S形試件幾何質(zhì)量綜合檢測(cè)平臺(tái)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了S形試件幾何質(zhì)量綜合檢測(cè)平臺(tái)，由輪廓度檢測(cè)裝置和用于檢測(cè)波紋度及粗糙度的微觀輪廓檢測(cè)儀構(gòu)成，所述輪廓度檢測(cè)裝置包括基座、驅(qū)動(dòng)裝置和測(cè)頭，所述基座上通過(guò)氣浮軸承設(shè)置有左立柱和右立柱，左立柱和右立柱上設(shè)置有橫梁，所述橫梁上通過(guò)氣浮軸承設(shè)置有溜板箱，所述基座、橫梁和溜板箱上均設(shè)有氣浮導(dǎo)軌，所述溜板箱內(nèi)通過(guò)所述氣浮導(dǎo)軌連接有桿件，所述桿件的底部連接有所述測(cè)頭；微觀輪廓檢測(cè)儀包括平臺(tái)和驅(qū)動(dòng)箱，所述平臺(tái)上設(shè)有電動(dòng)立柱，所述電動(dòng)立柱上設(shè)置有用于活動(dòng)連接所述驅(qū)動(dòng)箱的電動(dòng)立柱導(dǎo)軌，所述驅(qū)動(dòng)箱的底部掛載有電感式傳感器。本發(fā)明可以測(cè)量評(píng)價(jià)S形試件的復(fù)雜自由曲面輪廓度、波紋度和粗糙度等參數(shù)。
【專利說(shuō)明】
s形試件幾何質(zhì)量綜合檢測(cè)平臺(tái)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種S形試件檢測(cè)平臺(tái)，更具體的說(shuō)，是設(shè)及一種針對(duì)S形試件的復(fù)雜 曲面輪廓度、波紋度、粗糖度的幾何質(zhì)量綜合檢測(cè)平臺(tái)。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)代的制造業(yè)中，五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程 中，機(jī)床精度驗(yàn)收是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在保證加工零件精度、機(jī)床調(diào)整中起著關(guān)鍵作用。為此，成飛 提出用于檢驗(yàn)五軸數(shù)控機(jī)床加工性能的"S"形試件，見宋智勇、崔雅文的《綜合檢測(cè)數(shù)控銳 床精度的V'形檢測(cè)試件及其檢測(cè)方法》CN，CN 100468038C[P]. 2009。如圖1中形試件的 Ξ維示意圖，"S"形試件具有曲率變化大、開閉角轉(zhuǎn)換，二階導(dǎo)數(shù)不連續(xù)等復(fù)雜空間型面特 征。通過(guò)對(duì)五軸加工中屯、試切的"S"形試件進(jìn)行輪廓度、波紋度、粗糖度檢測(cè)評(píng)估，來(lái)評(píng)價(jià)機(jī) 床的加工精度，又因"S"形試件空間型面特征復(fù)雜，測(cè)量困難，所W需要一臺(tái)專用幾何質(zhì)量 綜合檢測(cè)平臺(tái)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種可W測(cè)量評(píng)價(jià)S形試件的 復(fù)雜自由曲面輪廓度、波紋度、粗糖度參數(shù)的綜合測(cè)量平臺(tái)。
[0004] 本發(fā)明的目的是通過(guò)W下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0005] S形試件幾何質(zhì)量綜合檢測(cè)平臺(tái)，由輪廓度檢測(cè)裝置和用于檢測(cè)波紋度及粗糖度 的微觀輪廓檢測(cè)儀構(gòu)成，所述輪廓度檢測(cè)裝置包括基座、驅(qū)動(dòng)裝置和測(cè)頭，所述基座上通過(guò) 氣浮軸承設(shè)置有左立柱和右立柱，左立柱和右立柱上設(shè)置有橫梁，所述橫梁上通過(guò)氣浮軸 承設(shè)置有溜板箱，所述基座、橫梁和溜板箱上均設(shè)有氣浮導(dǎo)軌，所述溜板箱內(nèi)通過(guò)所述氣浮 導(dǎo)軌連接有桿件，所述桿件的底部連接有所述測(cè)頭，所述基座、橫梁和桿件上均設(shè)有標(biāo)尺系 統(tǒng)，所述驅(qū)動(dòng)裝置用W驅(qū)動(dòng)所述左立柱和右立柱、溜板箱、桿件分別沿著X軸、Y軸和Z軸運(yùn) 動(dòng)；
[0006] 所述微觀輪廓檢測(cè)儀包括平臺(tái)和驅(qū)動(dòng)箱，所述平臺(tái)上設(shè)有電動(dòng)立柱，所述電動(dòng)立 柱上設(shè)置有用于活動(dòng)連接所述驅(qū)動(dòng)箱的電動(dòng)立柱導(dǎo)軌，所述驅(qū)動(dòng)箱的底部掛載有電感式傳 感器。
[0007] 所述桿件上設(shè)置有氣缸平衡裝置。
[0008] 所述驅(qū)動(dòng)裝置由齒形帶和伺服電機(jī)構(gòu)成。
[0009] 所述電動(dòng)立柱導(dǎo)軌的長(zhǎng)度為100-140mm。
[0010] 所述驅(qū)動(dòng)箱內(nèi)設(shè)置有用于轉(zhuǎn)動(dòng)所述電感式傳感器的絲杠導(dǎo)軌。
[0011] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案所帶來(lái)的有益效果是：
[001^ 由于S形試件曲率變化復(fù)雜，"S"曲面有開角閉角之分，普通輪廓儀難W探入現(xiàn)慢， 現(xiàn)有的檢測(cè)方法是通過(guò)電火花切割S形試件來(lái)分塊測(cè)量，本發(fā)明中的幾何質(zhì)量綜合檢測(cè)平 臺(tái)通過(guò)S形試件裝卡工作臺(tái)和微觀輪廓檢測(cè)儀相互配合，可W在不切割的情況下進(jìn)行波紋 度、粗糖度的測(cè)量；另一方面，可通過(guò)一體化的控制系統(tǒng)將輪廓度測(cè)量和波紋度、粗糖度數(shù) 據(jù)采集合為一體，節(jié)約了工時(shí)，輪廓度、波紋度、粗糖度數(shù)據(jù)分別經(jīng)過(guò)評(píng)價(jià)算法的處理評(píng)估， 可W-并生成對(duì)于機(jī)床加工精度更加全面的分析報(bào)告。
【附圖說(shuō)明】
[0013] 圖1是S形試件的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014] 圖2是本發(fā)明的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015] 圖3是本發(fā)明的平面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016] 圖4是輪廓度檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017] 圖5是微觀輪廓檢測(cè)儀的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018] 圖6是S形試件波紋度測(cè)量位置圖。
[0019] 圖7是通過(guò)微觀輪廓檢測(cè)儀的電感式傳感器測(cè)量S形試件微觀輪廓的示意圖。
[0020] 圖8是S形試件波紋度、粗糖度的采樣位置圖。
[0021 ]圖9是S形試件裝卡工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022] 附圖標(biāo)記：1-基座2-左立柱3-右立柱4-橫梁5-溜板箱6-導(dǎo)軌7-桿件8-測(cè) 頭9-平臺(tái)10-電動(dòng)立柱11-電動(dòng)立柱導(dǎo)軌12-驅(qū)動(dòng)箱13-電感式傳感器
【具體實(shí)施方式】
[0023] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述：
[0024] 如圖1至圖5所示，S形試件幾何質(zhì)量綜合檢測(cè)平臺(tái)，由輪廓度檢測(cè)裝置和用于檢測(cè) 波紋度及粗糖度的微觀輪廓檢測(cè)儀構(gòu)成，輪廓度檢測(cè)裝置包括基座1、驅(qū)動(dòng)裝置和測(cè)頭8,基 座1上通過(guò)氣浮軸承安裝有左立柱2和右立柱3,左立柱2和右立柱3上部安裝橫梁4,橫梁4上 通過(guò)氣浮軸承設(shè)置有溜板箱5,基座1、橫梁4和溜板箱5上均設(shè)有氣浮導(dǎo)軌，其中位于基座1 上的導(dǎo)軌6通過(guò)氣浮軸承與右立柱3相連，溜板箱5內(nèi)通過(guò)所述氣浮導(dǎo)軌連接有桿件7，桿件7 的底部連接有所述測(cè)頭8;基座1、橫梁4和桿件7上均設(shè)有標(biāo)尺系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)裝置用W驅(qū)動(dòng)所述 左立柱2和右立柱3、溜板箱5、桿件7分別沿著X軸、Y軸和Z軸運(yùn)動(dòng)；
[0025] 微觀輪廓檢測(cè)儀包括平臺(tái)9和驅(qū)動(dòng)箱12,所述平臺(tái)9上設(shè)有電動(dòng)立柱10,電動(dòng)立柱 10上設(shè)置有用于活動(dòng)連接所述驅(qū)動(dòng)箱12的電動(dòng)立柱導(dǎo)軌11，所述驅(qū)動(dòng)箱12的底部掛載有電 感式傳感器13,驅(qū)動(dòng)箱12內(nèi)設(shè)置有用于轉(zhuǎn)動(dòng)所述電感式傳感器13的絲杠導(dǎo)軌。
[0026] 如圖4中所示，本發(fā)明輪廓度檢測(cè)裝置的輪廓結(jié)構(gòu)參考全封閉移動(dòng)橋式Ξ坐標(biāo)測(cè) 量機(jī)，其中標(biāo)尺系統(tǒng)選取英國(guó)RENISHAW反射式金屬帶狀光柵尺，測(cè)量范圍為:X X Y X巧00mm X 600mmX 400mm，示值誤差MP邸< 2.2+L/300皿，探測(cè)誤差MPEP < 2.2μπι;氣浮導(dǎo)軌均采用自 潔式預(yù)載荷高精度空氣軸承組成的靜壓氣浮式導(dǎo)軌。驅(qū)動(dòng)裝置包括齒形帶和伺服電機(jī)，本 發(fā)明中Χ、Υ、Ζ軸均選用了直流伺服電機(jī)、齒形帶傳動(dòng)裝置。桿件7即Ζ軸采用了氣缸平衡裝 置。本發(fā)明中用于安裝測(cè)頭8的測(cè)頭座選用Renishaw公司ΡΗ10Τ自動(dòng)雙旋轉(zhuǎn)分度測(cè)頭座，測(cè) 頭8選用Renishaw TP20觸發(fā)測(cè)頭，測(cè)頭座和測(cè)頭8的性能參數(shù)分別如表la、表化所示：
[0027] 表la
[0031] ~本實(shí)施例中S形試件的尺寸為300mmX200mmX70mm，因此為了保證精度和考慮經(jīng) 濟(jì)因素，幾何質(zhì)量綜合檢測(cè)平臺(tái)尺寸量程應(yīng)盡可能的縮小。X軸燕尾形導(dǎo)軌與右立柱3之間 由氣浮軸承支撐，左立柱2與大理石基座1，即工作臺(tái)面之間由氣浮軸承支撐，左立柱2、右立 柱3和橫梁4共同組成龍口橋式結(jié)構(gòu)由X方向的齒形帶與電機(jī)帶動(dòng)，左立柱2和右立柱3支撐 陶瓷橫梁4為溜板箱5與構(gòu)成Z軸的桿件7提供支撐力，桿件7由大理石構(gòu)成，溜板箱5通過(guò)氣 浮軸承搭建在陶瓷橫梁4上，其沿Y軸向運(yùn)動(dòng)靠齒形帶與電機(jī)傳動(dòng)，桿件7即Z軸與測(cè)頭8相 連，通過(guò)氣缸平衡重力，通過(guò)齒形帶與電機(jī)完成Z方向上的運(yùn)動(dòng)。
[0032] S試件微觀輪廓檢測(cè)儀是觸針式表面結(jié)構(gòu)測(cè)量設(shè)備，搭建在輪廓度檢測(cè)裝置的大 理石基座上，通過(guò)一共同的控制系統(tǒng)控制，其結(jié)構(gòu)如圖5所示：
[0033] 微觀輪廓檢測(cè)儀采用掛載在驅(qū)動(dòng)箱12下面的電感式標(biāo)準(zhǔn)粗糖度傳感器采集粗糖 度數(shù)據(jù)(大量程無(wú)導(dǎo)頭剛性粗糖度傳感器進(jìn)行波紋度數(shù)據(jù)采集），驅(qū)動(dòng)箱12內(nèi)裝直線導(dǎo)軌， 高精度絲杠控制測(cè)量傳感器水平方向，即采樣方向移動(dòng)，電動(dòng)立柱導(dǎo)軌裝有光柵系統(tǒng)，用作 水平方向的測(cè)量基準(zhǔn)，由傳感器采集垂直方向的位置信號(hào)。當(dāng)計(jì)算機(jī)發(fā)出測(cè)量命令時(shí)，驅(qū)動(dòng) 箱12帶動(dòng)電感式傳感器13沿工件表面滑行W采集一組表面輪廓的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行 數(shù)據(jù)處理。電動(dòng)立柱10的升降用升降開關(guān)控制立柱控制電路驅(qū)動(dòng)。
[0034] W下是本發(fā)明微觀輪廓檢測(cè)儀中各部件的參數(shù)指標(biāo)及其精度指標(biāo)：
[0035] 驅(qū)動(dòng)箱
[0036] 測(cè)量速度:0.1,0.2,0.5,0.8, l(mm/s);
[0037] 基準(zhǔn)導(dǎo)軌的直線性:lym/lOOmm;
[003引最大測(cè)量長(zhǎng)度：120mm;
[0039] 水平分辨力：Ιμπι;
[0040] 電感式傳感器
[0041 ] 標(biāo)準(zhǔn)配置傳感器:標(biāo)準(zhǔn)傳感器、大量程剛性傳感器；
[0042] 針尖半徑:2μπι;
[0043] 測(cè)針測(cè)力:標(biāo)準(zhǔn)傳感器不大于ImN，大量程剛性傳感器不大于4mN;
[0044] 立柱和平臺(tái)
[0045] 電動(dòng)立柱結(jié)構(gòu):滾動(dòng)絲杠升降系統(tǒng)，快慢速機(jī)動(dòng)升降，手動(dòng)微調(diào)；
[0046] 大理石平臺(tái)：700X700mm;
[0047] 精度指標(biāo)
[004引 Ra示值最大允許相對(duì)誤差：±5%
[0049] Rsm示值最大允許相對(duì)誤差：±5%
[0050] 虛假信號(hào)Ra值:標(biāo)準(zhǔn)有導(dǎo)頭傳感器不大于0.005μπι，標(biāo)準(zhǔn)剛性傳感器不大于0.03μ m，大量程剛性傳感器不大于0.05WI1.
[0051] 最終通過(guò)現(xiàn)有控制系統(tǒng)的應(yīng)用軟件將根據(jù)測(cè)得輪廓評(píng)定其表面粗糖度及波紋度 參數(shù)(符合GB/T3505-2009的定義），并能進(jìn)行相對(duì)材料比率曲線、幅度分布曲線等圖形分 析。
[0052] 由于S形試件復(fù)雜的曲面形狀決定其在不同位置也會(huì)具有不同的表面質(zhì)量，選擇 了具有代表性的3、6、(3、(1、6^、邑，7個(gè)測(cè)量區(qū)域(如圖6所示）。
[0053] 測(cè)量中難點(diǎn)集中在測(cè)點(diǎn)e位置，如果不對(duì)S形試件進(jìn)行切割，測(cè)量?jī)x探針難W探入 測(cè)量。雖然如圖7中所示，本發(fā)明采用的微觀輪廓檢測(cè)儀擁有90°旋轉(zhuǎn)的電感式傳感器，解決 了 "S"曲面內(nèi)凹點(diǎn)處無(wú)法測(cè)量的問題，但是為使表面形貌測(cè)量設(shè)備工作時(shí)的剛度與平衡能 夠保證波紋度測(cè)量W及粗糖度測(cè)量的精度，測(cè)量的行程就需要保持水平。然而S形試件的復(fù) 雜曲線變化，使得測(cè)量需要旋轉(zhuǎn)S形試件才能達(dá)到需要的效果。所W需要具有繞著y軸方向 的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的S形試件裝卡工作臺(tái)。
[0054] 為了保持驅(qū)動(dòng)箱絲杠導(dǎo)軌較好的剛度，微觀輪廓檢測(cè)儀的電動(dòng)立柱導(dǎo)軌11長(zhǎng)度為 120mm，電動(dòng)立柱導(dǎo)軌11由絲杠構(gòu)成，但是經(jīng)過(guò)計(jì)算得出旋轉(zhuǎn)S形試件后，測(cè)量行程長(zhǎng)度至少 需要210mm，所W在原有的繞y軸旋轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)上加入X方向（采樣方向）上的直線運(yùn)動(dòng)自由度。 在測(cè)量S形試件波紋度和粗糖度時(shí)，為了使采樣的可W描述和評(píng)價(jià)整個(gè)曲面，所W采用在Ξ 種不同的母線高度上采樣(如圖8所示），于是就需要Y方向上的直線運(yùn)動(dòng)自由度。最終需要 的S形試件裝卡工作臺(tái)如圖9中所示，該S形試件裝卡工作臺(tái)由從下到上的底盤、可沿Χ、Υ軸 方向平移的平移臺(tái)和可繞Υ軸做360°旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)臺(tái)構(gòu)成，本實(shí)施例中：S形試件裝卡工作臺(tái)的 負(fù)載能力為l〇kg;X方向平移為100mm;Y方向平移為50mm;繞巧由方向的旋轉(zhuǎn)角度為360°;X方 向與電感式傳感器運(yùn)行軌跡的平行度不大于0.05mm。
[0055] S形試件裝卡工作臺(tái)搭建在本發(fā)明微觀輪廓檢測(cè)儀的大理石平臺(tái)9上，其Χ、Υ方向 直線運(yùn)動(dòng)通過(guò)電機(jī)與絲杠完成，繞Υ旋轉(zhuǎn)自由度通過(guò)最上方的轉(zhuǎn)臺(tái)內(nèi)裝的電動(dòng)機(jī)完成。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. S形試件幾何質(zhì)量綜合檢測(cè)平臺(tái)，其特征在于，由輪廓度檢測(cè)裝置和用于檢測(cè)波紋度 及粗糙度的微觀輪廓檢測(cè)儀構(gòu)成，所述輪廓度檢測(cè)裝置包括基座、驅(qū)動(dòng)裝置和測(cè)頭，所述基 座上通過(guò)氣浮軸承設(shè)置有左立柱和右立柱，左立柱和右立柱上設(shè)置有橫梁，所述橫梁上通 過(guò)氣浮軸承設(shè)置有溜板箱，所述基座、橫梁和溜板箱上均設(shè)有氣浮導(dǎo)軌，所述溜板箱內(nèi)通過(guò) 所述氣浮導(dǎo)軌連接有桿件，所述桿件的底部連接有所述測(cè)頭，所述基座、橫梁和桿件上均設(shè) 有標(biāo)尺系統(tǒng)，所述驅(qū)動(dòng)裝置用以驅(qū)動(dòng)所述左立柱和右立柱、溜板箱、桿件分別沿著X軸、Y軸 和Z軸運(yùn)動(dòng)； 所述微觀輪廓檢測(cè)儀包括平臺(tái)和驅(qū)動(dòng)箱，所述平臺(tái)上設(shè)有電動(dòng)立柱，所述電動(dòng)立柱上 設(shè)置有用于活動(dòng)連接所述驅(qū)動(dòng)箱的電動(dòng)立柱導(dǎo)軌，所述驅(qū)動(dòng)箱的底部掛載有電感式傳感 器。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的S形試件幾何質(zhì)量綜合檢測(cè)平臺(tái)，其特征在于，所述桿件上設(shè) 置有氣缸平衡裝置。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的S形試件幾何質(zhì)量綜合檢測(cè)平臺(tái)，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)裝置 由齒形帶和伺服電機(jī)構(gòu)成。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的S形試件幾何質(zhì)量綜合檢測(cè)平臺(tái)，其特征在于，所述電動(dòng)立柱 導(dǎo)軌的長(zhǎng)度為100-140mm。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的S形試件幾何質(zhì)量綜合檢測(cè)平臺(tái)，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)箱內(nèi) 設(shè)置有用于轉(zhuǎn)動(dòng)所述電感式傳感器的絲杠導(dǎo)軌。
【文檔編號(hào)】G01B21/20GK105823457SQ201610380106
【公開日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2016年5月31日
【發(fā)明人】何改云, 桑村, 桑一村, 郭龍真, 黃鑫, 黃燦
【申請(qǐng)人】天津大學(xué)