CN100593115C - 球面扫描装置 - Google Patents

Abstract

使用球面扫描装置，可以用固定探头对球面进行检查。要解决的技术问题是以简单可靠的设计代替现有的球面扫描装置中的“展开轴”结构，不再使用加工困难而且易磨损的“展开轴”。技术方案是淘汰“展开轴”，用自由转动的滚子2的轴向往复运动，通过滚子2与球体3的摩擦传动使球体作往复转动，加上驱动轮1使球体产生绕另一轴线的转动，从而使固定探头4可以扫描全部球体表面。

Description

球面扫描装置

技术领域

本发明涉及一种球面扫描装置。该装置通过使球体绕两轴(如X轴与Y轴)的有规律的转动，使得固定探头(或工具)可以扫描整个球面。

背景技术

球面扫描技术可用于对球面进行检查，以检测球面存在的如裂纹，光洁度不良等缺陷。对球面的检查可以使用活动探头，或固定探头。由于活动探头在运动时，因探头的运动轨迹与理论轨迹有误差，以及因活动探头的质量较大而易产生较大的振动等原因，产生的附加误差较大，因而在对球体进行较高要求的检查时都使用固定探头。

现有的使用最广的固定探头球面扫描装置如图(1)，由电机拖动的钢轮通过摩擦传动使球体产生绕X轴的恒速转动的同时，使球体产生绕Y轴的往复转动。使球体绕Y轴转动的驱动元件是“展开轴”，球体与“展开轴”间的运动也是摩擦传动。“展开轴”是该装置的核心零件，其轴线是与X轴平行的自由转动轴，但在X轴方向的运动被约束。“展开轴”上有两个锥体，其轴线与“展开轴”的轴线相交，两锥体的轴线平行，详见图1。同时，“展开轴”上锥体的尺寸与球体的尺寸的关系有严格要求。由于“展开轴”的结构复杂，难以加工，而且因为“展开轴”与球体间有相对滑动，使得“展开轴”产生磨损。而当“展开轴”有轻微磨损时，已使扫描产生不小的误差。因此使用有关装置的扫描技术价格昂贵，可靠性低，难以推广。

本发明提供了一种与上述使用“展开轴”机构完全不同的球面扫描装置，并且消除了“展开轴”机构的难加工，易磨损及易导致扫描误差的缺点。

发明内容

本发明以直线往复运动机构使球体产生绕Y轴的往复转动，因而提供了一种廉价、可靠的球面扫描装置。本发明的装置包括有一个绕与X轴平行的轴线转动的驱动轮，及沿X轴方向作直线往复运动的滚子。

工作原理说明：本发明的装置见图2，其原理是通过两个不同的主动运动，即驱动轮(件1)绕与X轴平行的轴线的转动及滚子(件3)沿X轴方向的往复直线运动，驱动球体有规律地同时绕X轴及Y轴转动。为使得固定探头(件4)可以扫描全部球面，需要球体(件2)作绕两个坐标轴的转动。其中一个是绕X轴的转动，在本发明中以绕与X轴平行的轴线作恒速转动的驱动轮(件1)，通过摩擦传动使球体(件2)产生转动。球体绕另一轴，即Y轴的转动，由沿X轴方向作直线往复运动的圆柱形的滚子(件3)，通过摩擦传动使球体(件2)产生绕Y轴的往复转动。滚子(件3)作往复直线运动，其轴线沿X轴方向，并可以绕与X轴平行的轴线自由转动。由于滚子可以自由转动，因此球体(件2)与驱动轮(件1)及滚子(件3)间理论上不存在相互滑动，从而使驱动轮与滚子磨损很微小。而且，与使用“展开轴”机构有很大区别的是，本发明的装置中的滚子(件3)即使发生磨损，也不会使扫描产生误差。

为使放置在Y轴上的固定探头(件4)扫描到球体的整个表面，只需根据球体的大小设定滚子(件3)往复直线运动的摆动频率，使球体(件2)绕X轴的转速等于滚子(件3)的摆动频率。

球体上的扫描轨迹是经过球体两极，形状与球体经线相类似的球面曲线(见图3)。轨迹的间隔约为两倍滚子的摆幅。

图4表示的装置的特点是驱动轮(件1)上加工了定位槽(如V型槽)，使球体(件2)在X方向的位置完全确定，但会导致球体与驱动轮上的槽面产生相对滑动，使驱动轮上的定位槽磨损。驱动轮定位槽的磨损对扫描运动有影响，可能导致不能扫描全球面。但因驱动轮的直径可远大于前述“展开轴”的直径，因此其磨损速度较慢。

图5表示的装置的特点是滚子(件3)上有两个相对的锥面，使滚子的母线呈V形，因此可使球体(件2)严格跟随滚子(件3)在X方向的运动，使得球面上的扫描轨迹不因球体与滚子间可能存在的相对滑动而偏离理论轨迹。滚子上的锥面因与球体有相对滑动，因而也会磨损。与“展开轴”的锥面磨损会影响球面扫描轨迹不同，本发明的滚子锥面的磨损不会导致球面扫描轨迹发生变化。

附图说明：

图1：使用“展开轴”的球面扫描装置。球体与“展开轴”间的相对滑动使“展开轴”磨损，使得球面扫描轨迹偏离理论轨迹。

图2：本发明的球面扫描装置。球体与驱动轮及滚子间为纯滚动。

图3：本发明的球面上的扫描轨迹。

图4：一种球面扫描装置，驱动轮1上加工有定位槽。

图5：一种球面扫描装置，滚子上有两个相对锥面，使球体严格跟随滚子在X方向的运动。

具体实施方式：

采用图2所示结构。驱动轮需以坚硬与耐磨的材料制造，如经精密加工的淬火钢，由经转速可控制的电机拖动。球体是已加工好的。滚子也以坚硬与耐磨的材料，如淬火钢制造，并以低摩擦的轴承，如滚动轴承支承，使其可自由转动。为使球体保持在检测位置，需要对球体作辅助支撑，如安装图2所示的辅助转轮(件5)。滚子以机械或电气的方法，如用旋转电机通过曲柄滑块机构推动，或以直线电机推动，并以在“工作原理说明”中所确定的频率在X方向作往复直线运动。往复直线运动的摆幅按所要求的轨迹线的间隔确定，约为扫描轨迹线间隔的一半。则计算出扫描全部球面的时间为(折算为球体的转数)：

n＝π×D/S

上式中各变量的含义如下：

n：扫描全部球面所需的球体转数；

D：球体直径；

S：轨迹线间隔；

按所需的检查，在图2所示位置(Y轴上)安放探头。球体转过由上式计算得的转数，即可结束检查。

当采用图4的结构时，除所用的驱动轮不同外，其余结构不变。所用的驱动轮及滚子的材料需按下述要求选用：滚子对球体的摩擦系数应大于球体与驱动轮的摩擦系数。否则球体可能不能产生绕Y轴的转动。

当采用图5的结构时，除所用的滚子不同外，其余结构不变。所用的驱动轮及滚子的材料需按下述要求选用：球体与滚子的摩擦系数应小于球体与驱动轮的摩擦系数。否则球体可能不能产生绕Y轴的转动。

Claims (3)

1.一种球面扫描装置，该机构具有一个驱动球体绕X坐标轴转动的驱动轮，和使球体产生绕Y轴往复转动的直线往复运动机构，其特征是：驱动轮靠摩擦传动使得球心位于坐标原点的球体绕X轴转动，同时直线往复运动机构上的可自由转动的滚子靠摩擦传动使得球体产生绕Y轴的往复转动，球体在作上述的绕两轴转动时，位于YZ平面上的探头以类似经线的轨迹扫描整个球面，驱动轮的直径应远大于滚子的直径，并在驱动轮的圆柱面加工周向槽，或使作往复运动的滚子的母线为V形，以保证球体被机构可靠地夹持。

2.根据权利要求1所述的球面扫描机构，其驱动轮的圆柱面加工有周向槽，球体在转动时在X轴方向受该槽约束，以避免球体产生沿X轴方向的移动。

3.根据权利要求1所述的球面扫描机构，其往复直线运动机构的滚子的母线为V形，以保证球体在X轴方向上的运动严格跟随滚子的运动。

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