[发明专利]一种球壳零件厚度及面形的检测方法及装置

权利要求书

1.一种球壳零件厚度及面形的检测装置，其特征在于，所述的检测装置包括固定装置、检测装置、控制系统和附属结构；

所述的固定装置包括C轴连接盘(4)、B轴转接板(6)、支架(7)、球壳盖板(12)、测量模块支架A(15)、测量模块支架B(16)；所述的C轴连接盘(4)与机床C轴(3)连接，能够在机床C轴(3)的带动下绕机床C轴(3)的轴线做360°旋转；所述的B轴转接板(6)固定在B轴(5)上；所述的支架(7)为倒T字形支架，支架(7)底部通过B轴转接板(6)与B轴(5)连接，支架(7)能够在Z轴托板(2)的带动下沿Z轴移动；支架(7)垂直面的中间部分为掏空的台阶结构，台阶面与球壳(11)的法兰平面相接触，用于固定球壳(11)；所述球壳盖板(12)为一端凸起的压板结构，其凸起端用于将球壳(11)的法兰端面压紧到支架(7)上；所述的测量模块支架A(15)、测量模块支架B(16)分别用于支撑固定测量模块A(13)、测量模块B(14)；

所述的检测装置包括旋转平台(8)、转接板(9)、环形连接架(10)、测量模块A(13)、测量模块B(14)；所述的转接板(9)与C轴连接盘(4)相连；所述的旋转平台(8)下台面固定在转接板(9)上，上台面连接环形连接架(10)，旋转平台(8)能够在水平面内转动，带动环形连接架(10)转动，达到调节测量模块初始位置的目的；所述的环形连接架(10)为中空的扇形结构，环形连接架(10)的一个扇形半径上设有缺口，球壳(11)通过此缺口进入环形连接架(10)，所述缺口两侧均设有开槽，开槽处用于固定测量模块支架A(15)、B(16)，且测量模块支架A(15)、B(16)能够在开槽内移动；接触测量时，所述的测量模块A(13)用于测量球壳(11)的内表面的各点坐标(xn,yn)，测量模块B14用于测量球壳(11)外表面的各点坐标(xw,yw)；非接触测量时，所述的测量模块A(13)用于测量测量模块A(13)到球壳(11)的内表面的距离dn，测量模块B(14)用于测量测量模块B(14)到球壳(11)的外表面的距离dw，两测量模块A(13)、B(14)的轴线在同一条直线上，且轴线过球壳球心；

所述的控制系统包括机床C轴控制系统和Z轴控制系统；所述C轴控制器系统用于控制机床C轴(3)绕C轴中心的旋转运动以及沿X方向的直线运动，Z轴控制系统用于控制Z轴托板(2)沿着Z轴方向的直线运动；

所述的附属结构包括机床底座(1)、Z轴托板(2)、机床C轴(3)、B轴(5)；所述的Z轴托板(2)安装在机床底座(1)的导轨上；所述的机床C轴(3)安装在机床底座(1)上；所述的B轴(5)安装于Z轴托板(2)上，用于支撑连接B轴转接板(6)以及支架(7)。

2.根据权利要求1所述的一种球壳零件厚度及面形的检测装置，其特征在于，所述环形连接架(10)的尺寸要求保证在测量时不与支架(7)相撞的同时，保证不与C轴连接盘(4)相撞。

3.一种球壳零件厚度及面形的检测方法，该方法基于权利要求1或2所述的一种球壳零件厚度及面形的检测装置实现，其特征在于，包括以下步骤：

第一步：将待测的球壳(11)放置于支架(7)上，并用球壳盖板(12)将球壳(11)紧密固定于支架(7)上；

第二步：在三坐标平台上测出支架(7)上表面与球壳(11)球心的竖直距离，在测量厚度时以支架(7)的上表面作为基准面；

第三步：将支架(7)安装在B轴转接板(6)上，将测量模块A(13)、B(14)分别安装于测量模块支架A(15)、B(16)上，并将测量模块支架A(15)、B(16)安装于环形连接架(10)缺口两侧的开槽位置；

第四步：调节测量模块A(13)、测量模块B(14)位于球壳(11)的同一条法线方向，并分别将测量模块A(13)、B(14)调整到合适位置，即接触测量时，将测量模块A13、B14调整到与球壳内外表面接触，非接触测量时，将测量模块A13、B14调整距离球壳内、外表面10±5mm的位置；固定测量模块支架A(15)、B(16)在支架(7)开槽处的位置；

第五步：调节旋转平台(8)使得测量模块B(14)到达待测量点，采用机床C轴模式使得机床C轴(3)旋转180度，通过带动C轴连接盘(4)、转接板(9)、旋转平台旋转，进而带动环形连接架(10)进行旋转，接触测量时，测量模块A(13)、测量模块B(14)分别测量球壳(11)内、外表面的坐标点(xn,yn)和(xw,yw)；非接触测量时，测得测量模块A(13)、测量模块B(14)分别距球壳(11)内表面、外表面的距离dn、dw；

第六步：不断调节旋转平台(8)的角度b，重复第五步获得球壳(11)上半球不同位置的(xn,yn)、(xw,yw)或dn、dw；

第七步：将球壳(11)拆下，非接触测量时需要测量测量模块A(13)、测量模块B(14)之间的距离d；再将球壳(11)旋转180度重新装夹，使球壳(11)的下半球面与上半球面调换位置；重复第五步、第六步，此时获得球壳(11)下半球不同位置的(xn,yn)、(xw,yw)或dn、dw；至此完成球壳全部位置的测量；

第八步：接触测量时，将测量出的坐标值统一在同一坐标系下，使用减去对应的即可得出球壳(11)不同位置的厚度，并且根据(xn,yn)和(xw,yw)可得出球壳(11)内外表面的面形分布；非接触测量时，计算d减去对应位置的dn、dw，得到整个球壳不同位置的厚度；根据内、外表面的距离dn、dw得出球壳(11)内外表面的面形分布。