一种减速机蜗杆直径和长度自动检测装置的制作方法

本实用新型涉及一种针对已知设计参数的减速机蜗杆批量自动检测装置，尤其涉及了减速机蜗杆不同轴段直径和长度自动检测检测装置。

背景技术：

随着我国机械工业的快速发展，对机械零件的加工精度要求也越来越高。轴类零件有传递扭矩、支撑和固定其他零件的作用，因此被广泛应用于各类机械装置。减速机是一种广泛应用在原动机与工作机之间传递扭矩、变换转速的传动设备。提高减速机传动蜗杆的精度，有利于提高设备的可靠性、稳定性、传动效率以及准确性，降低装配误差以及装置运行时的振动和噪声。因此对工业批量生产的减速机蜗杆的检测至关重要。

目前，对减速机蜗杆不同轴段直径和长度的检测，主要是依靠人工卡尺检测、手工记录直径和长度的数据，存在着检测误差大，工作效率低，劳动成本高等诸多问题；一些厂家应用直线式电感位移传感器对减速机蜗杆不同轴段直径进行检测，在使用时，针对不同型号不同直径的蜗杆，需要手动调节电感位移传感器的初始位置，调节繁琐耗时，使用不便，不利于对多批次蜗杆进行大批量检测。

综上所述，目前对减速机蜗杆直径和长度的检测，还是以人工操作为主，缺乏可以自动检测、操作简便、且能同时实现轴段直径和长度检测的相关装置。

技术实现要素：

针对背景技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种减速机蜗杆直径和长度自动检测装置，可以对减速机蜗杆不同轴段的直径和长度进行自动检测，并自动存储测得的参数；所提出的减速机蜗杆直径和长度自动检测装置适合不同型号的减速机蜗杆。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

本实用新型包括上位机模块、驱动模块、连接模块、直径自动检测模块、长度自动检测模块、被测件夹持模块、限位模块、支撑模块；上位机模块分别与驱动模块、被测件夹持模块、直径自动检测模块、长度自动检测模块、限位模块电性连接，驱动模块、连接模块、被测件夹持模块、直径自动检测模块、长度自动检测模块、限位模块均被安装在支撑模块上。

所述的上位机模块用于对直径和长度测量过程的精确控制、直径和长度检测值显示以及数据记录处理。

所述的驱动模块由伺服电机、联轴器、丝杠和液压缸组成，伺服电机与联轴器联接，所述的伺服电机为减速机蜗杆直径和长度自动检测装置提供驱动动力，所述的联轴器将电机输出轴与传动轴联接在一起。

所述的连接模块由多个滑台、导轨组成，用于带动直径自动检测模块和长度自动检测模块沿着被测件轴线运动，完成对减速机蜗杆不同轴段直径和长度的自动检测。

所述的直径自动检测模块包括几形滑台、弹簧、连接块、第一光栅尺、第一转接板和测头；直径自动检测模块左右对称安装在几形滑台的两个工作面上，主动滑块上安装齿条，由伺服电机驱动；被驱动时主动滑块通过弹簧、连接块带动从动滑块运动，从动滑块上装有测头和第一转接板，第一转接板另一端联接第一光栅尺动尺，第一光栅尺静尺固定在几形滑台上；从动滑块带动测头和第一光栅尺动尺共同运动，测头的位移与第一光栅尺位移一致，通过第一光栅尺得到测头发生的位移大小；测头与被测件接触的表面设计成圆弧面，避免测量时对被测件表面造成损伤。

所述的长度自动检测装置包括滑台、第二光栅尺、激光位移传感器和第二转接板；激光位移传感器和第二转接板固定在滑台上，第二转接板另一端联接着第二光栅尺动尺，第二光栅尺静尺固定安装在支撑模块上；滑台带动激光位移传感器和第二光栅尺动尺沿着被测件轴线方向移动，激光位移传感器光斑正对被测件轴线，激光位移传感器发生的位移与第二光栅尺动尺发生的位移一致。

进一步说，所述的被测件夹持模块安装在支撑模块上，由上顶锥、下顶锥构成；下顶锥固定不动，上顶锥由手摇丝杠控制；使用时用丝杠控制上顶锥到合适位置，再通过液压缸使上顶锥压紧被测件，被测件在液压缸压力作用下固定。

进一步说，所述的限位模块由限位开关和限位块构成；测量直径时，主动滑块运动到限位开光位置，触发限位开关，上位机模块控制伺服电机停止转动，通过被压紧的弹簧，提供给测头足够的测量力；限位块安装在从动滑块运动的极限位置处，防止因为控制系统故障而损坏装置。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

1.本实用新型中的蜗杆轴段直径自动检测的装置，在满足测量精度要求(±5μm)的前提下，可测量的直径范围大(本实用新型中为0～100mm，并可根据实际情况调整)，适应性强，提高了检测装置的通用性。

2.本实用新型中的对蜗杆轴段直径自动检测装置的测头与蜗杆接触的表面设计为圆弧状，保证在测量时不会损伤被测件表面。

3.本实用新型中的对蜗杆轴段直径自动检测能有效地对任意规格的减速机蜗杆的不同轴段直径进行检测。

4.本实用新型中的蜗杆长度自动检测装置可以满足高精度大范围(本实用新型中精度1μm，范围50～600mm，并可根据实际情况调整)的非接触式测量，装置设计简洁，操作简单，测量可靠。

5.本实用新型中的蜗杆长度检测可以对任意规格的减速机蜗杆不同轴段长度进行测量。

附图说明

图1是本实用新型的减速机蜗杆直径和长度自动检测装置的整体结构示意图；

图2是本实用新型的减速机蜗杆不同轴段直径自动检测模块的结构示意图；

图3是本实用新型的减速机蜗杆不同轴段长度自动检测模块的结构示意图；

图4是本实用新型的被测减速机蜗杆夹持模块的结构示意图；

图5是本实用新型的检测蜗杆不同轴段直径的原理图；

图6是本实用新型的检测蜗杆不同轴段长度的原理图；

图7是本实用新型的减速机蜗杆直径和长度自动检测装置的工作流程图；

图8是本实用新型的减速机蜗杆直径和长度自动检测装置中直径自动检测模块的工作流程图；

图9是本实用新型的减速机蜗杆直径和长度自动检测装置中长度自动检测模块的工作流程图；

图中：1、手轮；2、丝杠a；3、外架；4、伺服电机a；5、联轴器；6、丝杠b；7、导轨a；8、下顶锥；9、直径自动检测模块；10、长度自动检测模块；11、上顶锥；12、液压缸；13、滑台a；14、支撑架；9-1、几形滑台9-2、齿轮；9-3、伺服电机b；9-4、齿条；9-5、滑块a；9-6、弹簧；9-7、连接块；9-8、滑块b；9-9、第一光栅尺动尺；9-10、第一光栅尺静尺；9-11、第一转接板；9-12、测头；9-13、限位块；9-14、限位开关；10-1、导轨b；10-2、伺服电机c；10-3、第二光栅尺动尺；10-4、第二光栅尺静尺；10-5、丝杠c；10-6、滑台b；10-7、激光位移传感器；10-8、第二转接板。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步说明。

减速机蜗杆的直径和长度自动检测装置，如图1-4所示，包括上位机模块、驱动模块、连接模块、被测件夹持模块、直径自动检测模块、长度自动检测模块、限位模块、支撑模块，上位机模块分别与驱动模块、直径自动检测模块、长度自动检测模块、限位模块电性连接，驱动模块与被测件夹持模连接，驱动模块、连接模块、被测件夹持模块、直径自动检测模块、长度自动检测模块均被固定在支撑模块上。

上位机模块用于对减速机蜗杆直径和长度的自动检测装置的精确控制、直径和长度检测值显示、处理和记录。

驱动模块由手轮1；丝杠a2；伺服电机a4；联轴器5；丝杠b6；液压缸12；齿轮9-2；伺服电机b9-3；齿条9-4；伺服电机c10-2；丝杠c10-5构成。其中，手轮，丝杠a，液压缸为被测件夹持模块提供驱动动力；伺服电机a，联轴器，丝杠b，齿轮，伺服电机b和齿条为直径自动检测模块提供驱动动力；导轨b，伺服电机c，丝杠c为长度自动检测模块提供驱动动力。

连接模块由几形滑台9-1、滑台a13和滑台b10-6组成。其中，几形滑台左右两个工作面上安装有直径自动检测模块，带动直径自动检测模块沿着被测件轴线移动，完成不同蜗杆直径的检测；滑台a上装有被测件夹持模块中的上顶锥，带动上顶锥沿着导轨b10-1运动，实现被测件测量时的固定；滑台b上装有长度自动检测模块中的激光位移传感器，带动激光位移传感器沿着被测件轴线移动，完成不同蜗杆长度的自动检测。

直径自动检测模块由滑块a9-5；弹簧9-6；连接块9-7；滑块b9-8；第一光栅尺动尺9-9；第一光栅尺静尺9-10；第一转接板9-11和测头9-12组成。整个装置左右对称，分别安装在几形滑台的左右两个工作面上，滑块a上安装齿条9-4，被驱动时通过弹簧，连接块带动滑块b运动，滑块b上装有测头和第一转接板，转接板联接着滑块b和第一光栅尺动尺，第一光栅尺静尺固定在几形滑台上；检测直径时，滑块b带动测头和第一光栅尺动尺共同运动，则测头的位移通过第一光栅尺得到；在预先设定好左右测头初始间距的条件下，被测蜗杆轴段直径等于左右测头的初始距离减去左右两个测头发生的实际位移之和。

长度自动检测模块由第二光栅尺动尺10-3；第二光栅尺静尺10-4；激光位移传感器10-7和第二转接板10-8组成。其中，激光位移传感器和第二转接板固定在滑台b上，第二转接板联接着滑台b和第二光栅尺动尺，第二光栅尺静尺固定安装在支撑架14上。检测长度时，滑台b带动激光位移传感器和第二光栅尺动尺一同沿着被测件轴线方向移动，激光位移传感器光斑正对被测件轴线，由于激光位移传感器会通过激光三角原理检测被测件到其的距离，所以在某一蜗杆轴段的起止处，由于蜗杆不同轴段直径不同，导致到激光位移传感器的距离不同，激光位移传感器感受距离的跃变，传递给上位机阶跃的位移信号，按照长度检测方法计算得到不同蜗杆的长度值，并存储起来。

限位模块由限位块9-13和限位开关9-14组成，均固定在几形滑台上。限位块有4块，左右各有两块，限位开关有两个，左右各一个。对于左右任意一侧，其中限位开关固定在滑块a的行进路线的上方某一位置，当滑块a运动到限位开关正下方时，触发限位开关，限位开关产生一个高电平信号传递到上位机中，上位机接收高电平信号后，控制伺服电机b9-3停止转动；限位块安装在几形滑台工作面左右两边，保证在控制系统发生故障，无法对伺服电机b进行控制时，机械性地对直径自动检测模块的移动进行限制，防止损坏装置。

被测件夹持模块由下顶锥8和上顶锥11组成。其中下顶锥固定在支撑架上，上顶锥与液压缸相联接，一同固定安装在滑台a上。使用时，被测件一端面放在下顶锥上，手摇、手轮，通过丝杠和滑台a带动上顶锥和液压缸向下运动，当上顶锥与被测件的另一端面接触时，通过上位机控制液压缸提供给上顶锥足够的紧固力，实现被测件的加紧固定，为之后直径及长度的自动检测做好准备；当测量接收以后，通过上位机控制、液压缸卸下对、上顶锥的压紧力，再通过手摇、手轮，带动、上顶锥向上移动，离开被测件。

支撑模块由外架3和支撑架14组成。其中，外架划分出了整个减速机蜗杆直径和长度自动检测装置的空间范围，可外接诸如照明模块之类的辅助检测模块，有利于技术人员的操作；支撑架放置在外架内，是整个装置的骨架，驱动模块，直径自动检测模块，长度自动检测模块，被测件夹持模块，均安装在其上，彼此配合，协同工作，滑台a分为前后两个工作面，后面的工作面负责直径自动检测模块，前面的工作面负责长度自动检测模块和被测件夹持模块。

检测直径时，上位机通过驱动模块带动几形滑台运动，几形滑台运动到事先设定好的位置停下；上位机通过驱动模块带动伺服电机b驱动滑块a沿着滑台上预先设计好的滑轨运动；滑块a通过弹簧和连接块带动滑块b一同运动；滑块b上刚性联接着连接块、测头和转接板；当测头接触到被测蜗杆表面时，滑块b由于被测蜗杆的阻碍停止运动，但滑块a在伺服电机的驱动下继续向前运动，这时滑块a与滑块b间的联接弹簧被压缩，直到滑块a触发限位开关，上位机接收到信号，控制伺服电机停止转动，滑块a停止运动。被压缩的弹簧提供了测量直径时的测量力，保证测头与被测蜗杆的表面紧密接触；测头截面设计为直径很小的圆弧状，既保证了在测量时不会压伤被测件表面，又避免了在被测件阶梯面附近由于测头本身的几何尺寸所带来的测量误差；第一光栅尺的动尺通过转接板与滑块b刚性联接，第一光栅尺的静尺固定在滑台上，测头所移动的距离可以通过光栅尺测得；左右两侧均如此，在已知两测头初始位置的条件下，结合两测头测量时发生的位移，便可以计算得到被测蜗杆的直径；当前蜗杆测量结束后，上位机控制滑块a退回原位，驱动几形滑台带动直径自动检测模块向下一蜗杆轴段运动，重复上述测量过程，直至整个蜗杆测量完毕。

检测长度时，将激光位移传感器的光斑正对被测件轴线，开始扫描被测蜗杆，由于蜗杆的设计参数已知，为提高测量效率，可以根据被测蜗杆轴段的设计长度，给激光位移传感器一个快速进给位移，完成快速进给后，上位机控制激光位移传感器的运动模式为慢速移动，扫描取样，完成设计好的慢速移动距离后，完成对该蜗杆轴段的扫描，开始扫描下一蜗杆轴段。第二光栅尺的动尺通过第二转接板与滑台b刚性联接在一起，激光位移传感器也搭载在滑台b上，如此激光位移传感器与第二光栅尺的动尺的位移是一致的，激光传感器的位置信息就可以通过第二光栅尺测量到。由于激光传感器光斑在不同蜗杆轴段上时，到激光传感器的距离是不同的，当前蜗杆轴段扫描完成后，上位机通过激光位移传感器在其慢速移动范围内得到阶跃的距离信号，通过光栅尺测量得到阶跃点的位置；重复上述测量过程，直至被测蜗杆所有轴段长度均扫描完毕，则相邻两个阶跃点位置的差即为对应的蜗杆轴段长度测量值；直径的检测和长度的检测可以同时进行，提高工作效率。

减速机蜗杆直径自动测量方法，如图5所示，包括如下具体内容：

首先将减速机被测蜗杆固定好，各连接电缆连通，且保证电源线接地，调试整个系统的功能，保证整个系统正常工作。

然后通过伺服电机控制几形滑台带着直径自动检测模块运动到被测蜗杆轴段位置；开始测量时，设两测头之间的距离为x，当测头完全压紧被测蜗杆表面时，通过光栅尺测得左右两测头发生的位移分别为x1和x2，则容易算出被测蜗杆直径：

d＝x-x1-x2(1)

上位机存储好数据以后，控制测头回归原位，几形滑台移动到下一被测蜗杆轴段，重复以上过程，直至蜗杆全部轴段直径检测完毕。

在本实施例中，被测蜗杆的直径变化范围为5mm～200mm，检测精度要求为±5μm；根据检测精度要求和被测蜗杆直径变化范围，选用的光栅尺量程为0mm～150mm，测量精度为±1μm，左右两个测头配合，可满足检测要求。

减速机蜗杆长度自动测量方法，如图6所示，包括如下具体内容：

首先将减速机被测蜗杆固定好，各连接电缆连通，且保证电源线接地，调试整个系统的功能，保证整个系统正常工作。

之后开始测量，对于当前被测蜗杆轴段，可以得到起始位置坐标为y1；由于被测蜗杆的设计参数已知，为了提高工作效率，根据被测蜗杆轴段的设计长度，给激光位移传感器一个快速进给量δ；当激光位移传感器完成快速进给之后，上位机控制激光位移传感器开始慢速移动扫描，移动的距离为s，扫描步长为a，当完成距离为s的慢速移动后，上位机在慢速移动范围s内，通过光栅尺测量得到阶跃点的位置y2；容易求出蜗杆被测轴段长度：

l＝y2-y1(2)

上位机记录好数据之后，按照上述方法，继续测量下一蜗杆轴段长度，直至全部蜗杆轴段长度测量完毕；下一蜗杆轴段的起始位置即为上一蜗杆轴段的终止位置，本实施例中即为y2。

关于快速进给量δ、慢速移动距离s和激光位移传感器扫描步长a的选择：设长度的测量精度要求为±δ，蜗杆被测轴段设计长度为λ，则：

δ＝λ-s(3)

s＝20*δ(4)

a＝δ/10(5)

在本实施例中，被测蜗杆的长度变化范围为50mm～600mm，测量精度要求为δ＝±20μm；根据精度要求和长度变化范围，选用的光栅尺量程为0mm～600mm，测量精度为±1μm，满足测量的要求；假设某一被测蜗杆轴段长度的设计值为λ＝100mm，按照设计要求，此时慢速移动距离s＝20*0.02＝0.4mm，快速进给距离δ＝λ-s＝100–0.4＝99.6mm，步长a＝20/10＝2μm。

本实施例中，减速机蜗杆直径和长度自动检测装置的工作过程的具体实施步骤如图7所示：

1)各连接电缆连通，且保证电源线接地，调试整个系统的功能，保证整个系统正常工作。

2)将被测蜗杆固定好。

3)滑台a带着直径自动检测模块，按照前面所述的方法，检测各个蜗杆的直径。

4)滑台b带着长度自动检测模块，按照前面所述的方法，检测各个蜗杆的长度。

5)当长度和直径均测量结束以后，存储好所有数据，所有装置回归原位，卸下被测的蜗杆。

步骤3)蜗杆直径的测量和步骤4)蜗杆长度的测量可以同步进行；具体工作流程如图8、9所示。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施案例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。