S形試件幾何質量綜合檢測平臺的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了S形試件幾何質量綜合檢測平臺，由輪廓度檢測裝置和用于檢測波紋度及粗糙度的微觀輪廓檢測儀構成，所述輪廓度檢測裝置包括基座、驅動裝置和測頭，所述基座上通過氣浮軸承設置有左立柱和右立柱，左立柱和右立柱上設置有橫梁，所述橫梁上通過氣浮軸承設置有溜板箱，所述基座、橫梁和溜板箱上均設有氣浮導軌，所述溜板箱內通過所述氣浮導軌連接有桿件，所述桿件的底部連接有所述測頭；微觀輪廓檢測儀包括平臺和驅動箱，所述平臺上設有電動立柱，所述電動立柱上設置有用于活動連接所述驅動箱的電動立柱導軌，所述驅動箱的底部掛載有電感式傳感器。本實用新型可以測量評價S形試件的復雜自由曲面輪廓度、波紋度和粗糙度等參數。
【專利說明】
S形試件幾何質量綜合檢測平臺
技術領域
[0001] 本實用新型設及一種S形試件檢測平臺，更具體的說，是設及一種針對S形試件的 復雜曲面輪廓度、波紋度、粗糖度的幾何質量綜合檢測平臺。
【背景技術】
[0002] 現代的制造業中，五軸聯動數控機床得到越來越廣泛的應用。在實際的生產過程 中，機床精度驗收是關鍵環節，在保證加工零件精度、機床調整中起著關鍵作用。為此，成飛 提出用于檢驗五軸數控機床加工性能的"S"形試件，見宋智勇、崔雅文的《綜合檢測數控銳 床精度的V'形檢測試件及其檢測方法》CN，CN 100468038C[P]. 2009。如圖1中形試件的 =維示意圖，"S"形試件具有曲率變化大、開閉角轉換，二階導數不連續等復雜空間型面特 征。通過對五軸加工中屯、試切的"S"形試件進行輪廓度、波紋度、粗糖度檢測評估，來評價機 床的加工精度，又因"S"形試件空間型面特征復雜，測量困難，所W需要一臺專用幾何質量 綜合檢測平臺。 【實用新型內容】
[0003] 本實用新型的目的是為了克服現有技術中的不足，提供一種可W測量評價S形試 件的復雜自由曲面輪廓度、波紋度、粗糖度參數的綜合測量平臺。
[0004] 本實用新型的目的是通過W下技術方案實現的：
[0005] S形試件幾何質量綜合檢測平臺，由輪廓度檢測裝置和用于檢測波紋度及粗糖度 的微觀輪廓檢測儀構成，所述輪廓度檢測裝置包括基座、驅動裝置和測頭，所述基座上通過 氣浮軸承設置有左立柱和右立柱，左立柱和右立柱上設置有橫梁，所述橫梁上通過氣浮軸 承設置有溜板箱，所述基座、橫梁和溜板箱上均設有氣浮導軌，所述溜板箱內通過所述氣浮 導軌連接有桿件，所述桿件的底部連接有所述測頭，所述基座、橫梁和桿件上均設有標尺系 統，所述驅動裝置用W驅動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 動；
[0006] 所述微觀輪廓檢測儀包括平臺和驅動箱，所述平臺上設有電動立柱，所述電動立 柱上設置有用于活動連接所述驅動箱的電動立柱導軌，所述驅動箱的底部掛載有電感式傳 感器。
[0007] 所述桿件上設置有氣缸平衡裝置。
[0008] 所述驅動裝置由齒形帶和伺服電機構成。
[0009] 所述電動立柱導軌的長度為100-140mm。
[0010] 所述驅動箱內設置有用于轉動所述電感式傳感器的絲杠導軌。
[0011] 與現有技術相比，本實用新型的技術方案所帶來的有益效果是：
[001^ 由于S形試件曲率變化復雜，"S"曲面有開角閉角之分，普通輪廓儀難W探入現慢， 現有的檢測方法是通過電火花切割S形試件來分塊測量，本實用新型中的幾何質量綜合檢 測平臺通過S形試件裝卡工作臺和微觀輪廓檢測儀相互配合，可W在不切割的情況下進行 波紋度、粗糖度的測量；另一方面，可通過一體化的控制系統將輪廓度測量和波紋度、粗糖 度數據采集合為一體，節約了工時，輪廓度、波紋度、粗糖度數據分別經過評價算法的處理 評估，可W-并生成對于機床加工精度更加全面的分析報告。
【附圖說明】
[0013] 圖1是S形試件的結構示意圖。
[0014] 圖2是本實用新型的立體結構示意圖。
[0015] 圖3是本實用新型的平面結構示意圖。
[0016] 圖4是輪廓度檢測裝置的結構示意圖。
[0017] 圖5是微觀輪廓檢測儀的結構示意圖。
[0018] 圖6是S形試件波紋度測量位置圖。
[0019] 圖7是通過微觀輪廓檢測儀的電感式傳感器測量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形試件裝卡工作臺的結構示意圖。
[0022] 附圖標記：1-基座2-左立柱3-右立柱4-橫梁5-溜板箱6-導軌7-桿件8-測 頭9-平臺10-電動立柱11-電動立柱導軌12-驅動箱13-電感式傳感器
【具體實施方式】
[0023] 下面結合附圖對本實用新型作進一步的描述：
[0024] 如圖1至圖5所示，S形試件幾何質量綜合檢測平臺，由輪廓度檢測裝置和用于檢測 波紋度及粗糖度的微觀輪廓檢測儀構成，輪廓度檢測裝置包括基座1、驅動裝置和測頭8,基 座1上通過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 通過氣浮軸承設置有溜板箱5,基座1、橫梁4和溜板箱5上均設有氣浮導軌，其中位于基座1 上的導軌6通過氣浮軸承與右立柱3相連，溜板箱5內通過所述氣浮導軌連接有桿件7，桿件7 的底部連接有所述測頭8;基座1、橫梁4和桿件7上均設有標尺系統，驅動裝置用W驅動所述 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軸運動；
[0025] 微觀輪廓檢測儀包括平臺9和驅動箱12,所述平臺9上設有電動立柱10,電動立柱 10上設置有用于活動連接所述驅動箱12的電動立柱導軌11，所述驅動箱12的底部掛載有電 感式傳感器13,驅動箱12內設置有用于轉動所述電感式傳感器13的絲杠導軌。
[0026] 如圖4中所示，本實用新型輪廓度檢測裝置的輪廓結構參考全封閉移動橋式=坐 標測量機，其中標尺系統選取英國RENISHAW反射式金屬帶狀光柵尺，測量范圍為:XXYX 巧OOmm X 600mm X 400mm，示值誤差MP邸《2.化L/300皿，探測誤差MPEP《2.2皿;氣浮導軌均 采用自潔式預載荷高精度空氣軸承組成的靜壓氣浮式導軌。驅動裝置包括齒形帶和伺服電 機，本實用新型中X、Y、Z軸均選用了直流伺服電機、齒形帶傳動裝置。桿件7即Z軸采用了氣 缸平衡裝置。本實用新型中用于安裝測頭8的測頭座選用Renishaw公司PHlOT自動雙旋轉分 度測頭座，測頭8選用Renishaw TP20觸發測頭，測頭座和測頭8的性能參數分別如表la、表 化所示：
[0027] 表1a
[0031] 本實施例中S形試件的尺寸為300mmX200mmX70mm，因此為了保證精度和考慮經 濟因素，幾何質量綜合檢測平臺尺寸量程應盡可能的縮小。X軸燕尾形導軌與右立柱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構由X方向的齒形帶與電機帶動，左立柱2和右立柱3支撐 陶瓷橫梁4為溜板箱5與構成Z軸的桿件7提供支撐力，桿件7由大理石構成，溜板箱5通過氣 浮軸承搭建在陶瓷橫梁4上，其沿Y軸向運動靠齒形帶與電機傳動，桿件7即Z軸與測頭8相 連，通過氣缸平衡重力，通過齒形帶與電機完成Z方向上的運動。
[0032] S試件微觀輪廓檢測儀是觸針式表面結構測量設備，搭建在輪廓度檢測裝置的大 理石基座上，通過一共同的控制系統控制，其結構如圖5所示：
[0033] 微觀輪廓檢測儀采用掛載在驅動箱12下面的電感式標準粗糖度傳感器采集粗糖 度數據(大量程無導頭剛性粗糖度傳感器進行波紋度數據采集），驅動箱12內裝直線導軌， 高精度絲杠控制測量傳感器水平方向，即采樣方向移動，電動立柱導軌裝有光柵系統，用作 水平方向的測量基準，由傳感器采集垂直方向的位置信號。當計算機發出測量命令時，驅動 箱12帶動電感式傳感器13沿工件表面滑行W采集一組表面輪廓的坐標數據，由計算機進行 數據處理。電動立柱10的升降用升降開關控制立柱控制電路驅動。
[0034] W下是本實用新型微觀輪廓檢測儀中各部件的參數指標及其精度指標：
[0035] 驅動箱
[0036] 測量速度:0.1,0.2,0.5,0.8, l(mm/s);
[0037] 基準導軌的直線性:lym/lOOmm;
[003引最大測量長度：120mm;
[0039] 水平分辨力：1曲1;
[0040] 電感式傳感器
[0041 ] 標準配置傳感器:標準傳感器、大量程剛性傳感器；
[0042] 針尖半徑:2皿；
[0043] 測針測力:標準傳感器不大于ImN，大量程剛性傳感器不大于4mN;
[0044] 立柱和平臺
[0045] 電動立柱結構:滾動絲杠升降系統，快慢速機動升降，手動微調；
[0046] 大理石平臺：700X700mm;
[0047] 精度指標
[004引 Ra示值最大允許相對誤差：±5%
[0049] Rsm示值最大允許相對誤差：±5%
[0050] 虛假信號Ra值:標準有導頭傳感器不大于0.005WH，標準剛性傳感器不大于0.03y m，大量程剛性傳感器不大于0.05WI1.
[0051] 最終通過現有控制系統的應用軟件將根據測得輪廓評定其表面粗糖度及波紋度 參數(符合GB/T3505-2009的定義），并能進行相對材料比率曲線、幅度分布曲線等圖形分 析。
[0052] 由于S形試件復雜的曲面形狀決定其在不同位置也會具有不同的表面質量，選擇 了具有代表性的3、6、(3、(1、6^、邑，7個測量區域(如圖6所示）。
[0053] 測量中難點集中在測點e位置，如果不對S形試件進行切割，測量儀探針難W探入 測量。雖然如圖7中所示，本實用新型采用的微觀輪廓檢測儀擁有90°旋轉的電感式傳感器， 解決了 "S"曲面內凹點處無法測量的問題，但是為使表面形貌測量設備工作時的剛度與平 衡能夠保證波紋度測量W及粗糖度測量的精度，測量的行程就需要保持水平。然而S形試件 的復雜曲線變化，使得測量需要旋轉S形試件才能達到需要的效果。所W需要具有繞著y軸 方向的轉動自由度的S形試件裝卡工作臺。
[0054] 為了保持驅動箱絲杠導軌較好的剛度，微觀輪廓檢測儀的電動立柱導軌11長度為 120mm，電動立柱導軌11由絲杠構成，但是經過計算得出旋轉S形試件后，測量行程長度至少 需要210mm，所W在原有的繞y軸旋轉的基礎上加入X方向（采樣方向）上的直線運動自由度。 在測量S形試件波紋度和粗糖度時，為了使采樣的可W描述和評價整個曲面，所W采用在= 種不同的母線高度上采樣(如圖8所示），于是就需要Y方向上的直線運動自由度。最終需要 的S形試件裝卡工作臺如圖9中所示，該S形試件裝卡工作臺由從下到上的底盤、可沿X、Y軸 方向平移的平移臺和可繞Y軸做360°旋轉的轉臺構成，本實施例中：S形試件裝卡工作臺的 負載能力為l〇kg;X方向平移為100mm;Y方向平移為50mm;繞巧由方向的旋轉角度為360°;X方 向與電感式傳感器運行軌跡的平行度不大于0.05mm。
[0055] S形試件裝卡工作臺搭建在本實用新型微觀輪廓檢測儀的大理石平臺9上，其X、Y 方向直線運動通過電機與絲杠完成，繞Y旋轉自由度通過最上方的轉臺內裝的電動機完成。
【主權項】
1. S形試件幾何質量綜合檢測平臺，其特征在于，由輪廓度檢測裝置和用于檢測波紋度 及粗糙度的微觀輪廓檢測儀構成，所述輪廓度檢測裝置包括基座、驅動裝置和測頭，所述基 座上通過氣浮軸承設置有左立柱和右立柱，左立柱和右立柱上設置有橫梁，所述橫梁上通 過氣浮軸承設置有溜板箱，所述基座、橫梁和溜板箱上均設有氣浮導軌，所述溜板箱內通過 所述氣浮導軌連接有桿件，所述桿件的底部連接有所述測頭，所述基座、橫梁和桿件上均設 有標尺系統，所述驅動裝置用以驅動所述左立柱和右立柱、溜板箱、桿件分別沿著X軸、Y軸 和Z軸運動； 所述微觀輪廓檢測儀包括平臺和驅動箱，所述平臺上設有電動立柱，所述電動立柱上 設置有用于活動連接所述驅動箱的電動立柱導軌，所述驅動箱的底部掛載有電感式傳感 器。2. 根據權利要求1所述的S形試件幾何質量綜合檢測平臺，其特征在于，所述桿件上設 置有氣缸平衡裝置。3. 根據權利要求1所述的S形試件幾何質量綜合檢測平臺，其特征在于，所述驅動裝置 由齒形帶和伺服電機構成。4. 根據權利要求1所述的S形試件幾何質量綜合檢測平臺，其特征在于，所述電動立柱 導軌的長度為100-140mm。5. 根據權利要求1所述的S形試件幾何質量綜合檢測平臺，其特征在于，所述驅動箱內 設置有用于轉動所述電感式傳感器的絲杠導軌。
【文檔編號】G01B7/28GK205718930SQ201620520869
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年5月31日
【發明人】何改云, 桑村, 桑一村, 郭龍真, 黃鑫, 黃燦
【申請人】天津大學