CN102322812A - 小阿贝误差三维测量系统 - Google Patents

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苗恩铭
郭裕聪
刘善林
洪占勇
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Abstract

本发明公开了一种小阿贝误差三维测量系统,其特征是:设置机械传动单元中具有X向组件、Y向组件和Z向组件,用于夹持传感器的Z向夹头固定设置在Z向组件中的Z向滑座上;设置由光栅尺和光栅头构成的各光栅组件分别是:X向光栅组件、Y向光栅组件和Z向光栅组件。本发明应用于热变形检测中具有高效、准确和简单的技术效果,能有效减小阿贝误差。

Description

小阿贝误差三维测量系统
技术领域
[0001] 本发明是涉及一种测量热变形的小阿贝误差三维测量系统。 背景技术
[0002] 在现代精密机械与仪器工程技术中,温度引起的热误差占仪器精度全误差的 40〜70%,已成为影响其性能及精度的关键因素。准确测量出实验对象的热变形特性,是机械热误差理论与应用研究的根本保障。
[0003] 为实现在温度场环境下精确测量机械零件热变形,本申请的发明人此前已提出过两项中国专利一申请,一项是申请号为:99211681. 3,名称为:精密零件热变形高精度测量装置的专利申请,但是,该装置一方面只能用于二维测量,另一方面无法实现数控,因而限制了其测量功能;另一项是申请号为:200410014822. 1,名称为:三维高精度多功能热变形实验装置的专利申请,该装置可以实现三维测量,恒温箱具有温度数显功能。但是,由于人工操作工作台X向、Y向与Z向运动使操作复杂,人工读数的测量工作量大,实验费时,数据统计缓慢,数学建模效率较低。测量精度具有时效性的特点,即恒温箱内实验装置以铁为主体结构,主体结构具有温度变形特征,实验装置自身热误差难以避免;不仅如此,该装置的主体结构采用了传统叠加式三维工作台的结构方式,阿贝误差影响严重;也由于结构叠加, 存在工作台运动到导轨边缘力变形影响严重的现象,导致实验装置本体综合误差较大。为保持高精度,需定期给予整个实验装置进行误差修正,由此带来维护成本的增加。此外,装置对于不同恒温箱提供不同温度场环境时,由于实验装置无法移动,从而不具有通用性,限制了实际使用。
发明内容
[0004] 本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处,提供一种应用于热变形检测中的高效、准确、简单的小阿贝误差三维测量系统,以期能够在机械加工制造企业中得到广泛的实际应用。
[0005] 本发明小阿贝误差三维测量系统的结构特点是:
[0006] 设置机械传动单元中具有:
[0007] X向组件,是在X向导轨座上固定设置X向导轨,并有X向滑块与所述X向导轨滑动配合,在所述X向滑块上固定设置X向滑座;
[0008] Y向组件,在Y向导轨座上固定设置Y向导轨,并有Y向滑座与所述Y向导轨滑动配合;所述Y向导轨座与X向滑座为固联;所述X向导轨的上表面与Y向导轨的上表面处在同一平面上;
[0009] Z向组件,是在Z向底座上固定设置安装有Z向导轨的Z向导轨座,Z向滑块与Z 向导轨滑动配合,Z向滑座固定设置在Z向滑块上;用于夹持传感器的Z向夹头固定设置在 Z向滑座上;
[0010] 平衡组件,在Z向导轨座的顶部固定设置转向滚轮,支承在所述转向滚轮上的钢丝绳一端连接Z向滑座,另一端设置悬吊平衡锤,以所述平衡锤作为Z向滑座及Z向夹头的配重块;
[0011] 设置测量单元中由光栅尺和光栅头构成的各光栅组件分别是:
[0012] X向光栅组件,在所述X向导轨座的侧部设置X向400光栅尺,对应设置的X向光栅头固定设置在所述X向滑座的侧部;
[0013] Y向光栅组件,在所述Y向导轨座的侧部设置Y向250光栅尺,对应设置的Y向光栅头固定设置在Y向滑座的侧部;
[0014] Z向光栅组件,在所述Z向导轨座上设置Z向250光栅尺,对应设置的Z向光栅头固定设置在Z向滑座的侧部。
[0015] 传感器是采用传感器自身具有0〜2mm测量行程的微量运动位移测量装置。
[0016] 与已有技术相比,本发明的有益效果体现在:
[0017] 1、本发明测量装置在测量时,传感器中心线延长线与X、Y轴相互垂直并相交,即三线共点,相对于二维共平面工作台,可有效减小X、Y方向阿贝误差。
[0018] 2、本发明X向导轨12与Y向导轨5的导轨面在同一个水平面内,不仅可以有效的减小Z向阿贝误差,而且由于Y向组件内嵌于X向组件中,使工作台在Y向导轨上运行时刚度得到增强,减小了力变形误差影响。
[0019] 3、本发明测量装置使用了平衡锤与Z向导轨组件相连接,使得传感器在做上下运动时更加快捷方便,同时减低了能耗。
[0020] 4、本发明检测重复性好、精度高、误差小、检测效率高、测量范围广。 附图说明
[0021] 图1为本发明结构示意图;
[0022] 图2为本发明平衡组件结构示意图;
[0023] 图3为本发明计算机信号处理单元方框图;
[0024] 图中标号:1为Z向滚珠丝杆、2为Z向滑座、3传感器、4为Z向夹头、5为Y向导轨、6为Y向电机、7为Y向滚珠丝杆、8为X向滑块、9工作台、10为Y向滑座、11为Y向250 光栅尺、12为X向导轨、13为Y向光栅头、14为X向滚珠丝杆、15为Z向电机、16为Z向导轨、17为Z向滑块、18为Z向光栅头、19为X向电机、20为Z向250光栅尺、21为Z向导轨座、22为Z向底座、23为X向滑座、24为X向光栅头、25为X向400光栅尺、26为X向导轨座、27转向滚轮、观钢绳、四钢丝绳挂钩、30平衡锤、31为Y向导轨座。
具体实施方式
[0025] 参见图1、图2,本实施例中设置机械传动单元中具有:
[0026] X向组件,是在X向导轨座沈上固定设置X向导轨12,并有X向滑块8与X向导轨12滑动配合,在X向滑块8上固定设置X向滑座23 ;
[0027] Y向组件,在Y向导轨座31上固定设置Y向导轨5,并有Y向滑座10与Y向导轨 5滑动配合;Y向导轨座31与X向滑座23为固联;X向导轨12的上表面与Y向导轨5的上表面处在同一平面上;
[0028] Z向组件,是在Z向底座22上固定设置安装有Z向导轨16的Z向导轨座21,Z向滑块17与Z向导轨16滑动配合,Z向滑座2固定设置在Z向滑块17上;用于夹持传感器 3的Z向夹头4固定设置在Z向滑座2上;
[0029] 平衡组件,在Z向导轨座21的顶部固定设置转向滚轮27,支承在转向滚轮27上的钢丝绳28 一端通过钢丝绳挂钩四连接Z向滑座2,另一端悬吊有平衡锤30,以平衡锤30 作为Z向滑座2及Z向夹头4的配重块;
[0030] 设置测量单元中由光栅尺和光栅头构成的各光栅组件分别是:
[0031] X向光栅组件,在X向导轨座沈的侧部设置X向400光栅尺25,对应设置的X向光栅头M固定设置在X向滑座23的侧部;
[0032] Y向光栅组件,在Y向导轨座31的侧部设置Y向250光栅尺11,对应设置的Y向光栅头13固定设置在Y向滑座10的侧部;
[0033] Z向光栅组件,在Z向导轨座21上设置Z向250光栅尺20,对应设置的Z向光栅头18固定设置在Z向滑座2的侧部。
[0034] 各光栅头与光栅尺之间的间隙保持在1〜1. 5mm
[0035] 图1所示,由带行星减速器的X向电机19通过X向滚珠丝杠14带动X向滑座23 在X向导轨12上滑移;由带行星减速器的Y向电机6通过Y向滚珠丝杠7带动Y向滑座 10在Y向导轨5上滑移;由带行星减速器的Z向电机15通过Z向滚珠丝杠1带动Z向滑块17在Z向导轨16上滑移。
[0036] 传感器3通过Z向夹头4固定在Z向滑座2上,Z向组件的运动带动传感器3上下移动,使得传感器3与测量表面接触并有一定行程的压缩;设置传感器3是量程为0〜 2mm的微量程传感器,用于测量工件表面热变形变化值;工作台9固定在Y向滑座31上,由 X向组件和Y向组件带动工作台9在水平面内运动,工作台9与Y向导轨的导轨面平行,传感器3与工作台9垂直,传感器3是采用传感器自身具有0〜2mm测量行程的微量运动位移测量。
[0037] 具体实施中,设置计算机信号处理单元,由数据采集卡、调理电路、运动控制、开关控制、状态指示以及传感器组成。整个程序采用windows操作界面,由计算机菜单及按钮实现不同的测量控制方式,根据测量控制方式,实时地控制数据采集卡对数据测量单元的测量数据进行采集,并能够根据用户操作进行数据分析处理以及数据打印及存储(图3所示)°
[0038] 测量时,Z向滑座2带动传感器3实现Z向大尺寸运动,在测量工件Z向热变形表面时,Z向滑座2静止,由传感器3自身的0〜2mm测量行程的微量运动实现热变形Z向位移测量,以此减小或消除测量装置由于Z向夹头造成的阿贝误差。
[0039] 为了减小试验误差,加工制造测量装置的材料以及各光栅尺全部采用铟钢,铟钢是在一定的温度范围内尺寸几乎不随温度变化的合金,因此在使用测量装置做实验时,所测的数据不受仪器设备本身热变形的影响,Z向电机15、X向电机19和Y向电机6采用高温电机,在环境温度-30〜120°C的变化范围内具有正常的工作特性,相对于常用电机的0〜 40°C环境温度要求范围能够很好的满足本实验装置的实验要求,有利于实现对测量对象进行热变形实验研究。
[0040] 测量时,将测量装置放置于恒温箱中,将被测工件放置于工作台9上,并对被测工件加以固定。工件安装完毕后,将带行星减速器各电机的控制线引出连接至工控机。用工控机调节电机的运转,从而控制工作台在水平面的运动和传感器在竖直方向的运动,实现对被测工件热变形的三坐标测量。测量数据由光栅头引出的数据线传送至工控机,由工控机对测量数据进行分析并保存,最后打印出结果,完成一个被测工件的热变形测量。

Claims (2)

1.小阿贝误差三维测量系统,其特征是: 设置机械传动单元中具有:X向组件,是在X向导轨座06)上固定设置X向导轨(12),并有X向滑块(8)与所述 X向导轨(12)滑动配合,在所述X向滑块(8)上固定设置X向滑座03);Y向组件,在Y向导轨座(31)上固定设置Y向导轨(5),并有Y向滑座(10)与所述Y 向导轨(¾滑动配合;所述Y向导轨座(31)与X向滑座为固联;所述X向导轨(12) 的上表面与Y向导轨(5)的上表面处在同一平面上;Z向组件,是在Z向底座02)上固定设置安装有Z向导轨(16)的Z向导轨座01),Z 向滑块(17)与Z向导轨(16)滑动配合,Z向滑座固定设置在Z向滑块(17)上;用于夹持传感器⑶的Z向夹头(4)固定设置在Z向滑座⑵上;平衡组件,在Z向导轨座的顶部固定设置转向滚轮(27),支承在所述转向滚轮 (27)上的钢丝绳一端连接Z向滑座0),另一端设置悬吊平衡锤(30),以所述平衡锤(30) 作为Z向滑座⑵及Z向夹头(4)的配重块;设置测量单元中由光栅尺和光栅头构成的各光栅组件分别是: X向光栅组件,在所述X向导轨座06)的侧部设置X向400光栅尺(25),对应设置的 X向光栅头04)固定设置在所述X向滑座03)的侧部;Y向光栅组件,在所述Y向导轨座(31)的侧部设置Y向250光栅尺(11),对应设置的 Y向光栅头(1¾固定设置在Y向滑座(10)的侧部;Z向光栅组件,在所述Z向导轨座上设置Z向250光栅尺00),对应设置的Z向光栅头(18)固定设置在Z向滑座O)的侧部。
2.根据权利要求1所述的小阿贝误差三维测量系统,其特征是所述传感器C3)是采用传感器自身具有O〜2mm测量行程的微量运动位移测量装置。
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