一种蜗轮尺寸检测装置的制作方法

本发明涉及机械及自动检测领域，特别是涉及一种蜗轮尺寸检测装置。

背景技术：

蜗轮在机械加工过程中对其齿型以及内孔花键孔都有很高精度要求，但在加工的过程中，都会出现一定的制造偏差，如果制造偏差在公差带范围内则是合格零件，如果制造偏差不在公差带范围内则就需要重新加工或者报废，所以就需要对其有公差要求的尺寸进行检测。常规情况下的检测方法是采用百分表等工具对蜗轮表面进行手动检测，但是这种方法效率低、劳动强度大、检测误差大，导致检测合格的产品中次品率较高，降低了产品的整体质量，次品产品的使用可能会严重影响机械设备的工作性能，降低设备的使用寿命，甚至增加造成人员伤亡的几率。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种蜗轮尺寸检测装置，以期实现提高自动化程度、提高检测效率、提高检测精度及减轻劳动强度的目的。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种蜗轮尺寸检测装置，用于蜗轮各尺寸参数的检测，包括机架，所述机架上分别安装有定位夹紧机构、蜗轮内花键检测机构、蜗轮端面检测机构、蜗轮外齿面检测机构；

所述定位夹紧机构用于夹持蜗轮，并在夹持状态下驱动蜗轮转动或垂向移动并定位；

所述蜗轮内花键检测机构位于夹持后的蜗轮端面的一侧，用于检测蜗轮内花键结构的尺寸参数；

所述蜗轮端面检测机构位于夹持后的蜗轮端面的两侧，用于检测蜗轮端面结构的尺寸参数；

所述蜗轮外齿面检测机构位于夹持后的蜗轮外齿面的一侧，用于检测蜗轮外齿结构的尺寸参数。

进一步的，所述定位夹紧机构包括夹紧组件、定位组件，定位组件位于夹紧组件的正下方；

所述夹紧组件包括垂直固定于机架侧面顶部的第一线性模组、由第一线性模组驱动的第一安装体，第一安装体的底部转动连接有转动辊子，第一安装体的侧面安装有驱动转动辊子转动的第二伺服电机；

所述定位组件包括垂直固定于机架工作台面上的第二线性模组、由第二线性模组驱动的第二安装体，第二安装体的顶部转动连接有第一定位辊子、第二定位辊子，第二安装体的顶部两侧还固定连接有定位板。

进一步的，所述第一定位辊子、第二定位辊子在第二安装体内并列分布，且外径相同、轴线位于同一水平面内。

进一步的，所述第一定位辊子、第二定位辊子外圆面中心位置设置有环形的定位凸起，定位凸起的表面与蜗轮的外齿表面凹槽相匹配。

进一步的，所述转动辊子的轴线在水平面内的投影位于第一定位辊子和第二定位辊子的轴线在水平面内投影的中间位置。

进一步的，所述蜗轮内花键检测机构包括固定于机架工作台面上的第三线性模组、由第三线性模组驱动的第一安装板，第一安装板的顶面安装有第一传感器，第一传感器靠近定位夹紧机构的侧面设置有探头支架，探头支架远离第一传感器的端部嵌装有传感器探头。

进一步的，所述蜗轮端面检测机构包括固定于机架工作台面上的第一安装架、第二安装架、固定于第一安装架顶部的第二传感器、固定于第二安装架顶部的第三传感器，第二传感器和第三传感器分别位于定位夹紧机构的两侧。

进一步的，所述第二传感器、第三传感器的检测位置位于同一水平面内，且均位于夹持后的蜗轮轴线所在的垂直平面内。

进一步的，所述蜗轮外齿面检测机构包括固定于机架工作台面上的第四线性模组、由第四线性模组驱动的第二安装板，第二安装板的顶部靠近定位夹紧机构一侧安装有并列设置的第四传感器和第五传感器。

进一步的，所述第四传感器的检测位置与夹持后的蜗轮的轴线位于同一水平面内，并位于与夹持后的蜗轮轴线相垂直的蜗轮中间平面内。

本发明的有益效果如下：

1.本发明通过采用传感器对蜗轮进行自动检测，可检测出外形参数的全部尺寸数据，并通过对比分析判断各个尺寸是否合格，无需人工检测，克服了人工检测的缺点与不足，提高了产品的检测效率；

2.本发明通过采用伺服电机驱动和线性模组传动，实现各个传感器检测位置的定位，具有传动精度高、传动平稳的特点，同时定位精度高，提高了检测结果的准确性；

3.本发明通过采用两组伺服电机驱动和线性模组传动结构组成的定位夹紧机构，可实现蜗轮被夹紧的情况下进行上下移动，定位精度高，提高了检测结果的准确性，同时采用两个定位棍子和一个驱动棍子实现蜗轮的夹紧以及在夹紧位置的转动，使得蜗轮转动平稳，保证了传感器的检测精度。

附图说明

图1为所述蜗轮的立体结构示意图；

图2为本发明的立体结构示意图；

图3为所述蜗轮定位夹紧机构的立体结构示意图；

图4为所述蜗轮内花键检测机构的立体结构示意图；

图5为所述蜗轮端面检测机构的立体结构示意图；

图6为所述蜗轮外齿面检测机构的立体结构示意图；

图中：1蜗轮、11外齿、12端面、13r型槽、14凸台、15内花键、2定位夹紧机构、21夹紧组件、210第一安装座、211第一伺服电机、212第一丝杠、213第一滑块、214第一安装体、215转动辊子、216第二伺服电机、22定位组件、220第二安装座、221第三伺服电机、222第二丝杠、223第二滑块、224第二安装体、225第一定位辊子、226第二定位辊子、227定位板、3蜗轮内花键检测机构、31第三安装座、32第四伺服电机、33第三丝杠、34第三滑块、35第一安装板、36第一传感器、37探头支架、4蜗轮端面检测机构、41第一安装架、42第二安装架、43第二传感器、44第三传感器、5蜗轮外齿面检测机构、51第四安装座、52第五伺服电机、53第四丝杠、54第二安装板、55第四传感器、56第五传感器、57第四滑块、6机架。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

请参阅图1，现有蜗轮1的结构如图所示，包括外齿11、端面12、r型槽13、凸台14、内花键15，待检测的尺寸参数包括蜗轮1的宽度、两侧r型槽13的深度、凸台14的高度、外齿11的中径、外齿11的底径、外齿11的螺旋角、内花键15的齿厚、内花键15的大径、内花键15的小径。

为便于说明，定义笛卡尔空间直角坐标系：蜗轮的质心为坐标原点、轴向为x轴方向、垂直方向为y轴方向、另一方向为z轴方向。

请参阅图2，一种蜗轮尺寸检测装置，用于蜗轮1各尺寸参数的检测，包括机架6，机架6上分别安装有定位夹紧机构2、蜗轮内花键检测机构3、蜗轮端面检测机构4、蜗轮外齿面检测机构5。

定位夹紧机构2用于夹持蜗轮1，并在夹持状态下驱动蜗轮1绕x轴转动或沿y轴方向移动并定位，蜗轮1被夹紧后，其端面垂直于x轴方向、外齿面垂直于z轴方向。蜗轮内花键检测机构3位于蜗轮1夹持位置的x轴负向，用于检测蜗轮1内花键结构的尺寸参数。蜗轮端面检测机构4分别位于蜗轮1夹持位置的x轴正向、负向，用于检测蜗轮1端面结构的尺寸参数。蜗轮外齿面检测机构5位于蜗轮1夹持位置的z轴负向，用于检测蜗轮1外齿结构的尺寸参数。各个检测机构分布在蜗轮1的外侧，使得满足检测蜗轮1各尺寸参数的同时，整体结构紧凑、占地面积较小。

请参阅图3，定位夹紧机构2包括夹紧组件21、定位组件22，定位组件22位于夹紧组件21的正下方，蜗轮1位于夹紧组件21、定位组件22之间。

定位组件22用于蜗轮1的放置以及检测位置的定位，包括固定于机架6工作台面上的第二线性模组、由第二线性模组驱动的第二安装体224，第二线性模组采用滚珠丝杠式，包括第二安装座220、安装在第二安装座220底部的第三伺服电机221、转动连接在第二安装座220内的第二丝杠222、转动连接在第二丝杠222上的第二滑块223。第三伺服电机221的输出轴端与第二丝杠222的一端固定连接，第三伺服电机221通过驱动第二丝杠222转动，实现第二滑块223沿y轴方向移动和定位。

第二安装体224固定于第二滑块223的表面，第二安装体224的顶部转动连接有第一定位辊子225、第二定位辊子226，第一定位辊子225、第二定位辊子226用于承载蜗轮1，并辅助蜗轮1的转动。优选的，第二安装体224的顶部两侧还固定连接有定位板227，定位板227的内侧面与蜗轮1的两个凸台14的端面滑动贴合，用于蜗轮1放置时的姿态限定和初始定位，便于蜗轮1在第一定位辊子225、第二定位辊子226上快速、准确地放置。此外，第一定位辊子225、第二定位辊子226在第二安装体224内并列分布，且外径相同、轴线位于同一水平面内，对称性结构的设置可保证蜗轮1放置及转动的平稳性。

优选的，所述第一定位辊子225、第二定位辊子226外圆面中心位置设置有环形的定位凸起(图中未显示)，定位凸起的表面与蜗轮1的外齿表面凹槽相匹配，使得蜗轮1放置在第一定位辊子225、第二定位辊子226上之后，蜗轮1的垂直中心面即yz平面与第一定位辊子225、第二定位辊子226的中心面自动地重合，保证yz平面的位置在定位组件22上是唯一确定的，且蜗轮1在转动检测过程中不会出现x轴向上的偏移。

夹紧组件21用于蜗轮1放置后的夹紧固定及固定位置的转动，包括固定于机架6侧面顶部的第一线性模组、由第一线性模组驱动的第一安装体214，第一线性模组也采用滚珠丝杠式，包括第一安装座210、安装在第一安装座210顶部的第一伺服电机211、转动连接在第一安装座210内的第一丝杠212、转动连接在第一丝杠212上的第一滑块213。第一伺服电机211的输出轴端与第一丝杠212的一端固定连接，第一伺服电机211通过驱动第一丝杠212的转动，实现第一滑块213的沿y轴方向移动和定位。

第一安装体214固定于第一滑块213的表面，第一安装体214的底部转动连接有转动辊子215，第一安装体214的侧面安装有第二伺服电机216，第二伺服电机216的输出轴端通过位于第一安装体214内的传动机构与转动辊子215的中段轴部连接。第二伺服电机216通过传动机构驱动转动辊子215转动，从而带动蜗轮1在其夹持位置绕x轴转动。传动机构可采用齿轮传动机构、皮带传动机构、同步带传动机构、链轮传动机构中的任意一种，本实施例中采用齿轮传动机构。优选的，所述转动辊子215的轴线在水平面内的投影位于第一定位辊子225和第二定位辊子226的轴线在水平面内投影的中间位置，保证转动辊子215向下移动后可压在蜗轮1的最顶部，并与第一定位辊子225、第二定位辊子226配合，将蜗轮1可靠夹紧，并且使得蜗轮1在夹紧位置可保持原位置转动。

请参阅图4，蜗轮内花键检测机构3包括固定于机架6工作台面上的第三线性模组、由第三线性模组驱动的第一安装板35，第三线性模组也采用滚珠丝杠式，包括第三安装座31、安装在第三安装座31一侧的第四伺服电机32、转动连接在第三安装座31内的第三丝杠33、转动连接在第三丝杠33上的第三滑块34。第四伺服电机32位于第三安装座31远离定位夹紧机构2的一侧，其输出轴端与第三丝杠33的一端固定连接，第四伺服电机32通过驱动第三丝杠33转动，实现第三滑块34沿x轴方向移动和定位。

第一安装板35固定于第三滑块34的顶面，第一安装板35的顶面安装有第一传感器36，第一传感器36靠近定位夹紧机构2的侧面设置有探头支架37，探头支架37远离第一传感器36的端部嵌装有传感器探头(图中未显示)，传感器探头的检测位置位于蜗轮1的轴线上。由于蜗轮1的内径比较小，普通的激光传感器无法完全进入蜗轮1的内部，故本实施例中采用三角形结构的探头支架37，并在探头支架37的尖端顶部开设嵌孔，将体积较小的传感器探头(如德国米依的光谱共焦传感器)内嵌在嵌孔中，通过探头支架37伸入蜗轮1内孔中，传感器探头进行数据采样，并将采样值传到第一传感器36中。本实施例中，为保证探头支架37能够顺利进入蜗轮1的内花键孔中，定位板227的顶面位于探头支架37的底面下方。

请参阅图5，蜗轮端面检测机构4包括固定于机架6工作台面上的第一安装架41、第二安装架42、固定于第一安装架41顶部的第二传感器43、固定于第二安装架42顶部的第三传感器44，第二传感器43和第三传感器44分别位于定位夹紧机构2的两侧。优选的，第二传感器43、第三传感器44的检测位置位于同一水平面内，且均位于xy平面内。

请参阅图6，蜗轮外齿面检测机构5包括固定于机架6工作台面上的第四线性模组、由第四线性模组驱动的第二安装板54，第四线性模组与采用滚珠丝杠式，包括第四安装座51、安装在第四安装座51一侧的第五伺服电机52、转动安装在第四安装座51内的第四丝杠53、转动连接在第四丝杠53上的第四滑块57。第五伺服电机52的输出轴端与第四丝杠53的一端固定连接，第五伺服电机52通过驱动第四丝杠53转动，实现第四滑块57沿x轴方向移动和定位。

第四滑块57位于第四安装座51靠近定位夹紧机构2的一侧，第二安装板54固定于第四滑块57的外侧面上，第二安装板54的顶部靠近定位夹紧机构2一侧安装有并列设置的第四传感器55和第五传感器56。优选的，第四传感器55的检测位置位于z轴上。第五传感器56的检测位置与第四传感器55的检测位置在x轴方向上的间距一定。

在本实施例中，各线性模组均采用伺服电机驱动的滚珠丝杠式线性模组，具有传动精度高、传动平稳、传动噪音小的特点，同时定位精度高。检测装置中的所有传感器均采用激光传感器，具有检测速度快、测量精度高的优点，通过采集蜗轮1各个预设的数据采集点的距离参数，并将参数收集汇总至计算机上的数据分析软件(如基于labview软件开发的数据采集和分析平台)，通过软件将采集的数据进行仿真拟合，并计算出蜗轮的各个检测尺寸，与理论上的蜗轮尺寸参数进行比较，可分析出被检测蜗轮各尺寸的合格情况。

本发明还提供了一种蜗轮尺寸检测的方法，通过蜗轮尺寸检测装置自动检测蜗轮的各尺寸参数，具体的工作过程如下：

(1)装夹定位过程

将蜗轮1置于第一定位辊子225、第二定位辊子226的上方中间位置，由于定位板227的姿态限定和初始定位的作用，蜗轮1的轴线第一定位辊子225、第二定位辊子226的轴线平行、外齿面自动与第一定位辊子225、第二定位辊子226的外圆面滚动接触，同时在第一定位辊子225、第二定位辊子226上的定位凸起作用下，蜗轮1在轴向上自动定位，使得蜗轮1轴线方向上的中心面与第一定位辊子225、第二定位辊子226的轴线上的中心面重合，完成蜗轮1的完全定位。定位完成后，启动第一伺服电机211工作，第一伺服电机211驱动第一丝杠212转动，从而驱动第一滑块213及其上固定的其他部件一同向下移动，直至转动辊子215的底端与蜗轮1的顶端抵触。而后第一伺服电机211暂停工作，启动第二伺服电机216工作，第二伺服电机216通过齿轮传动机构带动转动辊子215转动，转动辊子215则通过摩擦力的作用驱动蜗轮1在夹紧位置绕x轴以一定转速转动。此时，蜗轮1进入待检测状态。

(2)检测过程

蜗轮1装夹完成进入待检测状态后，分别启动各个检测装置中对应的激光传感器对蜗轮1的相应尺寸参数进行检测。

①内花键15的齿厚、大径、小径尺寸检测

打开第一传感器26，启动第四伺服电机32，通过第三丝杠33驱动第三滑块34沿x轴方向移动预设的距离，使探头支架37上的传感器探头伸入至蜗轮1的内花键孔内，第四伺服电机32暂停工作。由于传感器探头的检测位置位于蜗轮1的轴线位置，其检测位置距离内花键15的最大距离和最小距离均为恒定值，在蜗轮1以一定转速进行转动的过程中，传感器探头以恒定的频率对内花键15的内表面进行采点检测，采集的数据点传输至计算机的数据分析软件中，可自动拟合出内花键15大径尺寸和小径尺寸的分布曲线，采集点拟合出的曲线为近似矩形方波，从而获取内花键15的大径尺寸和小径尺寸信息。同时，由于蜗轮1的转速一定、传感器探头的检测频率固定，因而内花键15单个大径弧长范围内和单个小径弧长范围内的采集点数量均为恒定，通过蜗轮1的转速以及单个大径弧长范围、单个小径弧长范围内的采集点数，可通过软件自动计算出内花键15的大径弧长和小径弧长，从而得出内花键15的齿厚尺寸信息。

通过将拟合出的内花键15齿厚、大径、小径尺寸，分别与理论的齿厚、大径、小径尺寸进行对比分析，可以判断出内花键15的齿厚、大径、小径尺寸是否合格。检测完成后，关闭第一传感器36，启动第四伺服电机32反向转动，使蜗轮内花键检测机构3的各组件复位。

②外齿11的中径、底径、螺旋角尺寸检测

打开第四传感器55和第五传感器56，启动第五伺服电机52，通过第四丝杠53驱动第四滑块57沿x轴方向移动预设的距离，使第四传感器55和第五传感器56达到检测位置，蜗轮1以一定转速转动，第四传感器55和第五传感器56以恒定的频率分别对外齿面的两个采样部位进行采点检测。通过上述数据采集分析处理的方法，可以分别拟合出蜗轮1中间平面的齿型和第五传感器56检测位置的齿型。通过将拟合出的中间平面的齿型与理论齿型对比分析，可以判断出外齿11的中径、底径是否合格。由于第五传感器56检测位置与第四传感器55检测位置的间距一定，通过拟合出的蜗轮1中间平面的齿型和第五传感器56检测位置的齿型，可计算出对应的外齿螺旋角。

将计算出的外齿螺旋角与理论螺旋角进行对比分析，可以判断出外齿11的螺旋角是否合格。检测完成后，关闭第四传感器55和第五传感器56，启动第五伺服电机52反向转动，使蜗轮外齿面检测机构5的各组件复位。

③蜗轮1的宽度、r型槽13的深度、凸台14的高度尺寸检测

当蜗轮1的内花键孔和外齿面检测完成后，关闭第二伺服电机216，使蜗轮1停止转动。打开第二传感器43、第三传感器44，启动第一伺服电机211和第三伺服电机221工作，使第一安装体214、第二安装体224以相同速度向上移动，直至蜗轮1在夹紧状态下移动至蜗轮1的宽度尺寸检测位置，此时端面12的顶部处于第二传感器43、第三传感器44的检测位置。第二传感器43、第三传感器44分别检测出两个检测位置与端面12之间的距离，由于第二传感器43、第三传感器44的两个检测位置的相对位置固定，则两个检测位置的间距分别减去两个检测位置与端面12之间的距离，即可得到蜗轮1的宽度尺寸。

再次同时启动第一伺服电机211和第三伺服电机221工作，使第一安装体214、第二安装体224以相同速度向上移动，直至蜗轮1在夹紧状态下移动至r型槽13的深度尺寸检测位置，第二传感器43、第三传感器44分别检测出两个检测位置与r型槽13槽底之间的距离，由于两个检测位置到蜗轮1的两侧端面12的距离已经测定，通过减法运算即可得出两侧r型槽13的深度尺寸。

再次同时启动第一伺服电机211和第三伺服电机221工作，使第一安装体214、第二安装体224以相同速度向上移动，直至蜗轮1在夹紧状态下移动至凸台14的高度尺寸检测位置，第二传感器43、第三传感器44分别检测出两个检测位置与凸台14侧面之间的距离，由于两个检测位置到蜗轮1的两侧端面12的距离已经测定，通过减法运算即可得出蜗轮1两侧凸台14的高度尺寸。

将检测得到的蜗轮1的宽度、r型槽13的深度、凸台14的高度尺寸分别与理论尺寸进行对比分析，可以判断出蜗轮1的宽度、r型槽13的深度、凸台14的高度尺寸是否合格。检测完成后，关闭第二传感器43、第三传感器44，启动第一伺服电机211和第三伺服电机221工作，使定位夹紧机构2的各组件复位，将蜗轮2取下，进入待机状态。

显然地，本发明所提出的基于多传感器的蜗轮尺寸检测装置，对定位夹紧机构稍作调整或更换，同样适用于其他类型的齿轮，以及链轮、同步轮、花键轴等结构的尺寸参数检测、外形曲线拟合以及检测结果的自动对比分析。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。