專利名稱：并聯式三維微觀形貌測試儀的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及形貌測試儀，具體涉及并聯式三維微觀形貌測試儀。
背景技術：
零件表面的微觀形貌對于零件的表面特性，如表面的承載能力、潤滑特性、密封性 能、摩擦及磨損特性，有很大影響。表面粗糙度是反映零件表面微觀幾何形狀的一個重要指 標。隨著研究的深入，二維粗糙度評定參數已經不能全面準確地反映零件表面的性態。于 是對三維粗糙度評定參數的研究就成為必然，且已成為當前粗糙度領域研究的一個重要方 向。 對表面微觀形貌的測量手段主要有光學方法和觸針掃描方法。其中觸針掃描方法 是目前最常用、最可靠的表面粗糙度測量方法，并且一直是各國的國家標準及國際標準制 定的依據。觸針掃描方法基于感應式位移傳感的原理，由觸針以一定速度在被測表面移動， 由于表面的微觀不平度引起觸針的上下運動，從而跟蹤描述出被測輪廓的幾何形狀。 國內目前在表面微觀形貌測量與評價方面，著力于三維評價體系的研究，豐富了 粗糙度理論，實現了三維微觀測量，成功地研制出串聯式三維微觀形貌測試儀，為研究三維 評價理論與工程應用提供了條件。 串聯式三維微觀形貌測試儀在工作中，在兩個相互正交的方向上，由電機驅動復 雜的傳動機構帶動探針(包括寶石觸針、光學探針、隧穿探針及原子力探針等)沿其中一個 方向(如x軸方向)作掃描運動，在該方向掃描過程中，探針不做另一方向(如y軸方向)
上的移動，為了連續掃描工件的某一區域表面，將工件放置于工作臺上，靠工作臺伺服裝置
帶動工件沿y軸方向移動一給定距離后，探針再沿x軸方向進行下一次掃描，如此循環直至 掃描完畢。
串聯式三維微觀形貌測試儀的局限性主要表現在 1測試儀機構龐雜，傳動環節多，插入誤差大，故障點多； 2測試儀體積大，重量大，使用場合與測試對象受到限制，不能滿足現場檢測的需 要； 3測試儀成本高，使用與維護費用高。
發明內容本實用新型的目的在于提出并聯式三維微觀形貌測試儀，該測試儀機構簡單，沒 有累積誤差，體積小，重量輕，環境適應性強，能滿足企業現場在線應用的要求。 本實用新型采用以下的技術方案該測試儀包括微型計算機、采集卡、驅動電源、 傳感器和并聯驅動機構，微型計算機通過接口或插槽連接采集卡，采集卡連接驅動電源和 傳感器，驅動電源和傳感器連接在并聯驅動機構上；所述的并聯驅動機構由基座、驅動桿、 帶狀柔性鉸、探針支撐臂和探針組成，基座上并聯安裝兩個驅動桿，兩個驅動桿的前端安裝 帶狀柔性鉸，帶狀柔性鉸上安裝探針支撐臂，探針支撐臂的前端安裝探針，傳感器安裝在探針支撐臂上，兩個驅動桿連接驅動電源。 本實用新型的并聯式三維微觀形貌測試儀中，接口可以是USB、 RS232、 EPP或 IEEE1394，插槽可以是PCI、 ISA或EISA。 本實用新型的并聯式三維微觀形貌測試儀中，兩個并聯驅動桿用壓電陶瓷做成，
或用其它的電致伸縮材料如高分子材料做成，或用磁致伸縮材料做成。 本實用新型的并聯式三維微觀形貌測試儀中，帶狀柔性鉸用鈹青銅帶做成，或由
與鈹青銅帶相似特性的其它材料做成。 本實用新型的并聯式三維微觀形貌測試儀中，兩個驅動桿的前端通過壓片安裝帶 狀柔性鉸。 本實用新型的并聯式三維微觀形貌測試儀中，帶狀柔性鉸上通過壓片安裝探針支 撐臂。 工作過程中，微型計算機在程序控制下經接口或插槽向采集卡循序發出與掃描位 置相對應的數據，采集卡將其轉換成模擬信號，控制雙路驅動電源的輸出，使得并聯驅動機 構的驅動桿的長度在驅動電源的作用下作出相應變化，通過帶狀柔性鉸及探針支撐臂帶動 探針在試件表面進行掃描，通過安裝在探針支撐臂上的傳感器測得試件表面各點處的高 度，送入采集卡量化后經接口或插槽送微型計算機，由微型計算機計算出表面微觀形貌參 數并予以顯示與記錄。 本實用新型具有以下優點1、帶狀柔性鉸是靠材料的彈性變形來實現微小的、等 效的運動，具有結構緊湊、體積小、無機械摩擦、無間隙的特點；2、兩個并聯驅動桿由壓電陶 瓷組成，壓電陶瓷是一種電致伸縮材料，其長度隨所加電壓的大小發生變化，兩個并聯驅動 桿的長度由雙路驅動電源分別獨立控制，在帶狀柔性鉸的配合下通過探針支撐臂可以帶動 探針沿兩個方向移動，如x軸方向和y軸方向；3、測試儀無電機等復雜的驅動裝置，也無滑 輪、絲桿等復雜的傳動環節，機構簡單，沒有累積誤差；4、測試儀體積小，重量輕，環境適應 性強，能滿足企業現場在線應用的要求。
圖1為本實用新型框架結構示意圖。 圖2為圖1的并聯驅動機構結構示意圖。 圖中1.基座，2. —號驅動桿，3. 二號驅動桿，4.壓片，5.壓片，6.壓片，7.帶狀 柔性鉸，8.探針支撐臂，9.探針，10微型計算機，11采集卡，12驅動電源，13傳感器，14并聯 驅動機構。
具體實施方式如圖1所示，該測試儀包括微型計算機10、采集卡11、驅動電源12、傳感器13和并 聯驅動機構14，微型計算機IO通過接口或插槽連接采集卡ll，采集卡11連接驅動電源12 和傳感器13，驅動電源12和傳感器13連接在并聯驅動機構14上；所述的并聯驅動機構由 基座1、一號驅動桿2、二號驅動桿3、帶狀柔性鉸7、探針支撐臂8和探針9組成，基座1上 并聯安裝一號驅動桿2和二號驅動桿3， 一號驅動桿2和二號驅動桿3的前端安裝帶狀柔性 鉸7，帶狀柔性鉸7上安裝探針支撐臂8，探針支撐臂8的前端安裝探針9，傳感器13安裝在探針支撐臂8上，一號驅動桿2和二號驅動桿3連接驅動電源12。 本實用新型的并聯式三維微觀形貌測試儀中，接口可以是USB、 RS232、 EPP或 IEEE1394，插槽可以是PCI、 ISA或EISA。 本實用新型的并聯式三維微觀形貌測試儀中，兩個并聯驅動桿即一號驅動桿2和 二號驅動桿3用壓電陶瓷做成，或用其它的電致伸縮材料如高分子材料做成，或用磁致伸 縮材料做成。 本實用新型的并聯式三維微觀形貌測試儀中，帶狀柔性鉸7用鈹青銅帶做成，或 由與鈹青銅帶相似特性的其它材料做成。 本實用新型的并聯式三維微觀形貌測試儀中，兩個驅動桿即一號驅動桿2和二號 驅動桿3的前端分別通過壓片4和壓片5安裝帶狀柔性鉸7。 本實用新型的并聯式三維微觀形貌測試儀中，帶狀柔性鉸7上通過壓片6安裝探 針支撐臂8。 測量時，微型計算機在程序控制下經接口或插槽向采集卡發出與掃描位置相對應 的數據，采集卡將其轉換成模擬信號，控制雙路驅動電源的輸出，使得并聯驅動機構的一號 驅動桿、二號驅動桿的長度在驅動電源的作用下作出相應變化，通過帶狀柔性鉸及探針支 撐臂帶動探針在試件表面從第一個指定位置沿X軸方向作一次掃描，通過安裝在探針支撐 臂上的傳感器測得表面各點處的高度z，送入采集卡量化后經接口或插槽送微型計算機； 探針在完成第一次掃描采樣后，在程序控制下探針自動到達試件表面的下一個指定位置， 此位置與上一次掃描起始位置在Y軸方向上相差一個給定距離，從此位置沿X軸方向進行 第二次掃描，以此類推，直到完成n次掃描；每次掃描結束后自動保存本次掃描各個采樣點 的x、y、z數值，據此可以獲得掃描區域表面的三維數據。
權利要求并聯式三維微觀形貌測試儀，該測試儀包括微型計算機(10)、采集卡(11)、驅動電源(12)、傳感器(13)和并聯驅動機構(14)，微型計算機(10)通過接口或插槽連接采集卡(11)，采集卡(11)連接驅動電源(12)和傳感器(13)，驅動電源(12)和傳感器(13)連接在并聯驅動機構(14)上；所述的并聯驅動機構由基座(1)、一號驅動桿(2)、二號驅動桿(3)、帶狀柔性鉸(7)、探針支撐臂(8)和探針(9)組成，基座(1)上并聯安裝一號驅動桿(2)、二號驅動桿(3)，兩驅動桿(2、3)的前端安裝帶狀柔性鉸(7)，帶狀柔性鉸(7)上安裝探針支撐臂(8)，探針支撐臂(8)的前端安裝探針(9)，傳感器(13)安裝在探針支撐臂(8)上，一號、二號驅動桿(2、3)連接驅動電源(12)。
2. 根據權利要求1所述的并聯式三維微觀形貌測試儀，接口為USB、 RS232、 EPP或IEEE1394，插槽為PCI、 ISA或EISA。
3. 根據權利要求l所述的并聯式三維微觀形貌測試儀，兩個并聯驅動桿(2、3)用壓電陶瓷做成，或用電致伸縮材料即高分子材料做成。
4. 根據權利要求l所述的并聯式三維微觀形貌測試儀，帶狀柔性鉸(7)用鈹青銅帶做成，或用磁致伸縮材料做成，或由與鈹青銅帶相似特性的材料做成。
5. 根據權利要求1所述的并聯式三維微觀形貌測試儀，一號、二號驅動桿(2、3)的前端通過壓片(4、5)安裝帶狀柔性鉸(7)。
6. 根據權利要求l所述的并聯式三維微觀形貌測試儀，帶狀柔性鉸(7)上通過壓片(6)安裝探針支撐臂(8)。
專利摘要本實用新型公開了并聯式三維微觀形貌測試儀，該測試儀包括微型計算機(10)、采集卡(11)、驅動電源(12)、傳感器(13)和并聯驅動機構(14)，微型計算機(10)通過接口或插槽連接采集卡(11)，采集卡(11)連接驅動電源(12)和傳感器(13)，驅動電源(12)和傳感器(13)連接在并聯驅動機構(14)上；本實用新型無電機等復雜驅動裝置，也無滑輪、絲桿等復雜的傳動環節，機構簡單，沒有累積誤差，體積小，重量輕，環境適應性強，能滿足企業現場在線應用的要求。
文檔編號G01B7/28GK201449249SQ200920045900
公開日2010年5月5日 申請日期2009年5月15日 優先權日2009年5月15日
發明者劉遠傳, 葉文芊, 吳洪濤, 張月紅, 李伯奎, 王林高, 鄭曉虎, 陳亞娟, 陳小崗 申請人:淮陰工學院