块；11-安装基座；121-杠杆；122-测量头；123-测量传感器；124-螺杆；13-十字交叉簧片调节装置；14-拉簧；151-伸缩气缸；152-气缸控制阀门；153-限位凸轮块；161-滑轨；162-滑块；171-手柄；172-手柄导向板；173-开槽；174-定位槽；2-夹持机构；211-前顶尖；212-后顶尖；22-v型支撑；23-定位导套；24-限位模块；25-联动摆臂机构；3-底座。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面对本发明内容做进一步详细说明。

如图1-7所示，本发明公开了一种内球面测量机构，包括测量模块1、夹持机构2，所述夹持机构2用于夹持被测工件，所述测量模块1包括至少一组测量组件，所述测量组件固定在安装基座11上朝向所述夹持机构2设置，每组测量组件由一对相对设置的杠杆121组成。

如图3所示本实施例中所述杠杆121通过十字交叉簧片调节装置13固定连接在所述安装基座11上，所述杠杆121可以绕着十字交叉簧片调节装置13在其安装平面做相互反向旋转，即能够实现杠杆121一端的相互靠近而同时另一端的相互远离。

所述杠杆121在其指向所述夹持机构2的一端设置测量头122，所述测量头122垂直于被测工件的内球面设置并且其所在轴线经过该内球面的球心。因此当杠杆121绕着十字交叉簧片调节装置13在其安装平面旋转，可以使安装测量头122的一端相互靠近至其之间的距离足够小，从而可以将杠杆121安装有测量头122的一端通过被测工件的开口送至被测工件的内部，即使是开口较小的被测工件也能保证测量头122顺利进入其内部；测量头122进入被测工件内部后，杠杆121向相反的方向旋转，测量头122则沿着被测工件的直径朝其内球面运动直至与其垂直接触，从而能够感应到被测工件内球面的位置，完成测量取样。

在所述安装基座11上设置测量传感器123，所述测量传感器123位于一对相对设置的所述杠杆121之间，且位于所述杠杆121背离所述夹持机构2的一端，当杠杆121绕着十字交叉簧片调节装置13旋转安装有测量头122一端的距离不断缩小时，杠杆121与测量传感器123逐渐分离；当测量头122进入被测工件内部并随着所述杠杆121的反向旋转而运动至与被测工件内球面接触后，杠杆121背离所述夹持机构的一端逐渐靠近测量传感器123并最终与其接触，从而实现了将测量头122的位移变换量通过杠杆121反馈给测量传感器123的过程，即：实现了被测工件内球面的尺寸检测以及公差值检测。

十字交叉簧片调节装置13为弹性体，可以为测量模块中1的杠杆121提供足够的支撑力及弹性形变量，能够保证测量头122与被测工件内壁紧密接触，并且其耐用性强、抗应力变形好，有效避免了测量机构中转动副、移动副等机械误差特变对位置度、对称度等带来的测量影响，保证了测量结果的精度和重复性。通过十字簧片调节装置13，可以准确地将内球面尺寸的变化量传递给测量传感器123，有效消除了杠杆121与轴承支点的配合误差，以及运动间隙造成的测量误差，确保整个机构持久、高效地保持较高的重复测量精度，处于精准的测量状态。

所述测量模块1还设置分别与所述杠杆121、安装基座11固定连接的拉簧14，可以通过拉簧14给杠杆121提供一个稳定的拉力，在杠杆121测量结束后能够借助此拉力恢复到测量前的原位，确保了该内球面测量机构的稳定性。

在所述安装基座11上设置螺杆124，所述螺杆124位于所述测量传感器123的一侧并且与其平行设置，所述螺杆124可在所述安装基座11上沿其安装方向前后移动，此处所说“前”指螺杆124旋进方向，“后”则相反。可以通过调节该螺杆124的位置实现对杠杆121的限位，避免杠杆121位移量过大损坏测量传感器123。

所述内球面测量机构还包括一底座3，所述夹持机构2设置在所述底座3上，所述底座3上设置滑轨161，所述滑轨161的设置方向与所述夹持机构2的设置方向垂直，所述测量模块1上设置滑块162与所述滑轨161滑动连接。需要测量时，可以将测量模块1沿着所述滑轨161滑动至测量位置，测量结束后沿滑轨161回到初始位置，通过滑轨161、滑块162相互配合实现测量模块1的移动，整个移动过程平稳不容易对测量模块造成影响。

在每组所述测量组件的任意一个或两个杠杆121的任意一侧的安装基座22上设置伸缩气缸151，所述伸缩气缸151的伸缩机构与所述杠杆121连接，随着所述伸缩气缸151的打开、关闭，其伸缩机构伸、缩，所述杠杆121绕着所述十字交叉簧片调节装置13在其安装平面内旋转。

如图1及图7所示所述滑块162上设置气缸控制阀门152，所述滑轨161上靠近所述夹持机构一端设置限位凸轮块153。测量前杠杆121靠近夹持机构2的一端处于靠近状态，测量时将测量模块1沿滑轨161向测量位置滑动，气缸控制阀门152随着测量模块1向所述限位凸轮块153运动，当测量模块1到达测量位置后所述限位凸轮块153位于气缸控制阀门152下方使所述气缸控制阀门152的阀头被压下，所述伸缩气缸151打开，其伸缩机构向外伸出，带动杠杆121旋转直至所述测量头122与被测工件的内表面垂直接触，所述测量传感器123与所述杠杆121接触，从而实现测量。测量完成后，将测量模块1从测量位置移开，气缸控制阀门152从限位凸轮块153上离开，气缸控制阀门152关闭气缸伸缩机构收回，杠杆121反向旋转，测量头122收缩回起始位置，并能够顺利将测量头122从被测工件内部移出，所述杠杆121与所述测量传感器123分离，该过程如图4、5所示。有效避免了测量模块1在移动过程中出现操作失误，使得测量头122与其他工件出现碰撞造成损伤。同时无需其他操作，只需要将测量模块1向测量位置移动，即可实现测量头122与被测工件内壁的接触，提高了测量的效率。

所述测量模块1还设置一手柄171，所述底座3上设置一手柄导向板172其中部设置开槽173，所述手柄171套接在所述手柄导向板172中部设置的开槽173中并可沿所述手柄导向板172移动，从而带动所述测量模块1沿着滑轨161移动，方便了测量模块1的移动操作，并且沿着手柄导向板172移动保证了移动过程的稳定性。所述手柄导向板172中部设置的开槽173还设有在其垂直方向设置的定位槽174，可将所述手柄171卡接在其中，当测量模块1移动至测量位置后，将手柄171卡接在定位槽174中，保证了定位的准确性，同时也能够避免在测量过程中出现误操作移动测量模块1从而导致损坏。

如图6所示，所述夹持机构171包括前顶尖211、后顶尖212与所述夹持机构2滑动连接，所述前顶尖211、后顶尖212相对设置在同一直线上；所述夹持机构2还设置一对v型支撑22，位于所述前顶尖211、后顶尖212之间；所述夹持机构2还设置定位导套23，位于所述一对v型支撑22之间，通过前顶尖211、后顶尖212、v型支撑22、定位导套23的相互配合作用实现了被测工件的轴向定位以及周向定位，保证了定位的精准，也避免了测量过程中被测工件出现移动的状况，影响测量结果。

所述前顶尖211、后顶尖212与联动摆臂机构25连接，通过所述联动摆臂机构25可控制所述前顶尖、后顶尖相对靠近、远离，简化了被测工件夹持时的操作步骤，提高了测量效率。

所述夹持机构2靠近所述测量模块1与限位模块24螺纹连接，所述限位模块24位于螺纹外部的长度可调，可以通过该限位模块24的长度可以调整测量模块1的测量位置从而实现不同尺寸工件的测量，同时也能够避免测量模块1的过量位移导致测量头122或整个测量模块1与其他工件出现碰撞导致损坏。

上述内容对实施例做了详细的说明，但本发明不受上述实施方式和实施例的限制，在不脱离本发明宗旨的前提下，在本领域技术人员所具备的知识范围内还可以对其进行各种变化和改进，这些变化和改进均落入本发明要保护的范围之内。