本發(fā)明涉及微小零件裝配，尤其涉及一種用于軸-孔柔順裝配的集成力與位移實時測量的裝置與方法。

背景技術(shù)：

1、精密裝配技術(shù)在現(xiàn)代制造業(yè)中扮演著至關(guān)重要的角色。特別是在航天、生物醫(yī)學(xué)、半導(dǎo)體集成電路等高科技領(lǐng)域，由于這些領(lǐng)域?qū)υO(shè)備的性能和可靠性有著極高的要求，精密裝配的應(yīng)用顯得尤為重要。隨著器件的逐漸小型化和集成化，精密裝配的難度也不斷增加，要求對零件的尺寸、材料、結(jié)構(gòu)有更高的精度要求，同時裝配的效率和自動化程度也需要不斷提高。

2、孔軸裝配作為精密裝配中的一種常見形式，具有顯著的意義。在孔軸裝配過程中，軸和孔的配合精度直接影響到整個機械系統(tǒng)的傳動效率、穩(wěn)定性和壽命。高精度的孔軸裝配可以有效減少機械部件之間的摩擦和振動，保證系統(tǒng)的平穩(wěn)運行，并且延長設(shè)備的使用壽命。在現(xiàn)代制造中，孔軸裝配不僅僅是為了實現(xiàn)簡單的連接，更是為了確保機械系統(tǒng)的整體性能和可靠性。

3、在孔軸裝配中，通過對力數(shù)據(jù)和位移數(shù)據(jù)的實時測量，可以精確控制裝配過程中的各項參數(shù)，確保每一個裝配步驟都符合設(shè)計要求。這些測量不僅幫助工程師了解裝配過程中各部件的實際狀態(tài)，還能夠優(yōu)化設(shè)計，提高裝配精度和效率。力數(shù)據(jù)如載荷和壓力以及位移數(shù)據(jù)如軸的位移和偏移能夠有效監(jiān)控和調(diào)整裝配質(zhì)量，防止?jié)撛诘难b配問題，確保最終產(chǎn)品的性能穩(wěn)定。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是克服當(dāng)前微小間隙孔軸零件裝配過程中存在的裝配過程困難、裝配力數(shù)據(jù)測量不可靠的問題，提供了一種用于軸-孔柔順裝配的集成力與位移實時測量的裝置與方法，應(yīng)用于微小零件的裝配領(lǐng)域。通過實時測量裝配過程中的軸向力、x、y、z向力以及x、y、z三個方向的位移，結(jié)合力標(biāo)定，確保軸孔裝配過程的柔順性與自動調(diào)整功能，提高裝配精度和效率。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種用于軸-孔柔順裝配的集成力與位移實時測量的裝置，包括位移測量單元22、力測量單元24、力標(biāo)定單元25和柔順單元23；

3、所述位移測量單元22包括多個電感測微儀1；

4、所述柔順單元23位于位移測量單元22、力測量單元24之間；

5、所述力標(biāo)定單元25包括三個均布的軸向力傳感器10和三維力傳感器12；所述軸向力傳感器10兩端分別固定于軸向力傳感器上方平臺3、軸向力傳感器下方平臺11；

6、所述電感測微儀1固定于軸向力傳感器上方平臺3上，初始狀態(tài)下其圓形測頭與軸向力傳感器下方平臺11保持一定距離，工作時其圓形測頭隨測桿彈出并抵在軸向力傳感器下方平臺11上方，測量圓形測頭伸縮量，用于計算軸零件裝配時的偏轉(zhuǎn)位移量；

7、所述軸向力傳感器10安裝于軸向力傳感器下方平臺11上方；所述三維力傳感器12安裝于軸向力傳感器下方平臺11下方；所述軸向力傳感器10測量實時檢測裝配時產(chǎn)生的z向力；所述三維力傳感器12用于實時檢測裝配時產(chǎn)生的x、y、z向力；

8、所述軸向力傳感器10頂端的配合槽與安裝于軸向力傳感器上方平臺3下方的柱塞5球頭相配合，將柱塞5球頭前端的一部分卡在配合槽內(nèi)，并在初始狀態(tài)下使柱塞5具有一定的初始壓縮量，保證柱塞5在懸掛情況下只產(chǎn)生軸向位移而不產(chǎn)生徑向位移；

9、所述力標(biāo)定單元25安裝于孔零件安裝板26上，其包括直線軸承a?13、導(dǎo)向軸14、彈簧15、直線軸承b?17、標(biāo)定用力傳感器18；導(dǎo)向軸14兩端分別連接直線軸承a?13、直線軸承b17，導(dǎo)向軸14上套有彈簧15，在標(biāo)定時通過壓縮彈簧15輔助標(biāo)定用力傳感器18達(dá)到標(biāo)定目的；標(biāo)定用力傳感器18連接直線軸承a?13；通過直線軸承a13在導(dǎo)向軸14上滑動，對彈簧15進(jìn)行壓縮，通過彈簧15壓縮產(chǎn)生的彈性力調(diào)節(jié)標(biāo)定用力傳感器18的數(shù)據(jù)；所述標(biāo)定用力傳感器18位于軸零件28一側(cè)與其接觸，通過與軸零件28接觸對軸向力傳感器10、三維力傳感器12進(jìn)行標(biāo)定工作。

10、進(jìn)一步地，所述柔順單元23包括多個柱塞5、球面軸承固定座組件8、支撐軸9；柱塞5在工作時通過壓縮球形柱塞頭進(jìn)行z向柔順；支撐軸9為階梯型，其一端插入至球面軸承固定座組件8中的球鉸7中鎖緊，同時保證支撐軸9留有一定的旋轉(zhuǎn)角度；球鉸7在工作時保證軸零件具有x、y向旋轉(zhuǎn)自由度；支撐軸9與軸向力傳感器下方平臺11相連接。

11、一種用于軸-孔柔順裝配的集成力與位移實時測量的方法，包括步驟如下；

12、第一步，調(diào)整放置于孔零件安裝板26下方的xy向滑臺29和放置于裝置安裝板27后方的z向滑臺21，使力標(biāo)定單元25與安裝在三維力傳感器12下方的被測軸零件28接觸，二者接觸后，啟動標(biāo)定用力傳感器18、軸向力傳感器10、三維力傳感器12；繼續(xù)調(diào)整xy向滑臺29使孔零件安裝板26帶動整個力標(biāo)定單元25在xy方向上移動并與保持靜止的軸零件28發(fā)生接觸從而壓縮彈簧15，計算總結(jié)標(biāo)定用力傳感器18、軸向力傳感器10、三維力傳感器12的實時數(shù)據(jù)及變化；根據(jù)數(shù)據(jù)的差值與變化規(guī)律完成對軸向力傳感器10和三維力傳感器12的標(biāo)定；

13、第二步，標(biāo)定完成后，卸下力標(biāo)定單元25；調(diào)整xy向滑臺29和z向滑臺21，通過軸向力傳感器10、三維力傳感器12數(shù)據(jù)變化檢查軸零件28與孔零件是否發(fā)生初始接觸；在初始接觸后，調(diào)整z向滑臺21將軸零件28下壓進(jìn)行孔軸裝配；在裝配過程柔順單元23自動調(diào)整孔軸位姿；

14、第三步，在裝配過程中，實時開啟力測量單元24中的軸向力傳感器10、三維力傳感器12進(jìn)行檢測；三維力傳感器12直接檢測x、y、z三項分力數(shù)據(jù)；三個均布的軸向力傳感器10單獨檢測z向數(shù)據(jù)；軸向力傳感器10通過與柱塞5的球頭相連，在裝配過程中壓縮柱塞5實時檢測力數(shù)據(jù)；

15、第四步，在裝配過程中，實時開啟位移測量單元22中的電感測微儀1進(jìn)行檢測；在工作時，由于柔順單元23的運動，電感測微儀1的圓形測頭進(jìn)行伸縮運動，實時檢測電感測微儀1的圓形測頭伸縮量并通過其計算零件偏轉(zhuǎn)位移量，通過該位移數(shù)據(jù)，獲得裝配過程中軸零件產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)位移。

16、本發(fā)明的有益效果：通過力標(biāo)定單元實現(xiàn)軸向力傳感器和三維力傳感器的標(biāo)定工作、通過柔順單元實現(xiàn)孔軸自動裝配工作、通過力測量單元實現(xiàn)裝配中力信息實時檢測工作、通過位移測量單元實現(xiàn)裝配中的零件產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)量及位移量實時檢測工作。通過上述單元增大了裝配過程中的柔順性，減小了裝配過程中卡阻情況發(fā)生率；通過實時檢測系統(tǒng)對裝配過程有了更加及時、全面的檢測功能，有效減小零件因受力過大等問題產(chǎn)生的損壞現(xiàn)象，保證了孔軸裝配過程的精密性和平穩(wěn)性。

技術(shù)特征：

1.一種用于軸-孔柔順裝配的集成力與位移實時測量的裝置，其特征在于，該用于軸-孔柔順裝配的集成力與位移實時測量的裝置包括位移測量單元(22)、力測量單元(24)、力標(biāo)定單元(25)和柔順單元(23)；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于軸-孔柔順裝配的集成力與位移實時測量的裝置，其特征在于，所述柔順單元(23)包括多個柱塞(5)、球面軸承固定座組件(8)、支撐軸(9)；柱塞(5)在工作時通過壓縮球形柱塞頭進(jìn)行z向柔順；支撐軸(9)為階梯型，其一端插入至球面軸承固定座組件(8)中的球鉸(7)中鎖緊，同時保證支撐軸(9)留有一定的旋轉(zhuǎn)角度；球鉸(7)在工作時保證軸零件具有x、y向旋轉(zhuǎn)自由度；支撐軸(9)與軸向力傳感器下方平臺(11)相連接。

3.一種用于軸-孔柔順裝配的集成力與位移實時測量的方法，其特征在于，包括步驟如下；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于微小零件裝配技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種用于軸?孔柔順裝配的集成力與位移實時測量的裝置與方法。該裝置包括位移測量單元、柔順單元、力測量單元、力標(biāo)定單元。位移測量單元用于測量裝配時零件偏轉(zhuǎn)位移量；柔順單元用于孔軸裝配過程中提供各項柔順性；力測量單元主要用于測量孔軸裝配過程中的各向力數(shù)據(jù)；力標(biāo)定單元用于對力傳感器標(biāo)定工作。通過上述模塊的協(xié)同配合，實現(xiàn)孔軸零件柔性裝配過程中力位數(shù)據(jù)的實時測量。通過裝配體和裝配作業(yè)模塊間的配合實現(xiàn)孔軸零件自動柔性裝配與力位數(shù)據(jù)測量分析，有效提升裝配效率與裝配精度，有助于相關(guān)實驗設(shè)計。

技術(shù)研發(fā)人員：羅怡,陳樂奇,李佳奇,王曉東,路振達(dá)
受保護(hù)的技術(shù)使用者：大連理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2