高精度三维螺纹测量机的制作方法

1.本发明涉及一种高精度三维螺纹测量机，用于螺纹测量。


背景技术：

2.在传统接触式扫描测量中，通过二轴直线运动加一个摆动轴构成的二维扫描采样，描绘出螺纹的二维图形，再计算出螺纹的大中小径及牙形角，可以通过手动更换工件或量规扫描不同截面，得到不同截面的螺纹的大中小径及牙形角。可见，上述的传统接触式扫描方法不能得到各截面的相对坐标关系，体现不出螺纹的三维空间形状。


技术实现要素：

3.本发明提供一种高精度三维螺纹测量机，以解决现有技术存在的上述问题。
4.本发明的技术方案是：一种高精度三维螺纹测量机，包括基座、测头和探头驱动机构，探头驱动机构安装在基座的上面，测头安装在探头驱动机构上；在该基座的上面装有用于夹持被测件的工作台；该测头的检测信号输出端通过数据电缆与处理系统连接，其特征在于，所述的探头驱动机构包括z轴移动组件、r轴移动组件和旋转组件，z轴移动组件的底端固定在基座的上面，水平设置的r轴移动组件的一端滑动连接在z轴移动组件上；在该r轴移动组件上滑动连接测头的顶端；在所述的基座上面安装旋转组件，在该旋转组件的顶端装有所述的工作台。
5.本发明的优点是：通过z轴移动组件和r高精度转轴直线运动及高精度转轴的旋转转动，z轴移动组件采集记录螺纹轴向坐标值，r轴移动组件采集记录螺纹径向坐标值，旋转组件采集记录螺纹不同截面角度坐标值，测头控制和补偿z轴坐标及r轴坐标值，建立圆柱坐标系。进行螺纹多条不同截面的扫描，在圆柱坐标系里描绘出各截面空间坐标，通过软件构建环塞量规三维测量模型，计算出螺纹的真实圆柱度、大中小径、牙形角及螺旋升角。
附图说明
6.图1是本发明整体的立体结构示意图；图2是本发明的剖视图。
7.附图标记说明：1、z轴移动组件，2、z轴电机，3、z轴丝杆，4、z轴直线光栅，5、z轴平衡配重，6、z轴滑套，7、z轴大理石导轨，8、r轴气浮导轨，81、支架，9、r轴丝杆，10、r轴电机，11、r向直线光栅，12、r向平衡配重，13、r轴移动组件，14、r轴滑套，15、r轴驱动装置,16、z轴驱动装置，17、旋转组件，18、固定法兰，19、旋转电机，20、圆光栅角度编码器，21、底座，22、减振装置（气囊），23、大理石台面，24、测头，25、工作台，26、气浮旋转轴。
具体实施方式
8.参见图1和图2，本发明一种高精度三维螺纹测量机，包括基座、测头24和探头驱动机构，探头驱动机构安装在基座的上面，测头24安装在探头驱动机构上；在该基座的上面装
有用于夹持被测件的工作台25；该测头24的检测信号输出端通过数据电缆与处理系统连接，其特征在于，所述的探头驱动机构包括z轴移动组件1、r轴移动组件13和旋转组件17，z轴移动组件1的底端固定在基座的上面，水平设置的r轴移动组件13的一端滑动连接在z轴移动组件1上；在该r轴移动组件13上滑动连接测头24的顶端；在所述的基座上面安装旋转组件17，在该旋转组件17的顶端装有所述的工作台25。测头24为现有技术。
9.所述的z轴移动组件1包括z轴大理石导轨7、z轴滑套6、z轴驱动装置、z轴直线光栅4和z轴平衡配重5，z轴大理石导轨7的底端固定在该基座的上面，z轴滑套6滑动安装在z轴大理石导轨7上，该z轴滑套6的上端通过配重绳与z轴平衡配重5的顶端连接，该配重绳支撑在两个分别安装在z轴大理石导轨7两侧并具有相同高度的滑轮上；在该z轴大理石导轨7的顶端装有用于驱动该z轴滑套6沿着z轴大理石导轨7移动的z轴驱动装置；在该z轴大理石导轨7的一侧装有z轴直线光栅4，该z轴直线光栅4用于采集被测件的被扫描表面的z向坐标，z轴直线光栅4的信号输出端与所述的处理系统连接。z轴平衡配重5能够提高z轴滑套6的行走平稳性。
10.所述的z轴驱动装置包括z轴电机2和z轴丝杆3，z轴电机2安装在该z轴大理石导轨7的顶端；该z轴丝杆3安装在z轴大理石导轨7的凹槽内，z轴丝杆3的顶端与z轴电机2的输出轴同轴连接；在该z轴丝杆3上装有螺母，所述的z轴滑套6与该螺母连接。
11.所述的r轴移动组件13包括r轴气浮导轨8、r轴滑套14和r轴驱动装置，水平设置的r轴气浮导轨8一端通过支架81固定在所述的z轴滑套6上，在该r轴气浮导轨8上滑动安装r轴滑套14，所述的测头24安装在r轴滑套14的下面；在该r轴气浮导轨8另一端的支架81上装有用于驱动r轴滑套14沿着该r轴气浮导轨8移动的r轴驱动装置；在该r轴气浮导轨8上装有r向直线光栅11。r轴直线光栅11用于采集被扫描表面的r坐标(被测工件或量规螺纹直径方向)，r轴直线光栅11的信号输出端与所述的处理系统连接。
12.所述的r轴驱动装置包括r轴丝杆9和r轴电机10，r轴电机10安装在该r轴气浮导轨8的另一端，r轴丝杆9转动安装在该r轴导轨13的水平凹槽内，该r轴丝杆9一端与该r轴电机10的输出轴同轴连接；在该r轴丝杆9上装有螺母，所述的r轴滑套14与该螺母连接。电机10 驱动r轴丝杆9转动，从而带动螺母和r轴滑套14左右移动。
13.在所述r轴滑套14的上方装有用于恒定r轴移动组件13重心的r向平衡配重12，该r轴平衡配重12连接在环形带上，该环形带环绕支撑在两个安装在相同高度的带轮之间，该带轮转动安装在该支架81的上面；该r轴平衡配重12和r轴滑套14分别连接在该环形带的上端和下端。
14.所述的基座包括底座21、大理石台面23和减振装置22（如气囊），大理石台面23设在底座21的上面，在大理石台面23与底座21之间装有减振装置22；在该大理石台面23的中部设有用于安装旋转组件17的安装孔。通过减振装置22隔离环境振动对测量的影响。
15.所述的旋转组件17包括固定法兰18、旋转电机19、气浮旋转轴26和圆光栅角度编码器20，圆筒状的固定法兰18安装在大理石台面23的安装孔内，气浮旋转轴26转动安装在该固定法兰18内，所述工作台25的底面安装于气浮旋转轴26的顶端；该气浮旋转轴26的底端与旋转电机19的转子同轴连接；在面对该转子下面的电机端盖上装有圆光栅角度编码器20，用于采集被测件的角度值。
16.本发明通过z轴移动组件1和r轴移动组件 13带动测头24的z、r二轴直线运动，以
及通过旋转组件17带动工作台25旋转,建立圆柱坐标系，实现被测件的螺纹不同截面的扫描，描绘出各截面在圆柱坐标系里，通过软件（为现有技术）构建环塞量规三维测量模型。
17.本发明的r轴移动组件13中的z轴大理石导轨7可以采用高精度直线导轨代替；气浮旋转轴26可以用密珠转轴代替。


技术特征：
1.一种高精度三维螺纹测量机，包括基座、测头（24）和探头驱动机构，探头驱动机构安装在基座的上面，测头（24）安装在探头驱动机构上；在该基座的上面装有用于夹持被测件的工作台（25）；该测头（24）的检测信号输出端通过数据电缆与处理系统连接，其特征在于，所述的探头驱动机构包括z轴移动组件（1）、r轴移动组件（13）和旋转组件（17），z轴移动组件(1)的底端固定在基座的上面，水平设置的r轴移动组件(13)的一端滑动连接在z轴移动组件(1)上；在该r轴移动组件(13)上滑动连接测头（24）的顶端；在所述的基座上面安装旋转组件（17），在该旋转组件（17）的顶端装有所述的工作台（25）。2.根据权利要求1所述的高精度三维螺纹测量机，其特征在于，所述的z轴移动组件（1）包括z轴大理石导轨（7）、z轴滑套（6）、z轴驱动装置、z轴直线光栅(4)和z轴平衡配重(5)，z轴大理石导轨（7）的底端固定在该基座的上面，z轴滑套（6）滑动安装在z轴大理石导轨（7）上，该z轴滑套（6）的上端通过配重绳与z轴平衡配重(5)的顶端连接，该配重绳支撑在两个分别安装在z轴大理石导轨（7）两侧并具有相同高度的滑轮上；在该z轴大理石导轨（7）的顶端装有用于驱动该z轴滑套（6）沿着z轴大理石导轨（7）移动的z轴驱动装置；在该z轴大理石导轨(7)的一侧装有z轴直线光栅(4)，该z轴直线光栅(4)用于采集被测件的被扫描表面的z向坐标，并与所述的处理系统连接。3.根据权利要求2所述的高精度三维螺纹测量机，其特征在于，所述的z轴驱动装置包括z轴电机(2)和z轴丝杆(3)，z轴电机(2)安装在该z轴大理石导轨(7)的顶端；该z轴丝杆(3)安装在z轴大理石导轨(7)的凹槽内，z轴丝杆(3)的顶端与z轴电机(2)的输出轴同轴连接；在该z轴丝杆(3)上装有螺母，所述的z轴滑套(6)与该螺母连接。4.根据权利要求1所述的高精度三维螺纹测量机，其特征在于，所述的r轴移动组件 (13) 包括r轴气浮导轨(8)、r轴滑套(14)和r轴驱动装置，水平设置的r轴气浮导轨（8）一端通过支架（81）固定在所述的z轴滑套(6)上，在该r轴气浮导轨（8）上滑动安装r轴滑套(14)，所述的测头（24）安装在r轴滑套(14)的下面；在该r轴气浮导轨（8）另一端的支架（81）上装有用于驱动r轴滑套(14)沿着该r轴气浮导轨（8）移动的r轴驱动装置；在该r轴气浮导轨(8)上装有r向直线光栅(11），用于采集被测工件的r坐标，并与所述的处理系统连接。5.根据权利要求4所述的高精度三维螺纹测量机，其特征在于，所述的r轴驱动装置包括r轴丝杆(9)和r轴电机(10)，r轴电机(10)安装在该r轴气浮导轨(8)的另一端，r轴丝杆(9)转动安装在该r轴导轨(13)的水平凹槽内，该r轴丝杆(9)一端与该r轴电机(10)的输出轴同轴连接；在该r轴丝杆(9)上装有螺母，所述的r轴滑套(14)与该螺母连接。6.根据权利要求4所述的高精度三维螺纹测量机，其特征在于，在所述r轴滑套(14)的上方装有用于恒定r轴移动组件(13)重心的r向平衡配重(12)，该r轴平衡配重（12）连接在环形带上，该环形带环绕支撑在两个安装在相同高度的带轮之间，该带轮转动安装在该支架（81）的上面；该r轴平衡配重（12）和r轴滑套(14)分别连接在该环形带的上端和下端。7.根据权利要求1所述的高精度三维螺纹测量机，其特征在于，所述的基座包括底座（21）、大理石台面(23)和减振装置（22），大理石台面（23）设在底座（21）的上面，在大理石台面（23）与底座（21）之间装有减振装置（22）；在该大理石台面(23)的中部设有用于安装旋转组件（17）的安装孔。8.根据权利要求7所述的高精度三维螺纹测量机，其特征在于，所述的旋转组件（17）包括固定法兰(18)、旋转电机(19)、气浮旋转轴（26）和圆光栅角度编码器（20），圆筒状的固定
法兰(18)安装在大理石台面（23）的安装孔内，气浮旋转轴（26）转动安装在该固定法兰(18)内，所述工作台（25）的底面安装于气浮旋转轴（26）的顶端；该气浮旋转轴（26）的底端与旋转电机(19)的转子同轴连接；在面对该转子下面的电机端盖上装有圆光栅角度编码器（20），用于采集被测件的角度值。

技术总结
一种高精度三维螺纹测量机，包括基座、测头和探头驱动机构，探头驱动机构安装在基座的上面，测头安装在探头驱动机构上；在基座的上面装有用于夹持被测件的工作台；测头的检测信号输出端与处理系统连接。该探头驱动机构包括Z轴移动组件、R轴移动组件和旋转组件，Z轴移动组件的底端固定在基座的上面，水平设置的R轴移动组件的一端滑动连接在Z轴移动组件上；在该R轴移动组件上滑动连接测头的顶端；在所述的基座上面安装旋转组件，在该旋转组件的顶端装有所述的工作台。优点是：通过二轴直线运动，高精度转旋轴的旋转，建立圆柱坐标系，能够计算出螺纹的真实圆柱度、大中小径、牙形角及螺旋升角。通过二维扫描测头能够建立三维高精度数学模型。数学模型。数学模型。


技术研发人员：邹功文 张鹏 张达民 朱小平 杜华
受保护的技术使用者：深圳市中图仪器股份有限公司
技术研发日：2021.12.13
技术公布日：2022/2/11