CN101216281A - 一种可用于测量轴承及其它零件表面形貌的测量仪 - Google Patents

Abstract

一种可用于测量轴承及其它零件表面形貌的测量仪由仪器测量基座(1)、绝对编码器(2)、滚珠丝杠(3)、X向滑动导轨装置(4)、X向限位开关(5)、X向信号采集光栅(6)、驱动箱支承板(7)、传感器驱动箱(8)、立柱导轨(9)、Z向电机(10)、Z向手动调整旋钮(11)、X向电机(12)、X向带轮和齿形带(13)、电感传感器装置(14)、传感器联接杆(15)、多维工作台(16)和电气系统构成。本发明测量参数包含轮廓、波纹度、粗糙度等各种峰高、谷深、总高度、平均偏差、陡度、斜率和支承长度率等100多种参数，为产品用户对被测工件进行各种需要的技术分析提供检测依据，并且能随时根据用户的需要增加某种参数。

Description

一种可用于测量轴承及其它零件表面形貌的测量仪

技术领域

本发明属于测量技术领域，特别涉及到一种可用于测量轴承及其它零件表面形貌的测量仪。

背景技术

机械行业已实现0.001μm的进给技术和0.005μm加工精度，，要求检测技术与之相适应，开发表面形貌测量仪满足先进制造技术的要求，具有重要的社会意义。

目前国内传统的测量轮廓、波纹度和粗糙度等表面形貌的测量仪存在如下缺陷：

一、测量参数单一，不能满足现代制造技术的要求。国内的同类仪器一般只是测量轮廓或粗糙度等单一参数，不能满足各类型国内用户的需要；国外同类仪器的测量参数不能满足国内标准要求。

二、部分生产厂商引进和测绘国外早期的仪器，仪器测量系统分辨率一般在0.01μm，导轨精度在1μm/40mm以下，只能满足一般精度的零件测量要求，主要技术指标与国外相差较大。

三、不能进行Z方向大范围的高精密测量和Z方向的传感器定位，功能难以扩展，而且小量程内不能真正实现高精度测量；X方向选用的光栅尺量程小、精度低，不能符合国内粗糙度测量的标准要求；因为精密制造方面的缺陷，使得导轨直线性不能真正达到测量要求；Z方向不能测量定位。

发明内容

为解决现有技术的不足之处，本发明提供了一种可用于测量轴承及其它零件表面形貌的测量仪，利用该测量仪，不仅能提高测量的精度和量程，而且能进行轮廓、波纹度、粗糙度、尺寸、平行度等多种参数的测量。

为了实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

所述的可用于测量轴承及其它零件表面形貌的测量仪主要由测量基座、绝对编码器、滚珠丝杠、X向滑动导轨装置、X向限位开关、X向信号采集光栅、驱动箱支承板、传感器驱动箱、立柱导轨、Z向电机、Z向手动调整旋钮、X向电机、X向带轮和齿形带、电感传感器装置、传感器联接杆、多维工作台和电气系统构成，其中测量基座上部开有两个T型槽，多维工作台位于后部的槽中，可以左右精密移动，被测工件置于多维工作台上；立柱导轨安装在测量基座的右侧，Z向绝对编码器安装在立柱导轨的下侧，并位于测量基座的凹槽中；绝对编码器与滚珠丝杠的下端柔性联接在一起，滚珠丝杠位于立柱导轨中的花岗岩定导轨的前方开的槽里，滚珠丝杠中的丝杠螺母与立柱导轨中的动导轨固定在一起；Z向电机安装在立柱导轨的定导轨上端，与滚珠丝杠的上端柔性联接在一起，滚珠丝杠的上端安装Z向手动调整旋钮；传感器驱动箱通过驱动箱支承板安装在立柱导轨中的动导轨前面，可由Z向电机或Z向手动调整旋钮通过滚珠丝杠带动沿立柱导轨上、下精密移动，移动距离由绝对编码器采集；X向电机安装在驱动箱支承板前左侧，X向信号采集光栅位于驱动箱支承板右侧上部，下部与X向滑动导轨装置中的动导轨联接，X向电机通过X向带轮和齿形带与X向滑动导轨装置中的动导轨柔性联接；电感传感器装置通过传感器联接杆与X向滑动导轨装置中的动导轨联接；X向电机可通过X向带轮和齿形带带动X向滑动导轨装置中的动导轨沿X向滑动导轨装置中的定导轨左、右精密移动，并带动电感传感器装置和X向信号采集光栅的读数头左、右精密移动，移动距离由X向信号采集光栅进行采集；在X向信号采集光栅左、右侧安装有X向限位开关，可对电感传感器装置的测头进行X向限位。

所述的可用于测量轴承及其它零件表面形貌的测量仪，其电感传感器装置由金刚石测针、测杆、联接杆、轴承、外壳、测力弹簧、测力调整螺钉、限位螺钉、磁芯、螺管线圈、支承杠杆、宝石支承、支承座、引出插头构成，其中支承座安装在外壳中，宝石支承安装在支承座右侧的前、后方向开的孔中，支承杠杆与宝石支承联接在一起，可绕宝石支承轴的轴线转动，在支承座中间开有一个上、下孔，孔中间安装螺管线圈，磁芯与支承杠杆固定在一起，可随支承杠杆的转动在螺管线圈进行一定距离的移动，限位螺钉安装在支承座下螺管线圈的左侧，可对支承杠杆的转动进行上下限位；支承座的左侧通过测力调整螺钉与测力弹簧联接，测力弹簧下端通过轴承与支承杠杆联接，通过转动测力调整螺钉可对电感传感器装置的测力进行调节，支承杠杆的左侧与联接杆固定，测杆与联接杆套接，可方便插拔，测杆左侧与金刚石测针固定，引出插头安装在支承座的右侧。

所述的可用于测量轴承及其它零件表面形貌的测量仪，其X向滑动导轨装置由定导轨、尼龙镶头、上导轨、下导轨、前导轨、传动带夹座和后导轨构成，其中上导轨、下导轨、前导轨和后导轨组成X向滑动导轨装置中的动导轨，可通过镶嵌在下导轨上的尼龙镶头沿定导轨左右精密移动；传动带夹座安装在上导轨的下侧，与X向电机通过X向带轮和齿形带柔性联接；定导轨采用GCr15材料经过淬回火后并经过多次的稳定处理；上导轨和前导轨的镶头制作成固定形式以保证在测量过程中的移动精度；下导轨以及后导轨的镶头采用弹性方式，以消除定导轨侧面和下表面的平面度及平行度误差及测量过程中出现磨损时带来的测量误差。

所述的可用于测量轴承及其它零件表面形貌的测量仪，其X向测量量程为200mm，分辨率为0.5μm；Z向电感传感器装置的测量量程分别为±500μm和±3mm，分辨率为测量量程的1/65536；Z向传感器驱动箱的定位量程400mm，分辨率4μm；X向导向精度在0.3μm/mm以内，测量参数包含轮廓、波纹度、粗糙度等各种峰高、谷深、总高度、平均偏差、陡度、斜率和支承长度率等多种参数。

所述的可用于测量轴承及其它零件表面形貌的测量仪，其电气系统由计算机、I/O口、正弦激励源、前置电路、A/D转换器、细分电路、X向控制电路和Z向控制电路组成，其中为正弦激励源为电感传感器装置提供线性电源，电感传感器装置产生的位移信号经前置电路的前置处理后，再经A/D转换器进行A/D转换后，进入计算机，经测量程序处理后显示为电感传感器装置的Z向位移值；X向光栅尺经细分电路的细分同步后产生X向的位移信号，进入计算机，经测量程序处理后显示为电感传感器装置的X向位移值；绝对编码器产生的信号，经I/O口进入计算机，经测量程序处理后显示为传感器驱动箱的Z向定位位置；X向控制电路和Z向控制电路通过I/O口接入计算机，通过计算机程序控制电感传感器装置沿X向或Z向移动或停止，并能控制电感传感器装置的移动速度。

所述的可用于测量轴承及其它零件表面形貌的测量仪，其前置电路包含交流放大、同步调制、相敏检波、直流放大、滤波电路。

由于采用了如上所述技术方案，本发明具有如下优越性：

一、测量参数包含轮廓、波纹度、粗糙度的各种峰高、谷深、总高度、平均偏差、陡度、斜率和支承长度率等国内外100多种参数，对产品用户对被测工件进行各种需要的技术分析提供检测依据，并且能随时根据用户的需要增加某种参数。

二、X向测量量程为200mm，分辨率为0.5μm，Z向电感传感器装置采用特定的结构，测量量程分别为±500μm和±3mm，分辨率为测量量程的1/65536，小量程内能实现高精度测量，X向导轨装置采用特殊的结构，可保证导向精度在0.3μm/mm以内，X向、Z向的大量程和高精度能满足多数精密工件的高精度检测要求。

三、Z向传感器驱动箱的定位量程400mm，分辨率4μm，能进行Z方向大范围的高精密测量和Z方向的传感器定位，定位方式可由电机带动，计算机控制，并可由Z向手动调整旋钮进行手动调整。因为Z向传感器驱动箱可进行大量程定位，因此可对被测工件进行尺寸、平行度等多种参数的测量，且能根据用户需要随时扩展功能。

附图说明

图1是本发明的测量仪结构示意图。

图2是本发明的电气系统框图。

图3是本发明的电感传感器装置结构示意图。

图4是本发明的X向滑动导轨装置结构示意图。

图5是A-A向示意图。

上述图中：1-测量基座；2-绝对编码器；3-滚珠丝杠；4-X向滑动导轨装置；5-X向限位开关；6-X向信号采集光栅；7-驱动箱支承板；8-传感器驱动箱；9-立柱导轨；10-Z向电机；11-Z向手动调整旋钮；12-X向电机；13-X向带轮和齿形带；14-电感传感器装置；15-传感器联接杆；16-多维工作台；17-金刚石测针；18-测杆；19-联接杆；20-轴承；21-外壳；22-测力弹簧；23-测力调整螺钉；24-限位螺钉；25-磁芯；26-螺管线圈；27-支承杠杆；28-宝石支承；29-支承座；30-引出插头；31-定导轨；32-尼龙镶头；33-上导轨；34-下导轨；35-前导轨；36-传动带夹座；37-后导轨。

具体实施方式

如图1、2所示：立柱导轨(9)垂直安装在测量基座(1)的一端，传感器驱动箱(8)安装在立柱导轨(9)上，多维工作台(16)安装在测量基座(1)上，可水平左右移动；金刚石测针(17)插进传感器驱动箱(8)一侧下端的电感传感器装置(14)内，向着多维工作台(16)，可在X向电机(12)的带动下经过X向带轮和齿形带(13)传动沿X向导轨(4)水平左右移动，移动距离由X向信号采集光栅(6)采集并将信号经过细分同步后送入计算机，传感器在左右移动过程中，由X向限位开关(5)进行限位；传感器驱动箱(8)安装在滚珠丝杠(3)中的丝杠螺母上，传感器驱动箱(8)在Z向电机(10)的带动下随滚珠丝杠(3)在立柱导轨(9)上可垂直移动，也可由Z向手动调整旋钮(11)进行手动调节，移动距离由绝对编码器(2)采集并将信号经过I/O送入计算机。

在测量过程中，将被测件放在多维工作台(16)上，根据被测件选择合适的金刚石测针(17)，上下移动驱动箱(8)和水平移动电感传感器装置(14)，使金刚石测针(17)碰到被测件，电感传感器装置(14)的测量信号经电前置处理和A/D转换后送入计算机显示出来，然后开始测量，测量完毕后计算机对所有的测量数据进行处理和存储，最后按照表面形貌测量的各种参数显示、存储和打印测量结果。

如图3所示：电感传感器装置的螺管线圈(26)采用大量程线圈，线性范围可达到1.5mm以上，分辨率可达到0.01μm以内；金刚石测针(17)采用金刚石测尖和硬质合金杆，保证长期测量时测值的稳定性；支承杠杆(27)的转动采用宝石支承(28)，两侧支承消除间隙，保证在测量过程中出现的摩擦力矩在要求的范围内；测力调整装置由测力弹簧(22)、测力调整螺钉和(23)轴承(20)组成，保证测针旋转移动时和调整测力时弹簧力不对测针产生侧向力矩，实际测力可调整到规定的1mN以内；限位螺钉(24)用于保护线圈和其中的磁芯，不使测量值出现前后偏差，同时在调整零点后零点不发生变化；测杆(18)的长度按照一定杠杆比进行选择。

如图4、5所示：定导轨(31)要求传动配合面也就是上表面直线度达到0.3μm/mm以内，动导轨包含上导轨(33)、下导轨(34)、前导轨(35)和后导轨(37)，与定导轨(31)的接触部位采用聚四氟乙烯镶头(32)，并在镶头中心填充存油物，以及可以考虑在定导轨表面涂覆固体润滑脂，从而保证动导轨在定导轨上移动时有良好的移动精度，不产生爬行现象。定导轨(31)采用GCr15材料经过淬回火后并经过多次的稳定处理。上导轨(33)和前导轨(35)的镶头制作成固定形式以保证在测量过程中的移动精度；下导轨(34)以及后导轨(37)的镶头采用弹性方式，以消除定导轨侧面和下表面的平面度及平行度误差，以及长期测量过程中出现磨损时带来测量误差。

Claims (6)

1.一种可用于测量轴承及其它零件表面形貌的测量仪，其特征在于：该测量仪主要由测量基座(1)、绝对编码器(2)、滚珠丝杠(3)、X向滑动导轨装置(4)、X向限位开关(5)、X向信号采集光栅(6)、驱动箱支承板(7)、传感器驱动箱(8)、立柱导轨(9)、Z向电机(10)、Z向手动调整旋钮(11)、X向电机(12)、X向带轮和齿形带(13)、电感传感器装置(14)、传感器联接杆(15)、多维工作台(16)和电气系统构成，其中测量基座(1)上部开有两个T型槽，多维工作台(16)位于后部的槽中，可以左右精密移动，被测工件置于多维工作台(16)上；立柱导轨(9)安装在测量基座(1)的右侧，Z向绝对编码器(2)安装在立柱导轨(9)的下侧，并位于测量基座(1)的凹槽中；绝对编码器(2)与滚珠丝杠(3)的下端柔性联接在一起，滚珠丝杠(3)位于立柱导轨中(9)的花岗岩定导轨的前方开的槽里，滚珠丝杠(3)中的丝杠螺母与立柱导轨(9)中的动导轨固定在一起；Z向电机(10)安装在立柱导轨(9)的定导轨上端，与滚珠丝杠(3)的上端柔性联接在一起，滚珠丝杠(3)的上端安装Z向手动调整旋钮(11)；传感器驱动箱(8)通过驱动箱支承板(7)安装在立柱导轨(9)中的动导轨前面，可由Z向电机(10)或Z向手动调整旋钮(11)通过滚珠丝杠(3)带动沿立柱导轨(9)上、下精密移动，移动距离由绝对编码器(2)采集；X向电机(12)安装在驱动箱支承板(7)前左侧，X向信号采集光栅(6)位于驱动箱支承板(7)右侧上部，下部与X向滑动导轨装置(4)中的动导轨联接，X向电机(12)通过X向带轮和齿形带(13)与X向滑动导轨装置(4)中的动导轨柔性联接；电感传感器装置(14)通过传感器联接杆(15)与X向滑动导轨装置(4)中的动导轨联接；X向电机(12)可通过X向带轮和齿形带(13)带动X向滑动导轨装置(4)中的动导轨沿X向滑动导轨装置(4)中的定导轨左、右精密移动，并带动电感传感器装置(14)和X向信号采集光栅(6)的读数头左、右精密移动，移动距离由X向信号采集光栅(6)进行采集；在X向信号采集光栅(6)左、右侧安装有X向限位开关，可对电感传感器装置(14)的测头进行X向限位。

2.如权利要求1所述的可用于测量轴承及其它零件表面形貌的测量仪，其特征在于：其电感传感器装置(14)由金刚石测针(17)、测杆(18)、联接杆(19)、轴承(20)、外壳(21)、测力弹簧(22)、测力调整螺钉(23)、限位螺钉(24)、磁芯(25)、螺管线圈(26)、支承杠杆(27)、宝石支承(28)、支承座(29)、引出插头(30)构成，其中支承座(29)安装在外壳(21)中，宝石支承(28)安装在支承座(29)右侧的前、后方向开的孔中，支承杠杆(27)与宝石支承(28)联接在一起，可绕宝石支承(28)轴的轴线转动，在支承座(29)中间开有一个上、下孔，孔中间安装螺管线圈(26)，磁芯(25)与支承杠杆(27)固定在一起，可随支承杠杆(27)的转动在螺管线圈(26)进行一定距离的移动，限位螺钉(24)安装在支承座(29)下螺管线圈(26)的左侧，可对支承杠杆(27)的转动进行上下限位；支承座(29)的左侧通过测力调整螺钉(23)与测力弹簧(22)联接，测力弹簧(22)下端通过轴承(20)与支承杠杆(27)联接，通过转动测力调整螺钉(23)可对电感传感器装置(14)的测力进行调节，支承杠杆(27)的左侧与联接杆(19)固定，测杆(18)与联接杆(19)套接，可方便插拔，测杆(18)左侧与金刚石测针(17)固定，引出插头(30)安装在支承座(29)的右侧。

3.如权利要求1所述的可用于测量轴承及其它零件表面形貌的测量仪，其特征在于：其X向滑动导轨装置(4)由定导轨(31)、尼龙镶头(32)、上导轨(33)、下导轨(34)、前导轨(35)、传动带夹座(36)和后导轨(37)构成，其中上导轨(33)、下导轨(34)、前导轨(35)和后导轨(37)组成X向滑动导轨装置(4)中的动导轨，可通过镶嵌在下导轨(34)上的尼龙镶头(32)沿定导轨(31)左右精密移动；传动带夹座(36)安装在上导轨(33)的下侧，与X向电机(12)通过X向带轮和齿形带(13)柔性联接；定导轨(31)采用GCr15材料经过淬回火后并经过多次的稳定处理；上导轨(33)和前导轨(35)的镶头制作成固定形式以保证在测量过程中的移动精度；下导轨(34)以及后导轨(37)的镶头采用弹性方式，以消除定导轨侧面和下表面的平面度及平行度误差及测量过程中出现磨损时带来的测量误差。

4.如权利要求1或2或3所述的可用于测量轴承及其它零件表面形貌的测量仪，其特征在于：其X向测量量程为200mm，分辨率为0.5μm；Z向电感传感器装置的测量量程分别为±500μm和±3mm，分辨率为测量量程的1/65536；Z向传感器驱动箱的定位量程400mm，分辨率4μm；X向导向精度在0.3μm/mm以内，测量参数包含轮廓、波纹度、粗糙度等各种峰高、谷深、总高度、平均偏差、陡度、斜率和支承长度率等多种参数。

5.如权利要求1所述的可用于测量轴承及其它零件表面形貌的测量仪，其特征在于：其电气系统由计算机、I/O口、正弦激励源、前置电路、A/D转换器、细分电路、X向控制电路和Z向控制电路组成，其中为正弦激励源为电感传感器装置(14)提供线性电源，电感传感器装置(14)产生的位移信号经前置电路的前置处理后，再经A/D转换器进行A/D转换后，进入计算机，经测量程序处理后显示为电感传感器装置(14)的Z向位移值；X向光栅尺经细分电路的细分同步后产生X向的位移信号，进入计算机，经测量程序处理后显示为电感传感器装置(14)的X向位移值；绝对编码器(2)产生的信号，经I/O口进入计算机，经测量程序处理后显示为传感器驱动箱(8)的Z向定位位置；X向控制电路和Z向控制电路通过I/O口接入计算机，通过计算机程序控制电感传感器装置(14)沿X向或Z向移动或停止，并能控制电感传感器装置(14)的移动速度。

6.如权利要求5所述的可用于测量轴承及其它零件表面形貌的测量仪，其特征在于：其前置电路包含交流放大、同步调制、相敏检波、直流放大、滤波电路。

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