CN100470186C - 触针式三维粗糙度测量仪的三维工作台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了触针式三维粗糙度测量仪的三维工作台，三维工作台由底部向上依次由第一至第六层工作台组成，第一层工作台(13)通过基础平台(1)的T型槽固定在基础平台(1)上，第一层、第二层工作台(13、14)之间安装蜗轮蜗杆连接机构，第二层、第三层工作台(14、15)之间安装丝杠螺母及铰链活块连接机构，第三层、第四层工作台(15、16)之间为固定连接，第四层、第五层工作台(16、17)之间安装滑块顶进顶出机构，第五层、第六层工作台(17、18)之间安装滚珠丝杠螺母连接机构。本发明实现工件表面的三维评定，三维工作台使用更加准确、可靠、方便，降低成本。

Description

触针式三维粗糙度测量仪的三维工作台

技术领域

本发明涉及触针式三维粗糙度测量仪，具体涉及触针式三维粗糙度测量仪的三维工作台。

背景技术

随着制造技术的飞速发展、工艺水平的不断提高，随着计算能力、图像分析及数字处理技术的提高，以及零件表面本身特殊功能属性的要求，对零件表面质量的评定提出了更高的要求。如制件表面的耐磨性、密封性、传热性、导电性以及对光线和声波的反射性，液体和气体在壁面的流动性、腐蚀性，薄膜、集成电路元件以及人造器官的表面性能等。这些技术性能的评价常常依赖于制件表面的特征状况，与表面的微观几何结构有密切联系。而传统用于表面特征测量评定的粗糙度测量仪仅基于一段二维轮廓，二维粗糙度评定参数由于信息量的限制，它不能全面准确地反映零件表面的性态，不能评定上述大量的制件表面性能。而三维分析法明显优于二维分析法，它更接近于真实表面，三维参数是从区域表面而非轮廓轨迹获得，具有整体特性，因此其统计特性好，误差小，对描述零件表面特性具有重要意义，表面三维形貌的合成及三维粗糙度评定参数的研究，已成为当前粗糙度领域研究的一个重要方向。

零件表面质量的测量与评定通常由粗糙度测量仪完成，现在广泛使用触针式粗糙度测量仪，尽管它存在一些缺陷，如触针最小半径的限制、触针弹跳及划痕等，但仍是目前最常用最可靠的表面粗糙度测量仪，并且一直是各国国家及国际标准制定的依据。在2006年获得实用新型专利《触针式三维粗糙度测量仪》，专利号：200420025713.5，在仪器使用过程中发现，由于仪器重要组成部分三维工作台在精度、结构、成本、使用等方面存在一定的问题，严重影响了测量结果的准确性，限制了仪器的进一步推广。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种触针式三维粗糙度测量仪的三维工作台，准确实现工件表面的三维评定，使触针式三维粗糙度测量仪使用更加准确、可靠、方便，并有效降低成本，促进触针式三维粗糙度测量仪的进一步商品化和产业化。

本发明的技术解决方案是：由基础平台、三维工作台、触针、驱动及传感装置、立柱组成测量仪，立柱安装在基础平台上，驱动及传感装置通过螺母与立柱中的丝杠连接在立柱上，触针连接驱动及传感装置，三维工作台安装在基础平台上，其特征在于：三维工作台由六层工作台组成，由底部向上依次为第一层工作台、第二层工作台、第三层工作台、第四层工作台、第五层工作台和第六层工作台，第六层工作台位于三维工作台的顶部，第一层工作台位于三维工作台的底部；三号旋钮安装在第一层工作台侧面，基础平台上设T型槽，第一层工作台通过T型螺栓固定在基础平台的T型槽上，第一层、第二层工作台之间安装蜗轮蜗杆连接机构；二号旋钮安装在第二层工作台侧面，第二层、第三层工作台之间安装丝杠螺母及铰链活块连接机构；第三层、第四层工作台之间为固定连接；一号旋钮安装在第四层工作台侧面，第四层、第五层工作台之间安装滑块顶进顶出连接机构；第五层工作台侧面安装步进电机，第五层、第六层工作台之间安装滚珠丝杠螺母连接机构，第六层工作台上放置被测工件或回转体装夹件。

其中蜗轮蜗杆连接机构为：三号旋钮安装在第一层工作台侧面，蜗杆轴安装在第一层工作台内，蜗轮通过螺钉固定在第二层工作台内，三号旋钮连接蜗杆轴的伸出端。三号旋钮转动，带动蜗杆轴转动，蜗杆轴带动蜗轮转动，蜗轮带动第二层工作台及以上部分绕Z轴方向转动。

其中丝杠螺母及铰链活块连接机构为：二号旋钮安装在第二层工作台侧面，丝杠安装在第二层工作台内，二号旋钮连接丝杠的伸出端，螺母旋合在丝杠上，活块通过螺钉固定在第三层工作台下部，下销轴和螺母铰接，上销轴和活块铰接，并穿过螺母上部的开口槽，上下销轴通过两根弹簧连接。二号旋钮转动，带动丝杠转动，丝杠转动带动螺母作往复直线运动，螺母通过下销轴、两根弹簧、上销轴连接活块，这样螺母的往复直线运动就可带动活块作往复运动，由于上销轴可沿螺母上部的开口槽上下移动，同时由于两根弹簧的拉紧作用，就实现由活块带动底部圆弧形的第三层工作台在第二层工作台上部的圆弧形成型面上做往复转动，给往复转动加上死限位后，实现第三层工作台面只能绕X轴方向旋转，转动范围+10°～-10°，如此带动第三层工作台及以上部分绕X轴方向转动。

其中滑块顶进顶出连接机构为：一号旋钮安装在第四层工作台侧面，其结构为螺旋测微器的测微螺杆，当一号旋钮正传或反转时，其端部伸长或缩短，滑块通过螺钉固定在第五层工作台下部，一号旋钮的端部顶在滑块上，弹簧套在与第四层工作台固定的轴上，一端通过轴肩固定，另一端顶在滑块的盲孔中，由于弹簧的张力，保持一号旋钮的端部和滑块之间始终具有一定的接触压力。一号旋钮正转，使其端部伸出推动滑块，滑块带动第五层工作台沿导轨运动；一号旋钮反转，使其端部收缩，则通过滑块盲孔中弹簧的伸长，推动滑块反方向运动，则滑块带动第五层工作台沿导轨反方向运动，如此实现第五层工作台及以上部分沿X轴方向的移动。

其中滚珠丝杆螺母连接机构为：步进电机安装在第五层工作台侧面，滚珠丝杠安装在第五层工作台内，步进电机轴和滚珠丝杠通过联轴器连接，螺母旋合在滚珠丝杠上，同时螺母通过螺钉固定在第六层工作台下部。步进电机旋转，通过联轴器带动滚珠丝杠旋转，滚珠丝杠带动螺母做直线运动，螺母带动与其固定的第六层工作台沿导轨在Y轴方向移动，实现快进、快退或步进。

本发明的触针式三维粗糙度测量仪的三维工作台中，在第六层工作台上安装附件即回转体装夹件，该回转体装夹件由支架、三爪卡盘、手轮盘以及支架内的二级轮系、轴组成，支架安装在第六层工作台上，支架内轴的一端安装三爪卡盘，二级轮系的另一端安装带刻度手轮盘，支架内的二级轮系实现手轮盘和三爪卡盘的传动比为4，即手轮盘旋转4周，三爪卡盘带动工件旋转1周。

本发明的触针式三维粗糙度测量仪的三维工作台中，基础平台上的T型槽和X轴平行。

本发明的触针式三维粗糙度测量仪的三维工作台中，驱动及传动装置和立柱的连接处安装调整旋钮。

(一)被测工件表面正确位置的调整

零件表面测量的第一步，是调整被测表面到最佳位置，以保证测量结果的准确性及可靠性。因为被测零件的大小、形状各异，必须在工作台上设置一系列的调整环节，以便准确、迅速定位零件至最佳位置，如被测平面或回转体被测直线(回转体内外表面的轴线和X轴重合)和触针中心线垂直，触针运动轨迹和加工纹理方向垂直，保持触针均匀的接触压力等。

整个三维工作台是通过基础平台上和X轴平行的T型槽经T型螺栓连接固定，三维工作台可沿T型槽调节X轴方向至合适位置后固定。

一号旋钮结构为螺旋测微器的测微螺杆，一号旋钮正转，使其端部伸出推动滑块，滑块带动第五层工作台沿导轨运动；一号旋钮反转，使其端部收缩，则通过滑块盲孔中弹簧的伸长，推动滑块反方向运动，滑块带动第五层工作台沿导轨反方向运动，如此实现第五层工作台及以上部分沿X轴方向的移动，实现三维工作台沿X轴方向位置的微调。

步进电机旋转，步进电机通过联轴器带动滚珠丝杠旋转，滚珠丝杠带动螺母做直线运动，螺母带动与其固定的第六层工作台沿导轨在Y轴方向移动，实现快进、快退或步进，使工件沿Y轴迅速找到正确位置。

驱动及传感装置通过与其固定的螺母与立柱中的丝杠和立柱连接，通过旋转立柱顶部的旋钮，即丝杠的伸出端，丝杠旋转，丝杠带动螺母运动，螺母带动驱动及传感装置沿立柱上下移动，即当被测零件的高度较高或较低时，调节被测面在Z轴方向至最合适的测量位置。

二号旋钮转动，带动丝杠转动，丝杠转动带动螺母作往复直线运动，螺母通过下销轴、两根弹簧、上销轴连接活块，这样螺母的往复直线运动就可带动活块作往复运动，由于上销轴可沿螺母上部的开口槽上下移动，同时由于两根弹簧的拉紧作用，就实现由活块带动底部圆弧形的第三层工作台在第二层工作台上部的圆弧形成型面上做往复转动，给往复转动加上死限位后，实现第三层工作台面只能绕X轴方向旋转，转动范围+10°～-10°，如此带动第三层工作台及以上部分绕X轴方向转动，以调节被测面或线在此方向上的正确位置。

三号旋钮连接蜗杆轴的伸出端，旋转三号旋钮，蜗杆旋转带动与第二层工作台固定的蜗轮旋转，蜗轮带动一层以上部分工作台绕Z轴方向旋转，转动范围+30°～—30°，可调节被测面或线在此方向上的正确位置。

驱动及传感装置和立柱的连接处有调整旋钮，转动此旋钮可带动连成一体的驱动及传感装置和触针绕Y轴方向旋转，相当于三维工作台可沿Y轴方向旋转，调节被测面或线在此方向上的正确位置。

对于小型回转体零件，如盘类零件，它们在工作台面上的定位和固定较为困难，特别是在三维粗糙度参数测量时，对回转体的扫描精度难以控制，利用三爪卡盘自动定心和夹紧的原理，设计小型回转体装夹件作为三维工作台的附件，小型回转体装夹件安装在第六层工作台面上，被测回转体零件装夹在三爪卡盘上，转动带精确刻度的手轮盘，通过轮系、轴及三爪卡盘带动被测回转体零件绕X轴方向旋转，迅速、准确定位到被测回转体表面的待测区域。

(二)对于平面的测量

在完成被测工件表面正确位置的调整后，对于平面的扫描，触针在完成一次快速扫描采样后，由控制系统实现自动返回扫描起点，控制系统发一个脉冲给步进电机，步进电机旋转一步距角3.6°，通过滚珠丝杆、螺母带动工件沿Z轴移动一给定距离0.02mm，触针进行第二次快速扫描，以此类推，直到完成n次扫描，每次扫描结束自动保存本次采样的x、y、z数值，这样就获得某一区域表面三维数据，仪器根据测量精度要求，设定扫描次数分为100、50、10三档。

(三)对于回转体内外表面的测量

对于回转体内外表面的测量，可通过回转体装夹件把盘类、轴类、套类零件安装于第六层工作台上，进行被测工件表面正确位置的调整，然后进行测量；触针在完成一次快速扫描采样后，由控制系统实现自动返回扫描起点，通过转动带精确刻度的手轮盘11，带动被测回转体零件绕X轴方向旋转，迅速准确定位到下一条被测回转体表面的母线，触针进行下一次快速扫描，如此往复，直到完成n次扫描，每次扫描结束自动保存本次采样的x、y、z数值，这样实现回转体内外表面某一区域的三维数据采样。

手轮盘把圆周等分为200份，由支架内的二级轮系实现手轮盘和三爪卡盘的传动比为4，即手轮盘旋转4周，三爪卡盘带动工件旋转1周，也就是说，被测回转体表面被等分为800份，扫描的采样间隔大大缩小，测量精度得以提升，对于回转体内外表面扫描的采样间隔需要根据手轮盘每次旋转的最小度数和回转体直径进行简单计算，根据零件回转直径乘以一修正系数后，回转体三维表面拟合的数据处理软件和平面的相同。

本发明具有以下优点：

(一)触针式三维粗糙度测量仪的三维工作台结合立柱、驱动及传感装置的调整环节，可根据被测零件的具体结构、形状及大小，实现三维坐标系六个自由度的调整，从而准确定位被测工件表面的测量位置，进而保证测量结果的准确性及可靠性，同时完整的调整环节使仪器的适应性进一步加强，测量范围进一步扩大。

(二)利用三爪卡盘自动定心和夹紧的原理，特别设计回转体装夹件作为三维工作台的附件，有效解决了回转体零件测量时精度不够、调整麻烦、测量范围有限等问题；原专利中通过V形铁定位轴类、套类零件，对于盘类零件还需另加附件，不同直径的回转体零件通过调节V形铁高度，使零件轴心线与旋转工作台轴心线基本重合，工作台旋转，带动回转体工件绕工作台轴心线旋转，实现对回转体内外表面某一区域的数据采样，这个过程中V形铁高度调整既麻烦精度又差，零件轴心和旋转工作台轴心无法取得准确一致，且V形铁只能定位不能夹紧，工作台旋转的角度受到很大的限制，最关键的是扫描时采样间隔太大，导致测量结果的误差，新设计中轮系结构使最小分度值只有原来的四分之一，且测量区域在整个圆周上任意选取。

(三)原专利中工作台底部的工作台伺服系统改为位于工作台上部的步进电机，伺服系统改为步进电机后，整个三维工作台以致整个仪器的成本迅速下降，有利于仪器的大面积推广；虽然伺服系统在许多性能方面都优于步进电机，但是步进电机具有没有积累误差(精度为100％)、结构简单、可靠性高、成本低等特点，在三维工作台中选用步进电机已完全达到精度要求；新设计中由于步进电机安装在第五层工作台上，在平面的扫描时，只有第六层工作台运动，而不是原结构的整个工作台运动，载荷很小，运动更加平稳。

(四)粗糙度的测量是按国家标准进行的，而三维测量作为粗糙度领域的重要研究方向，还有许多理论需要完善，目前还未写进国家标准，考虑到三维与二维测量的延续性，对于二维测量仪，主要是被测工件表面正确位置的调整，此三维工作台的设计在覆盖传统仪器所有功能的基础上还有许多延伸，如前所述，新设计的三维工作台使用更加准确、可靠、方便，对于传统二维粗糙度测量仪同样是重要改进，具有普遍的推广意义。

附图说明

图1为原实用新型触针式三维粗糙度测量仪示意图。

图2为本发明触针式三维粗糙度测量仪示意图。

图3为图2的三维工作台剖视图。

图4为图3的A-A剖视图。

图5为图2的回转体装夹件剖视图。

图6为图2的回转体装夹件主视图。

图中：1.基础平台，2.立柱，3.驱动及传感装置，4.触针，5.步进电机，6.一号旋钮，7.二号旋钮，8.三号旋钮，9.小型回转体零件，10.三爪卡盘，11.带刻度手轮盘，13.第一层工作台，14.第二层工作台，15.第三层工作台，16.第四层工作台，17.第五层工作台，18.第六层工作台，23.支架，24.轮系，25.轴，26.锁紧螺钉，27.滚珠丝杠，28.螺母，29.丝杠，30.螺母，31.下销轴，32.上销轴，33.活块，34.蜗轮，35.蜗杆，36.弹簧，37.弹簧，38.滑块。

具体实施方式

如图2至6所示，由基础平台1、三维工作台21、触针4、驱动及传感装置3、立柱2组成测量仪，立柱2安装在基础平台1上，驱动及传感装置3通过螺母与立柱2中的丝杠连接在立柱2上，触针4连接驱动及传感装置3，三维工作台安装在基础平台1上，其特征在于：三维工作台由六层工作台组成，由底部向上依次为第一层工作台13、第二层工作台14、第三层工作台15、第四层工作台16、第五层工作台17和第六层工作台18，第六层工作台18位于三维工作台的顶部，第一层工作台13位于三维工作台的底部；三号旋钮8安装在第一层工作台13侧面，基础平台1上设T型槽，第一层工作台13通过T型螺栓固定在基础平台1的T型槽上，第一层、第二层工作台13、14之间安装蜗轮蜗杆连接机构；二号旋钮7安装在第二层工作台14侧面，第二层、第三层工作台14、15之间安装丝杠螺母及铰链活块连接机构；第三层、第四层工作台15、16之间为固定连接；一号旋钮6安装在第四层工作台16侧面，第四层、第五层工作台16、17之间安装滑块顶进顶出连接机构；第五层工作台16侧面安装步进电机5，第五层、第六层工作台17、18之间安装滚珠丝杠螺母连接机构，第六层工作台18上放置被测工件或回转体装夹件。

其中蜗轮蜗杆连接机构为：三号旋钮8安装在第一层工作台13侧面，蜗杆35安装在第一层工作台内，蜗轮34通过螺钉固定在第二层工作台14内，三号旋钮8连接蜗杆35的轴伸出端。三号旋钮8转动，带动蜗杆35轴转动，蜗杆轴带动蜗轮34转动，蜗轮34带动第二层工作台14及以上部分绕Z轴方向转动。

其中丝杠螺母及铰链活块连接机构为：二号旋钮7安装在第二层工作台14侧面，丝杠29安装在第二层工作台14内，二号旋钮7连接丝杠29的轴伸出端，螺母30旋合在丝杠29上，活块33通过螺钉固定在第三层工作台15下部，下销轴31和螺母30铰接，上销轴32和活块33铰接并穿过螺母上部的开口槽，上、下销轴32、31通过两根弹簧36连接。二号旋钮7转动，带动丝杠29转动，丝杠转动带动螺母30作往复直线运动，螺母30通过下销轴31、两根弹簧36、上销轴32连接活块33，这样螺母30的往复直线运动就可带动活块33作往复运动，由于上销轴32可沿螺母30上部的开口槽上下移动，同时由于两根弹簧36的拉紧作用，就实现由活块33带动底部圆弧形的第三层工作台15在第二层工作台14上部的圆弧形成型面上做往复转动，给往复转动加上死限位后，实现第三层工作台面15只能绕X轴方向旋转，转动范围+10°～-10°，如此带动第三层工作台15及以上部分绕X轴方向转动。

其中滑块顶进顶出连接机构为：一号旋钮6安装在第四层工作台16侧面，其结构为螺旋测微器的测微螺杆，当一号旋钮正传或反转时，其端部伸长或缩短，滑块38通过螺钉固定在第五层工作台17下部，一号旋钮6的端部顶在滑块38上，弹簧37套在与第四层工作台16固定的轴上，一端通过轴肩固定，另一端顶在滑块38的盲孔中，由于弹簧的张力，保持一号旋钮6的端部和滑块38之间始终具有一定的接触压力。一号旋钮6正转，使其端部伸出推动滑块38，滑块38带动第五层工作台17沿导轨运动；一号旋钮6反转，使其端部收缩，则通过滑块38盲孔中弹簧37的伸长，推动滑块38反方向运动，则滑块38带动第五层工作台17沿导轨反方向运动，如此实现第五层工作台17及以上部分沿X轴方向的移动。

其中滚珠丝杆螺母连接机构为：步进电机5安装在第五层工作台17侧面，滚珠丝杠27安装在第五层工作台17内，步进电机5的轴和滚珠丝杠27通过联轴器连接，螺母28旋合在滚珠丝杠27上，同时螺母28通过螺钉固定在第六层工作台18下部。步进电机5旋转，通过联轴器带动滚珠丝杠27旋转，滚珠丝杠27带动螺母28做直线运动，螺母28带动与其固定的第六层工作台18沿导轨在Y轴方向移动，实现快进、快退或步进。

本发明的触针式三维粗糙度测量仪的三维工作台中，在第六层工作台18上安装附件即回转体装夹件，该回转体装夹件由支架23、三爪卡盘10、手轮盘11、锁紧螺钉26及支架内的二级轮系24、轴25组成，支架23安装在第六层工作台18上，支架23内轴25的一端安装爪卡盘10，二级轮系24的一端安装带刻度手轮盘11，手轮盘和三爪卡盘的传动比为4。

本发明的触针式三维粗糙度测量仪的三维工作台中，基础平台1上的T型槽和X轴平行。

本发明的触针式三维粗糙度测量仪的三维工作台中，驱动及传感装置3和立柱2的连接处安装调整旋钮20。

(一)被测工件表面正确位置的调整

零件表面测量的第一步，是调整被测表面到最佳位置，以保证测量结果的准确性及可靠性。因为被测零件的大小、形状各异，必须在工作台上设置一系列的调整环节，以便准确、迅速定位零件至最佳位置，如被测平面或回转体被测直线(回转体内外表面的轴线和X轴重合)和触针4中心线垂直，触针4运动轨迹和加工纹理方向垂直，保持触针4均匀的接触压力等。

整个三维工作台是通过基础平台1上和X轴平行的T型槽经T型螺栓连接固定，三维工作台可沿T型槽调节X轴方向至合适位置后固定。

一号旋钮6结构为螺旋测微器的测微螺杆，一号旋钮6正转，使其端部伸出推动滑块38，滑块带动第五层工作台17沿导轨运动；一号旋钮6反转，使其端部收缩，则通过滑块38盲孔中弹簧37的伸长，推动滑块38反方向运动，滑块38带动第五层工作台17沿导轨反方向运动，如此实现第五层工作台17及以上部分沿X轴方向的移动，实现三维工作台沿X轴方向位置的微调。

步进电机5旋转，与步进电机轴相连的滚珠丝杠27旋转，带动螺母28沿丝杠轴线直线运动，螺母28带动与其固定的第六层工作台18沿导轨在Y轴方向移动，实现快进、快退或步进，使被测工件22沿Y轴迅速找到正确位置。

驱动及传感装置3通过螺母与立柱中的丝杠和立柱2连接，通过旋转立柱2顶部的旋钮，即丝杠的伸出端，丝杠旋转，带动螺母运动，螺母带动驱动及传感装置3沿立柱2上下移动，即当被测零件的高度较高或较低时，调节被测面在Z轴方向至最合适的测量位置。

二号旋钮7连接丝杠29的伸出端，二号旋钮7转动带动丝杠29转动，丝杠29转动带动螺母30作往复直线运动，螺母30通过下销轴31、两根弹簧36、上销轴32连接活块33，这样螺母30的往复直线运动就可带动活块33作往复运动，由于上销轴32可沿螺母30的开口槽上下移动，同时由于两根弹簧36的拉紧作用，就实现由活块33带动底部圆弧形的第三层工作台15在第二层工作台14上部的圆弧形成型面上做往复转动，给往复转动加上死限位后，实现第三层工作台15只能绕X轴方向旋转，转动范围+10°～-10°，如此带动第三层工作台15及以上部分绕X轴方向转动，以调节被测面或线在此方向上的正确位置。

三号旋钮8连接蜗杆35轴的伸出端，旋转三号旋钮8，蜗杆35旋转带动与第二层工作台14固定的蜗轮34旋转，蜗轮34带动一层以上部分工作台绕Z轴方向旋转，转动范围可达+30°～-30°，以调节被测面或线在此方向上的正确位置。

驱动及传感装置3和立柱2的连接处有调整旋钮20，转动此旋钮可带动连成一体的驱动及传感装置3和触针4绕Y轴方向旋转，相当于三维工作台21可沿Y轴方向旋转，调节被测面或线在此方向上的正确位置。

对于小型回转体零件9，如盘类零件，它们在工作台面上的定位和固定较为困难，特别是在三维粗糙度参数测量时，对回转体的扫描精度难以控制，利用三爪卡盘自动定心和夹紧的原理，特别设计小型回转体装夹件作为三维工作台的附件，小型回转体装夹件安装在第六层工作台18上，被测回转体零件9装夹在三爪卡盘10上，转动带精确刻度的手轮盘11，通过轮系24、轴25、三爪卡盘10带动被测回转体零件9绕X轴方向旋转，迅速准确定位到被测回转体表面的待测区域。

(二)对于平面的测量

在完成被测工件表面正确位置的调整后，对于平面的扫描，触针4在完成一次快速扫描采样后，由控制系统实现自动返回扫描起点，控制系统发一个脉冲给步进电机5，步进电机5旋转一步距角3.6°，通过滚珠丝杠27、螺母28带动被测工件22沿Z轴移动一给定距离0.02mm，触针4进行第二次快速扫描，以此类推，直到完成n次扫描，每次扫描结束自动保存本次采样的x、y、z数值，这样就获得某一区域表面三维数据，仪器根据测量精度要求，设定扫描次数分为100、50、10三档。

(三)对于回转体内外表面的测量

对于回转体内外表面的测量，可通过回转体装夹件19把盘类、轴类、套类零件安装于第六层工作台18上，进行被测工件表面正确位置的调整，然后进行测量；触针4在完成一次快速扫描采样后，由控制系统实现自动返回扫描起点，通过转动带精确刻度的手轮盘11，带动被测回转体零件9绕X轴方向旋转，迅速准确定位到下一条被测回转体表面的母线，触针4进行下一次快速扫描，如此往复，直到完成n次扫描，每次扫描结束自动保存本次采样的x、y、z数值，这样实现回转体内外表面某一区域的三维数据采样。

手轮盘11把圆周等分为200份，由支架23内的二级轮系24实现手轮盘11和三爪卡盘10的传动比为4，即手轮盘11旋转4周，三爪卡盘10带动小型回转体零件9旋转1周，也就是说，被测回转体表面被等分为800份，扫描的采样间隔大大缩小，测量精度得以提升，对于回转体内外表面扫描的采样间隔需要根据手轮盘11每次旋转的最小度数和小型回转体零件9直径进行简单计算，根据零件回转直径乘以一修正系数后，回转体三维表面拟合的数据处理软件和平面的相同。

Claims (8)

1.触针式三维粗糙度测量仪的三维工作台，由基础平台(1)、三维工作台、触针(4)、驱动及传感装置(3)、立柱(2)组成测量仪，立柱(2)安装在基础平台(1)上，驱动及传感装置(3)通过螺母与立柱(2)中的丝杠连接在立柱(2)上，触针(4)连接驱动及传感装置(3)，三维工作台安装在基础平台(1)上，其特征在于：三维工作台(21)由六层工作台组成，由底部向上依次为第一层工作台(13)、第二层工作台(14)、第三层工作台(15)、第四层工作台(16)、第五层工作台(17)和第六层工作台(18)，第六层工作台(18)位于三维工作台的顶部，第一层工作台(13)位于三维工作台的底部；三号旋钮(8)安装在第一层工作台(13)侧面，基础平台(1)上设T型槽，第一层工作台(13)通过T型螺栓固定在基础平台(1)的T型槽上，第一层、第二层工作台(13、14)之间安装蜗轮蜗杆连接机构；二号旋钮(7)安装在第二层工作台(14)侧面，第二层、第三层工作台(14、15)之间安装丝杠螺母及铰链活块连接机构；第三层、第四层工作台(15、16)之间为固定连接；一号旋钮(6)安装在第四层工作台(16)侧面，第四层、第五层工作台(16、17)之间安装滑块顶进顶出连接机构；第五层工作台(16)上安装步进电机(5)，第五层、第六层工作台(17、18)之间安装滚珠丝杠螺母连接机构，第六层工作台(18)上放置被测工件或回转体装夹件。

2.根据权利要求1所述的触针式三维粗糙度测量仪的三维工作台，其特征在于：在第六层工作台(18)上安装回转体装夹件，该回转体装夹件由支架(23)、三爪卡盘(10)、手轮盘(11)及支架内的轮系(24)、轴(25)组成，支架(23)安装在第六层工作台(18)上，支架(23)内轴(25)的一端安装三爪卡盘(10)，轮系(24)的一端安装带刻度手轮盘(11)，手轮盘(11)和三爪卡盘(10)的传动比为4。

3.根据权利要求1所述的触针式三维粗糙度测量仪的三维工作台，其特征在于：基础平台(1)上的T型槽和X轴平行。

4.根据权利要求1所述的触针式三维粗糙度测量仪的三维工作台，其特征在于：驱动及传感装置(3)和立柱(2)的连接处安装调整旋钮。

5.根据权利要求1所述的触针式三维粗糙度测量仪的三维工作台，其特征在于其中蜗轮蜗杆连接机构为：三号旋钮(8)安装在第一层工作台(13)侧面，蜗杆(35)安装在第一层工作台内，蜗轮(34)通过螺钉固定在第二层工作台(14)内，三号旋钮(8)连接蜗杆(35)的轴伸出端，三号旋钮(8)转动，带动蜗杆(35)轴转动，蜗杆轴带动蜗轮(34)转动，蜗轮(34)带动第二层工作台(14)及以上部分绕Z轴方向转动。

6.根据权利要求1所述的触针式三维粗糙度测量仪的三维工作台，其特征在于其中丝杠螺母及铰链活块连接机构为：二号旋钮(7)安装在第二层工作台(14)侧面，丝杠(29)安装在第二层工作台(14)内，二号旋钮(7)连接丝杠(29)的轴伸出端，螺母(30)旋合在丝杠(29)上，活块(33)通过螺钉固定在第三层工作台(15)下部，下销轴(31)和螺母(30)铰接，上销轴(32)和活块(33)铰接并穿过螺母上部的开口槽，上、下销轴(32、31)通过两根弹簧(36)连接，二号旋钮(7)转动，带动丝杠(29)转动，丝杠转动带动螺母(30)作往复直线运动，螺母(30)通过下销轴(31)、两根弹簧(36)、上销轴(32)连接活块(33)，这样螺母(30)的往复直线运动就可带动活块(33)作往复运动，由于上销轴(32)可沿螺母(30)上部的开口槽上下移动，同时由于两根弹簧(36)的拉紧作用，就实现由活块(33)带动底部圆弧形的第三层工作台(15)在第二层工作台(14)上部的圆弧形成型面上做往复转动，给往复转动加上死限位后，实现第三层工作台面(15)只能绕X轴方向旋转，转动范围+10°～-10°，如此带动第三层工作台(15)及以上部分绕X轴方向转动。

7.根据权利要求1所述的触针式三维粗糙度测量仪的三维工作台，其特征在于其中滑块顶进顶出连接机构为：一号旋钮(6)安装在第四层工作台(16)侧面，其结构为螺旋测微器的测微螺杆，当一号旋钮正转或反转时，其端部伸长或缩短，滑块(38)通过螺钉固定在第五层工作台(17)下部，一号旋钮(6)的端部顶在滑块(38)上，弹簧(37)套在与第四层工作台(16)固定的轴上，一端通过轴肩固定，另一端顶在滑块(38)的盲孔中，由于弹簧的张力，保持一号旋钮(6)的端部和滑块(38)之间始终具有一定的接触压力，一号旋钮(6)正转，使其端部伸出推动滑块(38)，滑块(38)带动第五层工作台(17)沿导轨运动；一号旋钮(6)反转，使其端部收缩，则通过滑块(38)盲孔中弹簧(37)的伸长，推动滑块(38)反方向运动，则滑块(38)带动第五层工作台(17)沿导轨反方向运动，如此实现第五层工作台(17)及以上部分沿X轴方向的移动。

8.根据权利要求1所述的触针式三维粗糙度测量仪的三维工作台，其特征在于其中滚珠丝杆螺母连接机构为：步进电机(5)安装在第五层工作台(17)侧面，滚珠丝杠(27)安装在第五层工作台(17)内，步进电机(5)的轴和滚珠丝杠(27)通过联轴器连接，螺母(28)旋合在滚珠丝杠(27)上，同时螺母(28)通过螺钉固定在第六层工作台(18)下部，步进电机(5)旋转，通过联轴器带动滚珠丝杠(27)旋转，滚珠丝杠(27)带动螺母(28)做直线运动，螺母(28)带动与其固定的第六层工作台(18)沿导轨在Y轴方向移动，实现快进、快退或步进。

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