一种管材轴心位置偏差测量方法及检测装置

摘要

本发明提供一种管材轴心位置偏差测量方法及检测装置，包括工作台、三轴滑台机构、待测工件定位装置、探测装置；所述探测装置安装于三轴滑台机构滑动端，指向待测工件定位装置；探测装置包括基座、探测爪、弯曲发生装置、传感装置。探测爪在弯曲发生装置作用下向管材弯曲，传感装置将弯曲量转换为电信号输出，通过位移变量与电信号量之间的关系，可获取管材轴心的偏移量。本发明提出一种管材轴心位置偏差测量方法及检测装置，可适用于阵列布置管材的轴心偏差测量，具有测量精度高、操作简单的优点。

说明书

技术领域

本发明涉及管材检测装置技术领域，具体涉及一种管材轴心位置偏差测量方法及检测装置。

背景技术

在生产应用中，管材按照尺寸装配后由于后续特殊工艺易发生变形，其端部轴心位置会与原有设计位存在偏差，但在后续应用中仍需与其他零件进行装配。如在空调换热器的生产过程中，铜管在与多个翅片装配后需要进行胀接工艺，胀接过程会使铜管发生变形，使铜管端口偏离预设位，胀接后的每个铜管仍需与其他零件进行装配，且空调换热器具有阵列的多个铜管，进一步增加了检测难度。因此，获取管材端部轴心实际位置与设计位置的偏差量对实现管材端口装配的自动化具有重要的意义。

现有管材轴心位置的检测方式分为接触式测量和非接触式测量两大类，接触式测量多以机械结构进行硬接触，如中国专利CN203454961U公开的一种用于阀座孔平面轴心偏差度的测量工具，利用杠杆式机械结构直接接触被测物体，再利用百分表读取探测头的偏移量来实现对轴心的检测。虽然该工具结构简单、操作简易，但需要利用百分表等仪器人工测量，测量误差大且不适合测量直径较小的管材。

非接触式测量常以光、电磁、声波作为介质来测量，如中国专利CN105423946公开了一种基于激光位移传感器的轴颈轴心测量装置及测量标定方法，利用两个在平面内成一定角度的可移动激光位移传感器来测量圆柱状零件的轴心。此方法较接触式精度高、安全性好，但是由于光线易受物体遮挡，使得这种方法无法同时测量阵列布设的管材轴心，尤其无法适用于空调换热器阵列铜管的测定。

因此，设计一种测量精度高，可测量阵列布置管材轴心偏差的装置，具有重要的意义和应用价值。

发明内容

本发明提出一种管材轴心位置偏差测量方法及检测装置，可适用于阵列布置管材的轴心偏差测量，具有测量精度高、操作简单的优点。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案解决上述问题：

一种管材轴心位置偏差检测装置，包括工作台、三轴滑台机构、待测工件定位装置、探测装置；所述三轴滑台机构、待测工件定位装置相对设置于工作台上，所述探测装置安装于三轴滑台机构滑动端；所述探测装置包括基座，圆周阵列于基座侧壁的多个探测爪；所述探测爪的尾端固接于基座，前端指向待测工件定位装置所在侧，前后两端之间开设感应槽，槽内设置可测量探测爪弯曲度的传感装置；所述基座前端安装可使探测爪前端向内弯曲的弯曲发生装置，所述待测工件可拆卸安装于所述待测工件定位装置上。

上述方案中，弯曲发生装置吸引探测爪，使探测爪前端弯曲接触管材侧壁，传感装置可获取探测爪的弯曲变量，并将其转化为电信号输出。通过标定探测爪前端位移量与弯曲量的关系，将测量得到的电信号变化值代入，可获得管材轴心相对于标准管轴心的偏差。装置通过多个传感器测定，可获得较高的测量精度。且探测爪具有较大的弯曲范围，能适用于不同管径管材的偏差测量。

进一步的，所述三轴滑台机构包括从下至上叠加的X轴滑台、Y轴滑台和Z轴滑台，所述Y轴滑台滑动设置于X轴滑台上，Z轴滑台滑动设置于Y轴滑台上，基座固接于Z轴滑台的滑块上。

进一步的，所述弯曲发生装置包括尾端固接于基座的中心杆，设置于中心杆前端的通电线圈；所述探测爪采用铁磁性物质，或于探测爪前部设置永磁体，铁磁性物质和永磁体可被通电线圈电磁场吸附。

进一步的，所述探测爪成对设置，每对探测爪的两爪对称设于基座两侧。探测爪采用成对对称式结构，相对设置的两爪便于对同一方向位移量进行测定和核对。

进一步的，所述探测爪前端内壁设置与待测管材外壁线接触的弧面凸台。弧面凸台可减小爪片工作时所需的弯曲量，避免爪片与弯曲发生装置发生干涉，且弧面凸台可增加爪片前端的刚度，保证爪片前端是与圆管外圆相切接触，方便检测数据的转换。

进一步的，所述感应槽设于探测爪外壁，传感装置可采用电阻应变片。

进一步的，所述待测工件定位装置开设可供待测工件滑入的定位槽，并设置定位锁紧装置。

一种管材轴心位置偏差测量方法，包括以下步骤：

S1：分别对每个探测爪前端向探测装置基轴线方向的位移量，与探测爪弯曲变形所带来的传感装置电信号量之间的关系进行标定；

S2：将标准工件安装待测工件定位装置上，使标准工件上与管材外径相同的棒料伸入探测装置内，棒料轴线与探测装置基轴线重合；

S3：利用弯曲发生装置使每个探测爪弯曲，直至每个探测爪前端内壁接触棒料，记录每个探测爪上传感装置输出的电信号A1～An；

S4：将待测工件安装于待测工件定位装置上，通过三轴滑台机构移动探测装置，将探测装置的基轴线与管材原设计尺寸所在的轴线位置重合，并且管材轴端伸入检测装置内；

S5：启动弯曲发生装置使每个探测爪弯曲，使每个探测爪的前端内壁接触管材，记录每个探测爪上传感装置输出的电信号B1～Bn；

S6：将电信号量A1～An、B1～Bn，的差值，代入探测爪前端位移量与电信号量之间的标定关系进行运算，可获取管材轴心对应于多个方向的偏移量，通过对多个偏移矢量进行求和，可获得管材轴心的总偏移量；

S7：通过控制装置对三轴滑台机构和探测装置进行控制，可依次完成阵列管材的逐个测量。

本发明具备以下有益效果：

1、设置沿圆周对称设置的多对探测爪，探测爪前端通过弯曲发生装置可向内弯曲接触管材端口，传感装置将弯曲量转化为电信号输出，根据电信号与位移量的关系可算出探测爪前端的位移量，将管材位移量与标准件位移量进行对比，即可获得管材轴心位置的偏差。

装置采用传感器测定变量，数据完整且测量精度高。探测爪沿圆周阵列，能对管材进行径向多点定位，获取足够的测量数据。探测爪成对对称设置，对称设置的探测爪可对同一方向位移进行两次核对，数据准确可靠。

2、探测装置采用探测爪弯曲接触式测量方式，探测爪具有较大范围的弯曲空间，使装置能适用于一定直径范围管材的测量。且探测爪通过感应磁场的磁场力，弯曲至与管材抵触测量状态，各爪互不干扰，数据可靠。

3、探测装置尾部基座固接于三轴滑台机构，可通过三轴滑台完成X、Y、Z三个方向的位移，当具有阵列布置管材的工件安装在待测工件定位装置上时，可通过程序设定控制三轴滑台机构移动进行连续测量。

附图说明

图1为本发明一种管材轴心位置偏差检测装置的结构示意图；

图2为探测装置的结构示意图。

图号标识：1、工作台，2、三轴滑台机构，21、X轴滑台，22、Y轴滑台，23、Z轴滑台，3、待测工件定位装置，31、定位槽，32、定位锁紧装置，4、探测装置，41、基座，42、探测爪，421、弧面凸台，43、传感装置，44、弯曲发生装置，441、中心杆，442、通电线圈，443、永磁体。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本实施例所述的一种管材轴心位置偏差检测装置，如附图1所示，主体包括工作台1、三轴滑台机构2、待测工件定位装置3、探测装置4。三轴滑台机构2、待测工件定位装置3设于工作台1上，探测装置4安装于三轴滑台机构2的活动端，其前端指向待测工件定位装置3所在侧。

三轴滑台机构2包括从下至上叠加的X轴滑台21、Y轴滑台22和Z轴滑台23。实施例中滑台选用滚珠丝杆滑台，包括滑台基座，转动连接于滑台基座的丝杆，驱动丝杆转动的驱动电机，以及螺纹连接于丝杆的滑块，驱动电机线路与控制装置线路连接。探测装置4的尾端固接于Z轴滑台23的滑块，可随三轴滑台机构2进行X/Y/Z轴的滑动。

如附图2所示，探测装置4包括基座41、探测爪42、传感装置43、弯曲发生装置44，实施例中基座41采用截面为正方形的方块结构，基座41通过紧固件固接于Z轴滑台23。四个探测爪42分别对应基座41的四个侧壁，爪体尾端固接于基座41，前端指向待测工件定位装置3。每个探测爪42外壁开设用于放置传感装置43的安装槽，传感装置43选用电阻应变片，电阻应变片可将探测爪42的弯曲变量转化为电信号输出，通过对电信号进行处理分析，可知探测爪的弯曲量。

探测爪42通过弯曲发生装置44实现前端弯曲，弯曲发生装置44包括尾端固接于基座41的中心杆441，缠绕于中心杆441前端的通电线圈442，以及固定于中心杆441前端内壁的永磁体443。中心杆441采用丝杆结构，基座41开设中心通孔，中心杆441尾端穿过中心孔并通过前后螺母定位。通电线圈442通电产生感应磁场，永磁体443受到磁场作用带动探测爪42向内弯曲，直至与待测管材端壁抵触。探测爪42具有较大的弯曲范围，可适用于一定直径范围管材的轴心偏差测量。

待测工件定位装置3固接于工作台1上，待测工件为具有阵列布置管材零件，待测工件安装在待测工件定位装置3的定位槽31内，并通过定位滑槽侧壁设置的定位锁紧装置32固定。实施例中待测工件采用装配有多个U型管的空调换热器，如附图1所示。通过对控制装置进行设定，三轴滑台机构2可搭载探测装置4依次完成空调换热器上多个管材的连续测定。

一种管材轴心位置偏差测量方法，基于一种管材轴心位置偏差检测装置，测量包括以下步骤：

S1：分别对每个探测爪42前端向探测装置4基轴线方向的位移量，与探测爪42弯曲变形所带来的传感装置43电信号量之间的关系进行标定；

S2：将标准工件安装待测工件定位装置3上，使标准工件上与管材外径相同的棒料伸入探测装置4内，棒料轴线与探测装置4基轴线重合；

S3：利用弯曲发生装置44使每个探测爪42弯曲，直至每个探测爪42前端内壁接触棒料，记录每个探测爪42上传感装置43输出的电信号A1～An；

S4：将待测工件安装于待测工件定位装置3上，通过三轴滑台机构2移动探测装置4，将探测装置4的基轴线与管材原设计尺寸所在的轴线位置重合，并且管材轴端伸入检测装置内；

S5：启动弯曲发生装置44使每个探测爪42弯曲，使每个探测爪42的前端内壁接触管材，记录每个探测爪42上传感装置43输出的电信号B1～Bn；

S6：将电信号量A1～An、B1～Bn，的差值，代入探测爪42前端位移量与电信号量之间的标定关系进行运算，可获取管材轴心对应于多个方向的偏移量，通过对多个偏移矢量进行求和，可获得管材轴心的总偏移量；

S7：通过控制装置对三轴滑台机构2和探测装置4进行控制，可依次完成阵列管材的逐个测量。

以上结合附图对本发明的实施方式详细说明，但本发明不局限于所描述的实施方式。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。