S形试件几何质量综合检测平台的制作方法
【专利摘要】本发明公开了S形试件几何质量综合检测平台，由轮廓度检测装置和用于检测波纹度及粗糙度的微观轮廓检测仪构成，所述轮廓度检测装置包括基座、驱动装置和测头，所述基座上通过气浮轴承设置有左立柱和右立柱，左立柱和右立柱上设置有横梁，所述横梁上通过气浮轴承设置有溜板箱，所述基座、横梁和溜板箱上均设有气浮导轨，所述溜板箱内通过所述气浮导轨连接有杆件，所述杆件的底部连接有所述测头；微观轮廓检测仪包括平台和驱动箱，所述平台上设有电动立柱，所述电动立柱上设置有用于活动连接所述驱动箱的电动立柱导轨，所述驱动箱的底部挂载有电感式传感器。本发明可以测量评价S形试件的复杂自由曲面轮廓度、波纹度和粗糙度等参数。
【专利说明】
s形试件几何质量综合检测平台
技术领域
[0001] 本发明设及一种S形试件检测平台，更具体的说，是设及一种针对S形试件的复杂 曲面轮廓度、波纹度、粗糖度的几何质量综合检测平台。
【背景技术】
[0002] 现代的制造业中，五轴联动数控机床得到越来越广泛的应用。在实际的生产过程 中，机床精度验收是关键环节，在保证加工零件精度、机床调整中起着关键作用。为此，成飞 提出用于检验五轴数控机床加工性能的"S"形试件，见宋智勇、崔雅文的《综合检测数控锐 床精度的V'形检测试件及其检测方法》CN，CN 100468038C[P]. 2009。如图1中形试件的 Ξ维示意图，"S"形试件具有曲率变化大、开闭角转换，二阶导数不连续等复杂空间型面特 征。通过对五轴加工中屯、试切的"S"形试件进行轮廓度、波纹度、粗糖度检测评估，来评价机 床的加工精度，又因"S"形试件空间型面特征复杂，测量困难，所W需要一台专用几何质量 综合检测平台。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种可W测量评价S形试件的 复杂自由曲面轮廓度、波纹度、粗糖度参数的综合测量平台。
[0004] 本发明的目的是通过W下技术方案实现的：
[0005] S形试件几何质量综合检测平台，由轮廓度检测装置和用于检测波纹度及粗糖度 的微观轮廓检测仪构成，所述轮廓度检测装置包括基座、驱动装置和测头，所述基座上通过 气浮轴承设置有左立柱和右立柱，左立柱和右立柱上设置有横梁，所述横梁上通过气浮轴 承设置有溜板箱，所述基座、横梁和溜板箱上均设有气浮导轨，所述溜板箱内通过所述气浮 导轨连接有杆件，所述杆件的底部连接有所述测头，所述基座、横梁和杆件上均设有标尺系 统，所述驱动装置用W驱动所述左立柱和右立柱、溜板箱、杆件分别沿着X轴、Y轴和Z轴运 动；
[0006] 所述微观轮廓检测仪包括平台和驱动箱，所述平台上设有电动立柱，所述电动立 柱上设置有用于活动连接所述驱动箱的电动立柱导轨，所述驱动箱的底部挂载有电感式传 感器。
[0007] 所述杆件上设置有气缸平衡装置。
[0008] 所述驱动装置由齿形带和伺服电机构成。
[0009] 所述电动立柱导轨的长度为100-140mm。
[0010] 所述驱动箱内设置有用于转动所述电感式传感器的丝杠导轨。
[0011] 与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：
[001^ 由于S形试件曲率变化复杂，"S"曲面有开角闭角之分，普通轮廓仪难W探入现慢， 现有的检测方法是通过电火花切割S形试件来分块测量，本发明中的几何质量综合检测平 台通过S形试件装卡工作台和微观轮廓检测仪相互配合，可W在不切割的情况下进行波纹 度、粗糖度的测量；另一方面，可通过一体化的控制系统将轮廓度测量和波纹度、粗糖度数 据采集合为一体，节约了工时，轮廓度、波纹度、粗糖度数据分别经过评价算法的处理评估， 可W-并生成对于机床加工精度更加全面的分析报告。
【附图说明】
[0013] 图1是S形试件的结构示意图。
[0014] 图2是本发明的立体结构示意图。
[0015] 图3是本发明的平面结构示意图。
[0016] 图4是轮廓度检测装置的结构示意图。
[0017] 图5是微观轮廓检测仪的结构示意图。
[0018] 图6是S形试件波纹度测量位置图。
[0019] 图7是通过微观轮廓检测仪的电感式传感器测量S形试件微观轮廓的示意图。
[0020] 图8是S形试件波纹度、粗糖度的采样位置图。
[0021 ]图9是S形试件装卡工作台的结构示意图。
[0022] 附图标记：1-基座2-左立柱3-右立柱4-横梁5-溜板箱6-导轨7-杆件8-测 头9-平台10-电动立柱11-电动立柱导轨12-驱动箱13-电感式传感器
【具体实施方式】
[0023] 下面结合附图对本发明作进一步的描述：
[0024] 如图1至图5所示，S形试件几何质量综合检测平台，由轮廓度检测装置和用于检测 波纹度及粗糖度的微观轮廓检测仪构成，轮廓度检测装置包括基座1、驱动装置和测头8,基 座1上通过气浮轴承安装有左立柱2和右立柱3,左立柱2和右立柱3上部安装横梁4,横梁4上 通过气浮轴承设置有溜板箱5,基座1、横梁4和溜板箱5上均设有气浮导轨，其中位于基座1 上的导轨6通过气浮轴承与右立柱3相连，溜板箱5内通过所述气浮导轨连接有杆件7，杆件7 的底部连接有所述测头8;基座1、横梁4和杆件7上均设有标尺系统，驱动装置用W驱动所述 左立柱2和右立柱3、溜板箱5、杆件7分别沿着X轴、Y轴和Z轴运动；
[0025] 微观轮廓检测仪包括平台9和驱动箱12,所述平台9上设有电动立柱10,电动立柱 10上设置有用于活动连接所述驱动箱12的电动立柱导轨11，所述驱动箱12的底部挂载有电 感式传感器13,驱动箱12内设置有用于转动所述电感式传感器13的丝杠导轨。
[0026] 如图4中所示，本发明轮廓度检测装置的轮廓结构参考全封闭移动桥式Ξ坐标测 量机，其中标尺系统选取英国RENISHAW反射式金属带状光栅尺，测量范围为:X X Y X巧00mm X 600mmX 400mm，示值误差MP邸< 2.2+L/300皿，探测误差MPEP < 2.2μπι;气浮导轨均采用自 洁式预载荷高精度空气轴承组成的静压气浮式导轨。驱动装置包括齿形带和伺服电机，本 发明中Χ、Υ、Ζ轴均选用了直流伺服电机、齿形带传动装置。杆件7即Ζ轴采用了气缸平衡装 置。本发明中用于安装测头8的测头座选用Renishaw公司ΡΗ10Τ自动双旋转分度测头座，测 头8选用Renishaw TP20触发测头，测头座和测头8的性能参数分别如表la、表化所示：
[0027] 表la
[0031] ~本实施例中S形试件的尺寸为300mmX200mmX70mm，因此为了保证精度和考虑经 济因素，几何质量综合检测平台尺寸量程应尽可能的缩小。X轴燕尾形导轨与右立柱3之间 由气浮轴承支撑，左立柱2与大理石基座1，即工作台面之间由气浮轴承支撑，左立柱2、右立 柱3和横梁4共同组成龙口桥式结构由X方向的齿形带与电机带动，左立柱2和右立柱3支撑 陶瓷横梁4为溜板箱5与构成Z轴的杆件7提供支撑力，杆件7由大理石构成，溜板箱5通过气 浮轴承搭建在陶瓷横梁4上，其沿Y轴向运动靠齿形带与电机传动，杆件7即Z轴与测头8相 连，通过气缸平衡重力，通过齿形带与电机完成Z方向上的运动。
[0032] S试件微观轮廓检测仪是触针式表面结构测量设备，搭建在轮廓度检测装置的大 理石基座上，通过一共同的控制系统控制，其结构如图5所示：
[0033] 微观轮廓检测仪采用挂载在驱动箱12下面的电感式标准粗糖度传感器采集粗糖 度数据(大量程无导头刚性粗糖度传感器进行波纹度数据采集），驱动箱12内装直线导轨， 高精度丝杠控制测量传感器水平方向，即采样方向移动，电动立柱导轨装有光栅系统，用作 水平方向的测量基准，由传感器采集垂直方向的位置信号。当计算机发出测量命令时，驱动 箱12带动电感式传感器13沿工件表面滑行W采集一组表面轮廓的坐标数据，由计算机进行 数据处理。电动立柱10的升降用升降开关控制立柱控制电路驱动。
[0034] W下是本发明微观轮廓检测仪中各部件的参数指标及其精度指标：
[0035] 驱动箱
[0036] 测量速度:0.1,0.2,0.5,0.8, l(mm/s);
[0037] 基准导轨的直线性:lym/lOOmm;
[003引最大测量长度：120mm;
[0039] 水平分辨力：Ιμπι;
[0040] 电感式传感器
[0041 ] 标准配置传感器:标准传感器、大量程刚性传感器；
[0042] 针尖半径:2μπι;
[0043] 测针测力:标准传感器不大于ImN，大量程刚性传感器不大于4mN;
[0044] 立柱和平台
[0045] 电动立柱结构:滚动丝杠升降系统，快慢速机动升降，手动微调；
[0046] 大理石平台：700X700mm;
[0047] 精度指标
[004引 Ra示值最大允许相对误差：±5%
[0049] Rsm示值最大允许相对误差：±5%
[0050] 虚假信号Ra值:标准有导头传感器不大于0.005μπι，标准刚性传感器不大于0.03μ m，大量程刚性传感器不大于0.05WI1.
[0051] 最终通过现有控制系统的应用软件将根据测得轮廓评定其表面粗糖度及波纹度 参数(符合GB/T3505-2009的定义），并能进行相对材料比率曲线、幅度分布曲线等图形分 析。
[0052] 由于S形试件复杂的曲面形状决定其在不同位置也会具有不同的表面质量，选择 了具有代表性的3、6、(3、(1、6^、邑，7个测量区域(如图6所示）。
[0053] 测量中难点集中在测点e位置，如果不对S形试件进行切割，测量仪探针难W探入 测量。虽然如图7中所示，本发明采用的微观轮廓检测仪拥有90°旋转的电感式传感器，解决 了 "S"曲面内凹点处无法测量的问题，但是为使表面形貌测量设备工作时的刚度与平衡能 够保证波纹度测量W及粗糖度测量的精度，测量的行程就需要保持水平。然而S形试件的复 杂曲线变化，使得测量需要旋转S形试件才能达到需要的效果。所W需要具有绕着y轴方向 的转动自由度的S形试件装卡工作台。
[0054] 为了保持驱动箱丝杠导轨较好的刚度，微观轮廓检测仪的电动立柱导轨11长度为 120mm，电动立柱导轨11由丝杠构成，但是经过计算得出旋转S形试件后，测量行程长度至少 需要210mm，所W在原有的绕y轴旋转的基础上加入X方向（采样方向）上的直线运动自由度。 在测量S形试件波纹度和粗糖度时，为了使采样的可W描述和评价整个曲面，所W采用在Ξ 种不同的母线高度上采样(如图8所示），于是就需要Y方向上的直线运动自由度。最终需要 的S形试件装卡工作台如图9中所示，该S形试件装卡工作台由从下到上的底盘、可沿Χ、Υ轴 方向平移的平移台和可绕Υ轴做360°旋转的转台构成，本实施例中：S形试件装卡工作台的 负载能力为l〇kg;X方向平移为100mm;Y方向平移为50mm;绕巧由方向的旋转角度为360°;X方 向与电感式传感器运行轨迹的平行度不大于0.05mm。
[0055] S形试件装卡工作台搭建在本发明微观轮廓检测仪的大理石平台9上，其Χ、Υ方向 直线运动通过电机与丝杠完成，绕Υ旋转自由度通过最上方的转台内装的电动机完成。
【主权项】
1. S形试件几何质量综合检测平台，其特征在于，由轮廓度检测装置和用于检测波纹度 及粗糙度的微观轮廓检测仪构成，所述轮廓度检测装置包括基座、驱动装置和测头，所述基 座上通过气浮轴承设置有左立柱和右立柱，左立柱和右立柱上设置有横梁，所述横梁上通 过气浮轴承设置有溜板箱，所述基座、横梁和溜板箱上均设有气浮导轨，所述溜板箱内通过 所述气浮导轨连接有杆件，所述杆件的底部连接有所述测头，所述基座、横梁和杆件上均设 有标尺系统，所述驱动装置用以驱动所述左立柱和右立柱、溜板箱、杆件分别沿着X轴、Y轴 和Z轴运动； 所述微观轮廓检测仪包括平台和驱动箱，所述平台上设有电动立柱，所述电动立柱上 设置有用于活动连接所述驱动箱的电动立柱导轨，所述驱动箱的底部挂载有电感式传感 器。2. 根据权利要求1所述的S形试件几何质量综合检测平台，其特征在于，所述杆件上设 置有气缸平衡装置。3. 根据权利要求1所述的S形试件几何质量综合检测平台，其特征在于，所述驱动装置 由齿形带和伺服电机构成。4. 根据权利要求1所述的S形试件几何质量综合检测平台，其特征在于，所述电动立柱 导轨的长度为100-140mm。5. 根据权利要求1所述的S形试件几何质量综合检测平台，其特征在于，所述驱动箱内 设置有用于转动所述电感式传感器的丝杠导轨。
【文档编号】G01B21/20GK105823457SQ201610380106
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年5月31日
【发明人】何改云, 桑村, 桑一村, 郭龙真, 黄鑫, 黄灿
【申请人】天津大学