一种多功能的法向角测量装置的制作方法

本实用新型涉及机械加工技术领域，尤其涉及一种多功能的法向角测量装置。

背景技术：

在飞机装配以及自动钻铆(即钻孔铆接)加工中，铆接的第一步工艺是钻孔，孔的尺寸和孔壁质量，都将严重影响着铆缝的强度。

据统计，飞机机体疲劳失效事故的70％是源于结构连接部位，其中80％的疲劳裂纹产生于连接孔处，因此连接孔的质量对飞机寿命有着至关重要的影响。目前，人们采用工业机器人制孔系统代替了传统的手工钻孔，提高了工作效率，但是在机器人制孔中，孔的垂直度对于孔的寿命影响非常大。研究表明当螺栓沿外载荷作用方向倾斜超过2°时，疲劳寿命则减少约47％；当倾斜大于5°时，疲劳寿命即降低约95％。

在飞机装配过程中，自动钻铆加工时对加工刀具与被加工工件之间的法向角偏差量有一定的要求，若法向角度偏差过大就会影响加工质量(即由于刀具不垂直于工件表面，造成制孔质量缺陷)；同时在钻铆过程中，常常会产生废屑，若废屑不能及时排除便会影响加工质量；同时钻头若不能及时进行润滑和冷却，也会严重影响加工质量。

综上，如何克服上述技术问题是本领域技术人员急需解决的问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种多功能的法向角测量装置，以解决上述问题。

为了达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

本实用新型提供了一种多功能的法向角测量装置，包括底座、被测板、压脚；所述底座、所述被测板、所述压脚自下而上依次顺序安装设置；

其中，所述底座的一端连接末端执行器，所述底座的另一侧与被测板进行连接；所述底座具体包括底座本体、排屑口、传感器安装槽、螺栓安装孔、复位弹簧安装槽、万向轴承安装槽、轴承安装筒；所述排屑口设置在所述底座本体的侧壁上；所述传感器安装槽设置在所述底座本体的顶部；所述传感器安装槽内安装设置有位移传感器；所述螺栓安装孔设置在所述底座本体的顶部边缘处；所述轴承安装筒设置在所述底座本体的顶部中心处；所述万向轴承安装槽绕着所述轴承安装筒外围同心分布；所述复位弹簧安装槽设置在所述底座本体的顶部，且绕着所述万向轴承安装槽外围同心分布；所述复位弹簧安装槽内嵌入设置有复位弹簧；所述万向轴承安装槽内设置有万向轴承；

所述被测板具体包括被测板本体、压脚安装槽、连接筒；其中，所述压脚安装槽设置在所述被测板本体的顶部；所述压脚安装槽具体为正六边形凹槽；所述连接筒设置在所述被测板本体的底部；所述被测板通过连接筒以及所述万向轴承与所述底座连接；所述压脚可拆卸连接安装在所述被测板顶部的压脚安装槽内；

所述压脚具体包括压脚本体、安装孔、冷却润滑接口和三个触点部；其中所述安装孔设置在所述压脚本体中心处；所述冷却润滑接口设置在所述压脚本体侧壁上；三个所述触点部凸起设置在压脚本体的顶部上；所述压脚上的三个所述触点部均与被测工件表面接触，所述压脚通过三个触点部与被测工件贴合。

优选的，作为一种可实施方案；所述传感器安装槽具体为三个，三个传感器安装槽沿着底座本体的圆周方向上间隔分布设置。

优选的，作为一种可实施方案；所述多功能的法向角测量装置还包括冷却润滑附件；所述冷却润滑附件嵌入安装于所述压脚的侧壁上的冷却润滑接口内。

优选的，作为一种可实施方案；所述冷却润滑附件具体包括冷却润滑附件本体和设置在冷却润滑附件本体外侧表面的润滑油喷嘴和冷气喷嘴；

优选的，作为一种可实施方案；所述多功能的法向角测量装置还包括环形信号调理板；所述环形信号调理板与所述位移传感器电连接。

优选的，作为一种可实施方案；所述底座还包括传感器走线槽、电路板安装槽；所述传感器走线槽、所述电路板安装槽均设置在所述底座本体的底部。

优选的，作为一种可实施方案；所述传感器走线槽用于安装容纳所述位移传感器的连接线。

优选的，作为一种可实施方案；所述电路板安装槽用于安装设置所述环形信号调理板。

优选的，作为一种可实施方案；所述多功能的法向角测量装置还包括数据接口；所述多功能的法向角测量装置通过所述数据接口与外部系统连接。

优选的，作为一种可实施方案；所述数据接口包括网口、串口或USB接口中的一种。

与现有技术相比，本实用新型实施例的优点在于：

本实用新型提供的一种多功能的法向角测量装置，分析上述多功能的法向角测量装置的具体结构可知：

上述多功能的法向角测量装置其主要由底座、被测板、压脚三大结构部分组成；同时其具体还设置有万向轴承、复位弹簧、冷却润滑喷嘴、环形信号调理板、位移传感器等结构。

上述多功能的法向角测量装置其利用被测板作为目标物，通过底座上三个不同位置处的传感器安装槽内设置的位移传感器，对被测板与底座之间距离进行传感测量，最终传给外部系统实施计算得到法向角(即利用被测板三个目标位置信息从而解算出法向角信息)；同时在钻铆过程中，底座侧壁的排屑口可以对废屑进行及时排出，避免废屑影响加工质量；同时通过压脚处的润滑油喷嘴和冷气喷嘴可以对钻头及时进行润滑和冷却，进而大幅提升了加工质量。

综上，本实用新型实施例提供的上述多功能的法向角测量装置，其集具多种功能于一身，其可以改善加工方式，保证高效的加工效率和高质量的加工质量要求。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的多功能的法向角测量装置的一视角下的立体装配结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的多功能的法向角测量装置的另一视角下的立体装配结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的多功能的法向角测量装置的俯视装配结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的多功能的法向角测量装置的侧视装配结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的多功能的法向角测量装置的主视装配结构示意图；

图6为图5中本实用新型实施例提供的多功能的法向角测量装置的A－A向剖视结构示意图；

图7为本实用新型实施例提供的多功能的法向角测量装置中的底座的顶面立体零件图；

图8为本实用新型实施例提供的多功能的法向角测量装置中的底座的顶面俯视零件图；

图9为本实用新型实施例提供的多功能的法向角测量装置中的底座的底面立体零件图；

图10为本实用新型实施例提供的多功能的法向角测量装置中的底座的底面俯视零件图；

图11为本实用新型实施例提供的多功能的法向角测量装置中的被测板的底面立体零件图；

图12为本实用新型实施例提供的多功能的法向角测量装置中的被测板的顶面立体零件图；

图13为本实用新型实施例提供的多功能的法向角测量装置中的被测板的底面俯视零件图；

图14为本实用新型实施例提供的多功能的法向角测量装置中的被测板的侧视零件图；

图15为本实用新型实施例提供的多功能的法向角测量装置中的压脚的一立体视角下的零件图；

图16为本实用新型实施例提供的多功能的法向角测量装置中的压脚的另一立体视角下的零件图；

图17为本实用新型实施例提供的多功能的法向角测量装置中的压脚的俯视零件图；

图18为本实用新型实施例提供的多功能的法向角测量装置中的压脚的仰视零件图；

图19为本实用新型实施例提供的多功能的法向角测量装置中的万向轴承的一立体视角下的零件图；

图20为本实用新型实施例提供的多功能的法向角测量装置中的万向轴承的另一立体视角下的零件图；

图21为本实用新型实施例提供的多功能的法向角测量装置中的万向轴承的俯视零件图；

图22为本实用新型实施例提供的多功能的法向角测量装置中的万向轴承的侧视零件图；

图23为本实用新型实施例提供的多功能的法向角测量装置中的冷却润滑附件的一立体视角下的零件图；

图24为本实用新型实施例提供的多功能的法向角测量装置中的冷却润滑附件的另一立体视角下的零件图；

图25为本实用新型实施例提供的多功能的法向角测量装置中的冷却润滑附件的主视零件图；

图26为本实用新型实施例提供的多功能的法向角测量装置中的冷却润滑附件的侧视零件图。

标号：

100－底座；101－底座本体；102－排屑口；103－传感器安装槽；104－螺栓安装孔；105－复位弹簧安装槽；106－万向轴承安装槽；107－电路板安装槽；108－传感器走线孔；109－轴承安装筒；

200－被测板；201－被测板本体；202－压脚安装槽；203－连接筒；

300－压脚；301－压脚本体；302－安装孔；303－冷却润滑接口；304－触点部；

400－万向轴承；401－万向轴承外圈；402－万向轴承内圈；

500－冷却润滑附件；501－冷却润滑附件本体；502－润滑油喷嘴；503－冷气喷嘴。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，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，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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实用新型中的具体含义。

图1、图2、图3、图4、图5为多功能的法向角测量装置的整机装配结构示意图；

图6为上述多功能的法向角测量装置的A－A向剖视结构示意图；

另外，图7、图8、图9、图10、图11、图12、图13、图14、图15、图16、图17、图18、图19、图20、图21、图22、图23、图24、图25、图26为上述多功能的法向角测量装置结构中的各个具体结构的零件图；即图7－图10为底座的零件图；即图11－图14为被测板的零件图；即图15－图18为压脚的零件图；即图19－图22为万向轴承的零件图；即图23－图26为冷却润滑附件的零件图。

下面通过具体的实施例子并结合附图对本实用新型做进一步的详细描述。

参见图1、图2、图3、图4、图5以及图6，本实用新型实施例提供的一种多功能的法向角测量装置，包括底座100、被测板200、压脚300；所述底座100、所述被测板200、所述压脚300自下而上依次顺序安装设置；

其中，所述底座100的一端连接末端执行器，所述底座100的另一侧与被测板200进行连接；所述底座100具体包括底座本体101、排屑口102、传感器安装槽103、螺栓安装孔104、复位弹簧安装槽105、万向轴承安装槽106、轴承安装筒109；所述排屑口102设置在所述底座本体101的侧壁上；所述传感器安装槽103设置在所述底座本体101的顶部(即传感器安装槽103具体数量为三个，三个传感器安装槽103沿着底座本体101的圆周方向上间隔分布设置)；所述传感器安装槽103内安装设置有位移传感器；所述螺栓安装孔104设置在所述底座本体101的顶部边缘处；所述轴承安装筒109设置在所述底座本体101的顶部中心处；所述万向轴承安装槽106绕着所述轴承安装筒109外围同心分布；所述复位弹簧安装槽105设置在所述底座本体101的顶部，且绕着所述万向轴承安装槽106外围同心分布；所述复位弹簧安装槽105内嵌入设置有复位弹簧(图中未示意)；所述万向轴承安装槽106内设置有万向轴承400(具体结构参见图4和图5)需要说明的是，上述底座主要用支撑功能，一端连接末端执行器，另一侧与被测板进行连接；

所述被测板200具体包括被测板本体201、压脚安装槽202、连接筒203；其中，所述压脚安装槽202设置在所述被测板本体的顶部；所述压脚安装槽202具体为正六边形凹槽；所述连接筒203设置在所述被测板本体的底部；所述被测板通过连接筒203以及所述万向轴承400与所述底座连接；所述压脚300安装设置在所述被测板顶部的压脚安装槽202内；需要说明的是，所述被测板通过连接筒203与所述底座连接，二者之间具体通过连接筒203和万向轴承实现某种连接方式。即实际上的具体连接方式是，被测板200通过连接筒203与底座100连接，二者之间具体通过万向轴承400进行连接(如图6所示)，其中连接筒203与万向轴承外圈401连接，轴承安装筒与万向轴承内圈402连接；另外，所述被测板用来给位移传感器提供感知目标，传感器通过测量被测板三个目标位置信息从而解算出法向角信息。

所述压脚300具体包括压脚本体301、安装孔302、冷却润滑接口303和三个触点部304；其中所述安装孔302设置在所述压脚本体301中心处；所述冷却润滑接口303设置在所述压脚本体301侧壁上；三个所述触点部304凸起设置在压脚本体301的顶部上；所述压脚上的三个所述触点部304均与被测工件表面接触，所述压脚具体通过三个触点部304与被测工件贴合。需要说明的是，用来与被测工件表面接触，通过三个触点部304与被测工件贴合。通过安装孔302与被测板进行连接，压脚上具有冷却润滑接口303。另外，如图4所示，上述压脚300与被测板200之间采用可拆卸连接(即通过压脚300上的六个安装孔302实现与被测板200实现螺栓连接)；由于测量时需要面对不同曲率大小的被测工件，对其法向角实施测量；所以为了适应不同曲率大小的工件，上述压脚300与被测板200之间采用可拆卸连接，这样可以方便拆卸更换不同大小的压脚300，进而对不同的被测工件实施作用。

分析上述多功能的法向角测量装置的具体结构可知：上述多功能的法向角测量装置其主要由底座、被测板、压脚三大结构部分组成；同时其具体还设置有万向轴承、复位弹簧、冷却润滑喷嘴、环形信号调理板、位移传感器等结构，其可以实现法向角的测量；同时在钻铆过程中，可以对废屑进行及时排出，避免废屑影响加工进度；同时通过压脚处的润滑油喷嘴和冷气喷嘴可以对钻头不能进行润滑和冷却，进而大幅提升了加工效率和加工质量。

下面对本实用新型实施例提供的多功能的法向角测量装置的具体结构以及具体技术效果做一下详细说明：

上述多功能的法向角测量装置其各组成部分的特征及其作用如下：

有关底座：

优选的，作为一种可实施方案；所述底座100还包括电路板安装槽107、传感器走线孔108；传感器走线孔108、电路板安装槽107均设置在所述底座本体101的底部。所述传感器走线孔108用于安装容纳所述位移传感器的连接线。所述电路板安装槽107用于安装设置所述环形信号调理板。

需要说明的是，上述底座主要用支撑功能，一端连接末端执行器，另一侧与被测板进行连接；上述底座具体由底座本体101、排屑口102、传感器安装槽103、螺栓安装孔104、复位弹簧安装槽105、万向轴承安装槽106、电路板安装槽107、传感器走线孔108、轴承安装筒109等结构组成；

有关被测板：

被测板200用来给位移传感器提供感知目标，传感器通过测量被测板三个目标位置信息从而解算出法向角信息。被测板主要由被测板本体201，压脚安装槽202，连接筒203组成。被测板通过连接筒203与底座100连接，二者之间具体通过万向轴承400进行连接。

有关冷却润滑附件：

优选的，作为一种可实施方案；所述多功能的法向角测量装置还包括冷却润滑附件500；所述冷却润滑附件500嵌入安装于所述压脚300的侧壁上的冷却润滑接口303内。所述冷却润滑附件500具体包括冷却润滑附件本体501和设置在冷却润滑附件本体501外侧表面的润滑油喷嘴502和冷气喷嘴503；

需要说明的是，上述冷却润滑附件安装于压脚的冷却润滑接口303上，通过附件上的润滑油喷嘴502和冷气喷嘴503对钻头进行润滑、冷却。

有关环形信号调理板：

优选的，作为一种可实施方案；所述多功能的法向角测量装置还包括环形信号调理板；所述环形信号调理板与所述位移传感器电连接。

需要说明的是，上述环形信号调理板(即为信号处理系统)，采集位移传感器数值，通过特定的算法解算出法向角，并进行实时数据传输。

有关位移传感器：

优选的，作为一种可实施方案；所述传感器安装槽103具体为三个，三个传感器安装槽103均匀间隔分布在所述底座本体101的表面上。

需要说明的是，上述位移传感器用于感知被测板与底座之间的距离；同时还设置有压力传感器，上述压力传感器设置在压脚与被测工件之间，上述压力传感器用于感知压脚与被测工件表面的压力值。

有关数据接口：

优选的，作为一种可实施方案；所述多功能的法向角测量装置通过所述数据接口与外部系统连接。所述数据接口可以是网口、串口或是USB接口中的一种。

需要说明的是，上述数据接口：用于连接多功能的法向角测量装置与外部系统，进行信号交互，可采用网口、串口及USB等传输方式。

本实用新型实施例提供的多功能的法向角测量装置具有如下方面的技术优势：

一、本实用新型实施例提供的多功能的法向角测量装置，其每个结构部分都具有特殊的结构设计，且结构部分的具体结构装置之间连接、布局等都具有巧妙的设计；因此，本实用新型实施例提供的多功能的法向角测量装置，其设计更为合理，系统架构更加新颖、功能更加完善。

二、本实用新型实施例提供的多功能的法向角测量装置，其采用压脚可拆卸结构，压脚方便拆卸，可按照被加工工件的曲率更换合适口径的压脚，保证法向角测量精度的准确性(即具备压脚可拆卸功能，可根据被测工件表面曲率更换不同直径的压脚，保证测量精度的准确性)。

三、本实用新型实施例提供的多功能的法向角测量装置，其采用接触式测量方式，相对于非接触式测量方式，可以准确测量大曲率工件的法向角度。

四、本实用新型实施例提供的多功能的法向角测量装置，其将三个位移传感器合理设计在底座与被测板之间，利用内嵌三个不同目标位置的位移传感器(即传感器布局方式具有特殊的设计)，通过测量值能够解算出法向角信息。

五、本实用新型实施例提供的多功能的法向角测量装置，其自带环形信号调理板，可对传感器信号进行处理，实时输出法向角度信息。

六、本实用新型实施例提供的多功能的法向角测量装置，其结构紧凑，功能多，传感器数量少。除了能够完成法向角测量，还具备排屑、润滑、冷却等设备接口。同时将信号调理系统集成到了结构件上，真正做到了一体化设计。

基于以上诸多显著的技术优势，本实用新型提供的多功能的法向角测量装置必将带来良好的市场前景和经济效益。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。