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申请/专利权人：北京北方车辆集团有限公司;北京北方信恒计量检测技术研究所

摘要：本发明公开了一种零件自动定位装置，属于技术基础计量领域，能够实现异形工件的锁紧、定位和运动，该自动定位装置，包括：平动机构、转动机构、锁紧机构和底座等部分。所述平动机构由42步进电机、边框、丝杠螺母副、动导轨、定导轨等零件构成，它和底座固连，实现被测工件沿水平X方向的直线运动并为转动机构提供支承和连接；所述转动机构由42减速步进电机、U型支座和角度传感器等零件构成，实现工件绕X轴的旋转运动；所述锁紧机构由曲轴、定位块和楔形夹紧块组成，实现被测工件在其检测工位上的定位和固定。应用该定位装置，可以实现待测工件的被测点在测量空间的精确定位和姿位锁紧。

主权项：1.零件自动定位装置，其特征在于，包括平动机构、转动机构、锁紧机构和底座；所述的底座用于和平动机构的各部件连接，底部中心有一个凸出的圆柱体，工作时将圆柱体插入硬度计，为整个结构系统提供支承平台；所述平动机构，包括直线步进电机14、连接构件17、四个边框、两个动滑板、定导轨20、滑台和直线位移传感器23；平动静滑板25位于底座24之上，左右卡入两边边框的凹槽内，前端用于安放螺杆和螺母和连接构件17，后面键槽用于安放定导轨20；直线步进电机14包括螺杆和螺母，以螺杆15作为电机输出轴，螺母和螺杆相啮合，从而实现螺母的直线运动；电机上输出端的螺母与连接构件17固定配合，同步运动；动滑板19具有两块，结构相同，对称位于导轨的左右两侧，动滑板底部位于平动静滑板之上，同时动滑板位于连接构件17左右两侧，两块动滑板19的凸台分别从左右两边卡入连接构件17内使两块动滑板19与连接构件17同步运动；直线位移传感器位于前后方向的一侧边框处；滑台21用于连接平动机构和转动机构，下端和动滑板19固定连接；上端和转动机构的支座9固定连接；所述转动机构包括42减速步进电机1、支座9、曲轴4、轴承瓦座3和角位移传感器8；支座9为U型结构，支座下端和平动机构的滑台连接，支座上端两侧前后为圆弧型凹槽，圆弧型凹槽上端分别安装轴承瓦座3；曲轴4是U型结构，前后两端各有一个凸出的轴，该轴正好卡在支座的凹槽和轴承瓦座3之间，前端的轴和42减速步进电机相连接，后端的轴和角位移传感器相连接；电机带动曲轴4一起转动；曲轴的U型结构为零件提供安放空间；曲轴U型空间为锁紧机构的安放空间，曲轴U型的前后内壁各有一个矩形槽，分别用于安装锁紧机构的定位块；所述的锁紧机构包括第一定位块5、第二定位块7；第一定位块5、第二定位块7之间夹紧被测零件；锁紧机构还包括楔形压板，将楔形压板插入曲轴一侧内壁矩形槽中；所述转动机构还包括电机座，电机座用于把电机固定在支座上。

全文数据：零件自动定位装置技术领域[0001]本发明属于技术基础计量领域，涉及一种零件的自动定位装置。背景技术[0002]为了使该异形工件具有高耐磨性和接触疲劳性能，采用感应加热在其圆柱面进行中频淬火，使其在一定范围内获得马氏体组织，从而具有高的硬度，满足其性能要求，因此需要对该硬化区域进行硬度的检测，如何能够快速、准确地对该异形零件特定区域的硬度进行准确测量是一个亟待解决的问题。[0003]目前对异形工件表面硬度的检测通常采用解剖的方法，进行横截面和纵截面的剖面检测，以此确定表面硬化层区的硬度是否满足工艺要求。直接解剖工件确定表面硬化层区的方法既浪费了大量的成品工件，同时也在样品的制备与测量中投入了大量时间，使生产成本增加，检测效率低下。发明内容[0004]—要解决的技术问题[0005]本发明要解决的技术问题是:提供一种零件自动定位装置，即异形工件的自动定位装置，主要实现异形工件的夹持、定位和运动等功能，使异形工件的被测点在测量空间精确定位和姿位锁紧，实现异形工件表面硬化区硬度检测。[0006]二技术方案[0007]为解决上述技术问题，本发明的零件自动定位装置，包括平动机构、转动机构、锁紧机构和底座。零件自动定位装置，包括平动机构、转动机构、锁紧机构和底座;底座采用与硬度测量设备相匹配的连接方式，为整个结构系统提供支承平台；平动机构和底座固连，实现沿水平X方向的直线运动;转动机构固连在直线运动提供的平台之上，实现工件绕X轴的旋转运动;锁紧机构实现被测零件在其检测工位上的定位和固定;平动自由度和转动自由度均采用42步进电机驱动，其位置分别由直线位移传感器和角位移传感器独立检测。[0008]零件自动定位装置，包括平动机构、转动机构、锁紧机构和底座;所述的底座用于和平动机构的各部件连接，底部中心有一个凸出的圆柱体，工作时将圆柱体插入硬度计，为整个结构系统提供支承平台；所述平动机构，包括直线步进电机、连接构件、四个边框、两个动滑板、定导轨、滑台和直线位移传感器;平动静滑板位于底座之上，左右卡入两边边框的凹槽内，前端用于安放丝杠螺母副和连接构件，后面键槽用于安放定导轨;直线步进电机包括螺杆和螺母，以螺杆作为电机出轴，螺母和螺杆相啮合，从而实现螺母的直线运动；电机上输出端的螺母与连接构件固定配合，同步运动;动滑板具有两块，结构相同，对称位于导轨的左右两侧，动滑板底部位于平动静滑板之上，同时动滑板位于连接构件左右两侧，两块动滑板的凸台分别从左右两边卡入连接构件内使两块动滑板与连接构件同步运动;直线位移传感器位于前后方向的一侧边框处;滑台用于连接平动机构和转动机构，下端和动滑板固定连接;上端和转动机构的支座固定连接;所述转动机构包括42减速步进电机、支座、曲轴、轴承瓦座和角位移传感器;支座为U型结构，支座下端和平动机构的滑台连接，支座上端两侧前后为圆弧型凹槽，圆弧型凹槽上端分别安装轴承瓦座；曲轴是U型结构，前后两端各有一个凸出的轴，该轴正好卡在支座的凹槽和轴承瓦座之间，前端的轴和42减速步进电机相连接，后端的轴和角位移传感器相连接;电机带动曲轴一起转动；曲轴的U型结构为零件提供安放空间；曲轴U型空间为锁紧机构的安放空间，曲轴U型的前后内壁各有一个矩形槽，分别用于安装锁紧机构的定位块;所述的锁紧机构包括第一定位块、第二定位块;第一定位块、第二定位块之间夹紧被测零件。[0009]优选地，动滑板内侧前端和连接构件固定，内侧后端是一个梯形坡面，上窄下宽；定导轨是横截面是一个梯形，上宽下窄，固定在平动静滑板后侧正中心的键槽内，定导轨左右侧坡面和动滑板内侧面配合，使动滑板能够前后移动，但不能上下移动。[0010]优选地，四个边框包括第一长边框、第二长边框、第一短边框、第二短边框;第一长边框，第二长边框位于底座左右两侧，第一短边框、第二短边框位于底座前后两侧，四个边框相互连接构成一个矩形方框，底部均和底座连接;第一长边框，中间留有长方形凹槽，用于放置直线位移传感器;第二长边框，尺寸和第一长边框一致;两个长边框设置轴向卡槽，动滑板外侧插入卡槽内，对动滑板上下移动进行限位;第一短边框，下端正中间有一个孔，电机的丝杠穿过该孔;第二短边框下端与固定平动静滑板后端固定连接。[0011]优选地，42减速步进电机，带有谐波减速器，便于设备工作时的自锁，并且使得回转运动的轴线和工件测试时的施力轴线共面相交。[0012]优选地，曲轴前后两端凸出的轴外侧套有滑动轴瓦，滑动轴瓦作用在于保持轴稳定转动。[0013]优选地，定位块一侧有一个矩形凸起，直接镶嵌在曲轴前后内壁的矩形槽中，另一侧两端有两个圆柱形凸起，用于夹紧被测零件。[0014]优选地，锁紧机构还包括楔形压板，将楔形压板插入曲轴一侧内壁矩形槽中。[0015]优选地，锁紧机构还包括楔形压板，楔形压板有两个螺栓，当待测零件被夹在两个第一定位块、第二定位块中间时，将楔形压板插入曲轴一侧内壁矩形槽中，通过拧紧楔形压板上的两个连接螺栓，从而推挤定位块来锁紧被测零件。[0016]优选地，所述转动机构还包括电机座，电机座用于把电机固定在支座上。[0017]本发明还具有以下特点：[0018]1、平动机构和底座固连，实现待测工件沿水平X方向的直线运动，并为转动机构提供支承和连接，最大行程50mm，水平精度±0.1mm;[0019]2、转动机构固连在直线运动提供的平台之上，实现工件绕X轴的旋转运动，角度精度±1°;[0020]3、锁紧机构实现被测工件在其检测工位上的定位和固定，主要由楔形压板和穿过曲轴的连接螺栓来实现。[0021]三有益效果[0022]本发明的优点在于，其所发明的一套零件的自动定位装置，具备如下有益效果：[G023]1本套装置不受待测工件不规则外形的局限，可以实现对异形工件的姿位锁紧，进行表面硬度的测量；[0024]2该定位装置能够保证待测工件任一被测表面与测量仪压头垂直。[0025]3利用该套定位装置的平动和转动功能，可以实现待测工件的被测点在测量空间的精确定位，水平精度±〇.1隨，旋转角度精度±1°，避免了人工操作的繁琐与不准确性，最终实现异形工件硬化层的准确测量。附图说明[0026]图1是异形零件结构图[0027]图2是装置总成正面示意图[0028]图3是装置总成背面示意图[0029]图4是底座结构不意图[0030]图5是平动机构示意图[0031]图6是步进电机[0032]图7是连接构件[0033]图8是平动静滑板[0034]图9是第一动滑板[0035]图10是第二动滑板[0036]图11是第一长边框[0037]图12是第二长边框[0038]图13是第一短边框[0039]图14是第二短边框[0040]图15是定导轨[0041]图16是滑台[0042]图17是转动机构示意图[0043]图18是电机座[0044]图19是支座[0045]图20是曲轴[0046]图21是轴承瓦座[0047]图22是滑动轴瓦[0048]图23，图24，图25是锁紧机构不同角度示意图[0049]图26是第一定位块[0050]图27是第二定位块[0051]图28是楔形压板结构示意图[0052]1.42步进减速电机2•电机座23•轴承瓦座4曲轴5.定位块26.被测件7.定位块18角位移传感器9•支座10•第二短边框11•第一长边框112第一•短边框213.电机座114.42步进电机I5•丝杠I6•丝杠螺母副I7•连接构件18.长边框219•第一动滑板20.定导轨21.第二动滑板，34-被测零件。具体实施方式[0053]下面结合附图对本发明进一步详细描述。[0054]首先,分析待测零件如图1的结构特征可知，被测区域具有圆柱曲面特征，底面不平行，无法放置在硬度检测仪上，只能设计定位装置将其夹紧并且自动定位进行检测，因此该装置应至少具备1个平动自由度和1个转动自由度，方可确保零件上的被测点到达测试工位。[0055]定位装置包括平动机构、转动机构、锁紧机构和底座四部分，[0056]其中，底座如图4所示，为长方体平板，底座一侧有一个矩形孔，用于安放丝杠螺母副和连接构件。平板上设计了许多螺纹孔和通孔用于和平动机构的各部件连接。平板底部中心有一个凸出的圆柱体，工作时将圆柱体插入硬度计，为整个结构系统提供支承平台。[0057]其中，如图5所示，所述平动机构，包括直线步进电机14、连接构件17、第一长边框11、第二长边框18、第一短边框10、第二短边框12、第一动滑板19、第二动滑板21、定导轨20、滑台和直线位移传感器23。[0058]如图8所示，平动静滑板25形状和底座24类似，左右两端凸出部分正好卡入两个短边框10和12的凹槽内，前端矩形孔用于安放丝杠螺母副和连接构件17,后面键槽用于安放定导轨20。[0059]如图6所示，直线步进电机14,自带螺杆和螺母16。以螺杆15作为电机出轴，电机驱动螺母和螺杆相啮合，从而实现螺母的直线运动。直线步进电机大大简化了设计，能够在不安装外部机械联动装置的情况下直接使用直线步进电机进行精密的线性运动，电机上输出端的螺母通过螺丝与连接构件17连接。[0060]如图7所示，连接构件17与螺母固定，中间具有U型槽纵截面。[0061]如图9、图10所示，动滑板19具有两块，结构相同，对称位于导轨的左右两侧，动滑板底部位于平动静滑板之上，同时动滑板位于连接构件17左右两侧，两块动滑板19的凸台分别从左右两边卡入U型槽内。[0062]动滑板内侧前端和连接构件17固定，内侧后端是一个梯形坡面，上窄下宽。[0063]如图15所示，定导轨2〇是横截面是一个梯形，上宽下窄，固定在平动静滑板后侧正中心的键槽内，[00M]定导轨20左右侧坡面和动滑板内侧面配合，动滑板可以前后移动，但不能上下移动。[0065]电机带动丝杠螺母副转动，转换成连接构件的直线运动，从而带动动滑板做直线运动。[0066]如图11所示，第一长边框11，第二长边框18位于底座左右两侧，第一短边框10、第二短边框位于底座前后两侧，四个边框相互连接构成一个矩形方框，底部均和底座连接。[0067]第一长边框11，中间留有长方形凹槽，用于放置直线位移传感器哦面；如图12所示，第二长边框18,尺寸和第一长边框一致。两个长边框设置轴向卡槽，动滑板外侧插入卡槽内，对动滑板上下移动进行限位。如图13所示，第一短边框12，下端正中间有一个孔，电机的丝杠穿过该孔，如图14所示，第二短边框1〇下端与固定平动静滑板后端固定连接。[0068]如图I6所示，滑台21用于连接平动机构和转动机构，下端和动滑板19固定连接。上端和转动机构的支座9固定连接。[0069]直线位移传感器23，固定在第二长边框上，是电位器式传感器，它通过电器元件将被测机械位移量转换成与之成线性或任意函数关系的电阻或电压输出。为实现测量位移目的在位移变化和电阻变化之间有一个确定关系，直线位移传感器的可动电刷与滑台相连接，实现滑台位移量与电信号的相互转换。[0070]平动机构和底座连接，底座为平动机构提供一个支撑平台，42步进电机为平动机构提供旋转动能，驱动连接构件17,实现把电机的旋转运动转换成连接构件的直线运动。连接构件17和动滑板连接，动滑板随着连接构件水平移动，定导轨采用燕尾形式为动滑板定向。长边框为动滑板提供上下方向定位，其上设置卡槽防止动滑板上下移动，并且边框可提高底座的刚度。最终实现待测工件沿水平X方向的直线运动，由安装在长边框上的直线位移传感器传递水平位移信号。平动机构的最大行程为50mm，水平精度±0•。[0071]其中，所述转动机构，如图17所示，包括42减速步进电机1、电机座2、支座9、曲轴4、轴承瓦座3和角位移传感器8。[0072]42减速步进电机1，带有谐波减速器，便于设备工作时的自锁，并且使得回转运动的轴线和工件测试时的施力轴线共面相交。[0073]如图18所示，电机座2，中心为直径36mm的圆孔，它的中心孔根据电机尺寸设计，用于把电机固定在转动机构上。[0074]如图19所示，支座9为U型结构，支座下端和平动机构的滑台连接，上端两侧为直径50mm的圆弧型凹槽，支座前后的上端分别安装轴承瓦座3。如图21所示，轴承瓦座3起保护轴的作用。[0075]曲轴4两侧的轴正好卡在支座的凹槽和轴承瓦座3之间。[0076]如图20所示，曲轴4也是U型结构，前后两端各有一个凸出的轴，轴的中心为带键槽的孔洞，用于和电机连接。前端的轴和42减速步进电机相连接，后端轴和角位移传感器相连接。外罩轴承瓦座，并由螺栓固定。[0077]如图22所示，轴外侧套有滑动轴瓦，滑动轴瓦作用在于保持轴稳定转动，不晃动。[0078]电机带动曲轴4一起转动。[0079]曲轴为工件提供安放空间，曲轴4转动，实现工件的旋转。曲轴U型空间为锁紧机构提供安放空间，曲轴U型的前后内壁各有一个矩形槽，用于安装锁紧机构的定位块5和7。[0080]角位移传感器8,它安装在曲轴的后端凸出的轴，曲轴的旋转角度传递到角位移传感器，带动与之相连的扰流片，改变线圈中的感应电压，输出与旋转角度成比例的电压信号，实现工件的旋转角度与电压信号的相互转换与传递。[0081]支座9采用分体式以便于装配，支座9底部和平动机构的滑台实现固连，动滑板水平移动，带动整个支座可以沿X方向平动。[0082]转动机构驱动采用带谐波减速器的42步进电机，以便于设备工作时的自锁，并且使得回转运动的轴线和工件测试时的施力轴线共面相交;42减速步进电机驱动曲轴旋转，带动整个锁紧机构转动，实现工件绕X轴的旋转运动，其转过的角度信号由安装在支座另一端的角位移传感器采集，角度精度±1°[0083]其中，所述锁紧机构，如图23、图24，图25所示，锁紧机构包括第一定位块5、第二定位块7和楔形压板22。[0084]如图26，图27所示，定位块一侧有一个矩形凸起，直接镶嵌在曲轴前后内壁的矩形槽中，另一侧两端有两个圆柱形凸起，用于夹紧被测零件。[0085]第一定位块5、第二定位块7之间夹紧被测零件。[0086]如图28所示，楔形压板22有两个螺栓，当待测零件被夹在两个第一定位块5、第二定位块7中间时，将楔形压板插入曲轴一侧内壁矩形槽中，通过拧紧楔形压板上的两个连接螺栓，从而推挤定位块来锁紧被测零件。[0087]曲轴上的矩形槽用于实现两个定位块的安装和定位，以确保回转机构轴线和工件回转轴线重合。定位块上的两个圆柱体和被测零件的对应结构相配合来实现工件的定位，根据不同零件的结构可以设计不同形式的定位工装块;锁紧功能由楔形压板如图7所示）和穿过曲轴的连接螺栓来实现。[0088]首先将该装置装入硬度计，由锁紧机构将异形工件固定，实现姿态位置锁紧，通过平动机构和转动机构，移动被测零件，精确定位进行硬度测量。[0089]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

权利要求：1.零件自动定位装置，其特征在于，包括平动机构、转动机构、锁紧机构和底座;底座采用与硬度测量设备相匹配的连接方式，为整个结构系统提供支承平台；平动机构和底座固连，实现沿水平X方向的直线运动;转动机构固连在直线运动提供的平台之上，实现工件绕X轴的旋转运动;锁紧机构实现被测零件在其检测工位上的定位和固定;平动自由度和转动自由度均采用42步进电机驱动，其位置分别由直线位移传感器和角位移传感器独立检测。2.零件自动定位装置，其特征在于，包括平动机构、转动机构、锁紧机构和底座；所述的底座用于和平动机构的各部件连接，底部中心有一个凸出的圆柱体，工作时将圆柱体插入硬度计，为整个结构系统提供支承平台；所述平动机构，包括直线步进电机（14、连接构件（17、四个边框、两个动滑板、定导轨20、滑台和直线位移传感器23;平动静滑板25位于底座（24之上，左右卡入两边边框的凹槽内，前端用于安放丝杠螺母副和连接构件17，后面键槽用于安放定导轨20;直线步进电机（14包括螺杆和螺母，以螺杆（15作为电机出轴，螺母和螺杆相啮合，从而实现螺母的直线运动;电机上输出端的螺母与连接构件17固定配合，同步运动；动滑板19具有两块，结构相同，对称位于导轨的左右两侧，动滑板底部位于平动静滑板之上，同时动滑板位于连接构件（17左右两侧，两块动滑板（19的凸台分别从左右两边卡入连接构件（17内使两块动滑板19与连接构件（17同步运动;直线位移传感器位于前后方向的一侧边框处；滑台（21用于连接平动机构和转动机构，下端和动滑板（19固定连接;上端和转动机构的支座⑼固定连接；所述转动机构包括42减速步进电机1、支座9、曲轴4、轴承瓦座3和角位移传感器8;支座9为U型结构，支座下端和平动机构的滑台连接，支座上端两侧前后为圆弧型凹槽，圆弧型凹槽上端分别安装轴承瓦座3;曲轴4是U型结构，前后两端各有一个凸出的轴，该轴正好卡在支座的凹槽和轴承瓦座3之间，前端的轴和42减速步进电机相连接，后端的轴和角位移传感器相连接;电机带动曲轴4一起转动；曲轴的U型结构为零件提供安放空间；曲轴U型空间为锁紧机构的安放空间，曲轴U型的前后内壁各有一个矩形槽，分别用于安装锁紧机构的定位块；所述的锁紧机构包括第一定位块5、第二定位块7;第一定位块5、第二定位块7之间夹紧被测零件。3.根据权利要求2所述的零件自动定位装置，其特征在于，动滑板内侧前端和连接构件（17固定，内侧后端是一个梯形坡面，上窄下宽；定导轨20是横截面是一个梯形，上宽下窄，固定在平动静滑板后侧正中心的键槽内，定导轨20左右侧坡面和动滑板内侧面配合，使动滑板能够前后移动，但不能上下移动。4.根据权利要求2所述的零件自动定位装置，其特征在于，四个边框包括第一长边框（11、第二长边框（I8、第一短边框（10、第二短边框（12;第一长边框11，第二长边框I8位于底座左右两侧，第一短边框10、第二短边框位于底座前后两侧，四个边框相互连接构成一个矩形方框，底部均和底座连接;第一长边框（11，中间留有长方形凹槽，用于放置直线位移传感器;第二长边框（18，尺寸和第一长边框一致;两个长边框设置轴向卡槽，动滑板外侧插入卡槽内，对动滑板上下移动进行限位;第一短边框（12，下端正中间有一个孔，电机的丝杠穿过该孔;第二短边框10下端与固定平动静滑板后端固定连接。5.根据权利要求2所述的零件自动定位装置，其特征在于，42减速步进电机，带有谐波减速器，便于设备工作时的自锁，并且使得回转运动的轴线和工件测试时的施力轴线共面相交。6.根据权利要求2所述的零件自动定位装置，其特征在于，曲轴前后两端凸出的轴外侧套有滑动轴瓦，滑动轴瓦作用在于保持轴稳定转动。7.根据权利要求2所述的零件自动定位装置，其特征在于，定位块一侧有一个矩形凸起，直接镶嵌在曲轴前后内壁的矩形槽中，另一侧两端有两个圆柱形凸起，用于夹紧被测零件。8.根据权利要求2所述的零件自动定位装置，其特征在于，锁紧机构还包括楔形压板，将楔形压板插入曲轴一侧内壁矩形槽中。9.根据权利要求2所述的零件自动定位装置，其特征在于，锁紧机构还包括楔形压板，楔形压板有两个螺栓，当待测零件被夹在两个第一定位块、第二定位块中间时，将楔形压板插入曲轴一侧内壁矩形槽中，通过拧紧楔形压板上的两个连接螺栓，从而推挤定位块来锁紧被测零件。10.根据权利要求2所述的零件自动定位装置，其特征在于，所述转动机构还包括电机座，电机座用于把电机固定在支座上。

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