CN102829741B

CN102829741B - 一种检测喷嘴端面与浮板表面平行度的方法

Info

Publication number: CN102829741B
Application number: CN201210299362.6A
Authority: CN
Inventors: 黄斌; 张文伟; 叶弘晗; 陈黎明; 魏新园; 宋乐
Original assignee: Hefei University of Technology
Current assignee: Hefei University of Technology
Priority date: 2012-08-22
Filing date: 2012-08-22
Publication date: 2014-12-03
Anticipated expiration: 2032-08-22
Also published as: CN102829741A

Abstract

本发明公开了一种检测喷嘴端面与浮板表面平行度的方法，其特征是：首先在喷嘴的端面与浮板之间，以喷嘴中节流孔为中心，在节流孔的外围均匀间隔分布有至少三块等厚的垫片；然后利用浮板的自重将各垫片夹持在喷嘴与浮板之间，并在节流孔所在位置处保留有空隙；最后将设定供气压力的压缩空气接入喷嘴，使压缩空气从节流孔中喷出；若有任一位置上的垫片被气体吹出，则判断为喷嘴端面与浮板表面之间的平行度误差超过了规定的公差值。本发明为狭小空间里喷嘴与浮板之间平行度检测提供了一种有效方法。

Description

一种检测喷嘴端面与浮板表面平行度的方法

技术领域

本发明涉及平行度检测方法，更具体地说是涉及一种喷嘴浮板机构的平行度检测方法。

背景技术

目前常规的平行度检测方法有光学和图像处理法，专利号为200810019550.2、公开日2008年7月16日、公开号为CN101221077的“气浮式多维力传感器及多维力测量方法”中公开了一种气浮式多维力测量方法和装置，结构原理如图1和图2所示，四只结构相同的上部气浮喷嘴1a固定在上框3，并均布在立方体浮板2的上侧面拐角处，四只结构相同的下部气浮喷嘴1b固定在由支撑腿5支撑的工作台面4上，并均布在立方体浮板2的下侧面拐角处，各侧部气浮喷嘴1c固定在侧框并均布在立方体浮板2的各侧面拐角处，共为八只；各气浮喷嘴均正对立方体浮板的表面，各气浮喷嘴和立方体浮板形成喷嘴浮板机构。这种气浮式多维力传感器在正常工作时对其喷嘴浮板机构的装配平行度要求很高，假设给定的喷嘴端面与浮板表面之间平行度公差值为t，若喷嘴与浮板之间各处间隙量相差不超过t，则可判定喷嘴端面与所对的浮板平面之间平行度误差不超过给定的公差t。由于各喷嘴隐藏在框架和立方体浮板之间，且喷嘴与立方体浮板的工作间隙在数十微米级别，因此安装调试过程中，喷嘴与立方体浮板之间的平行度无法用常规方法检测。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种喷嘴浮板机构平行度检测方法，以便对喷嘴浮板机构的平行度是否超出公差范围作出判断。

本发明检测喷嘴端面与浮板表面平行度的方法的特点是：首先，在喷嘴的端面与浮板之间，以喷嘴中节流孔为中心，在节流孔的外围均匀间隔分布有至少三块等厚的垫片；然后，利用浮板的自重将各垫片夹持在喷嘴与浮板之间，并在节流孔所在位置处保留有空隙；最后，将设定供气压力的压缩空气接入喷嘴，使压缩空气从节流孔中喷出；若有任一位置上的垫片被气体吹出，则判断为喷嘴端面与浮板表面之间的平行度误差超过了规定的公差值t。

本发明检测喷嘴端面与浮板表面平行度的方法的特点也在于：

所述接入喷嘴中的压缩空气的设定供气压力是通过标定的方式获得；标定过程中，将喷嘴端面与所对浮板面之间的平行度误差调整到设计要求的公差值，向喷嘴供给稳定的压缩气体，让气体从喷嘴中心的节流孔喷出，确定将垫片吹出的最小供气压力为检测时的设定供气压力。

标定时，喷嘴端面与浮板表面之间间隙最大位置处是处在相邻两块垫片之间，并与相邻的两块垫片距离相等。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

本发明解决了检测气浮式六维力传感器喷嘴端面与所对浮板面之间平行度是否合格的难题，为狭小空间里喷嘴与浮板之间平行度检测提供了一种有效方法。

附图说明

图1为本发明气浮式六维力传感器主视结构示意图；

图2为本发明气浮式六维力传感器中喷嘴与浮板俯视结构示意图；

图3为本发明检测原理示意图；

图4为本发明中垫片分布示意图；

图5为本发明中喷嘴与浮板之间平行度标定装置示意图。

图中标号：1a上部气浮喷嘴；1b下部气浮喷嘴；1c侧部气浮喷嘴；2立方体浮板；3上框；4工作台面；5支撑腿；11喷嘴；12垫片；13浮板；14节流孔；21标定喷嘴；22滑动轴；23加重块；24气浮轴承；25支架；26底座。

具体实施方式

参见图3和图4，本实施例中检测喷嘴端面与浮板表面平行度的方法是：

首先，在喷嘴11的端面与浮板13之间，以喷嘴中节流孔14为中心，在节流孔14的外围均匀间隔分布有至少三块等厚的垫片12；

然后，利用浮板13的自重将各垫片12夹持在喷嘴11与浮板13之间，并在节流孔所在位置处保留有空隙；

最后，将设定供气压力的压缩空气接入喷嘴11，使压缩空气从节流孔14中喷出；若有任一位置上的垫片被气体吹出，则判断为喷嘴端面与浮板表面之间的平行度误差超过了规定的公差值t，垫片为塞尺片制成。

具体实施中，接入喷嘴11中的压缩空气的设定供气压力是通过标定的方式获得；标定过程中，向标定喷嘴21供给稳定的压缩气体，让气体从标定喷嘴的中心节流孔喷出，确定将垫片吹出的最小供气压力为检测时的设定供气压力；标定时，喷嘴端面与浮板表面之间间隙最大位置处是处在相邻两块垫片之间，并与相邻的两块垫片距离相等；实际测量气浮式六维力传感器的喷嘴端面与浮板表面平行度所使用的垫片在外形尺寸及其在喷嘴端面上布置的方式应与标定时相同。

标定装置如图5所示，滑动轴22在气浮轴承24中可以沿轴向无摩擦滑动，其下端面为平面；标定喷嘴21放置在滑动轴22的下方，标定喷嘴21的喷嘴端面与滑动轴22的下端面相对，以滑动轴22的下端面模拟气浮式多维力传感器中与喷嘴相对的浮板平面；滑动轴22具有上端敞开、下端封闭的中空结构，滑动轴22的中空腔内用于放置加重块23，通过增减加重块23的数量调节滑动轴的总重量；图中支架25呈直立固定设置在底座26的一侧；气浮轴承24固定设置在支架25上。

标定时，先调整标定装置位置，使滑动轴22的轴线处于铅垂位置；将标定喷嘴21的喷嘴端面与滑动轴22的下端面平行度误差调整到允许的公差值t。标定操作分为两步，第一步：调整滑动轴22的总重量使其等于气浮式六维力传感器浮板重量的1/2，然后将各垫片均布在喷嘴端面外沿，并使喷嘴端面与滑动轴底面之间的最大间隙位置处在两块相邻的垫片正中间；在垫片布置完毕后，将滑动轴22自然放下压在垫片上，打开喷嘴供气阀，按从小到大顺序逐步改变接入喷嘴的供气压力，同时观察垫片是否被吹出，直到有垫片被吹出时停止增加供气压力，记下此时的供气压力值为P1，即得出在压力为浮板重量的1/2条件下，喷嘴的供气压力标定值为P1；第二步：调整滑动轴22的总重量使其等于气浮式六维力传感器浮板重量的1/4，与第一步同样的方式得出在压力为浮板重量的1/4条件下，喷嘴的供气压力标定值为P2。

检测喷嘴端面与浮板表面之间平行度的操作过程：

在图1和图2所示的气浮式六维力传感器中，正对浮板上下两个面上分别均布有四只喷嘴；在浮板前后左右四个面上，每个面上均布有两只喷嘴。当检测浮板与下面四只喷嘴的端面之间的平行度时，是将气浮式六维力传感器呈水平放置，此时浮板对每个喷嘴的压力为浮板重量的1/4；向每个喷嘴中供给压力为P2的压缩气体，观察是否有垫片被吹出，若没有垫片被吹出，则判断喷嘴与浮板之间的平行度误差在允许值之内，若有某个喷嘴与浮板之间的垫片被吹出，则依此判断该喷嘴与浮板之间平行度误差超出了允许值；当检测浮板与上面四个喷嘴端面之间的平行度时，需要将气浮式六维力传感器倒置，使喷嘴在浮板的下方完成检测。当检测浮板某个侧面的喷嘴端面与所对浮板表面平行度时，需调整气浮式六维力传感器安放位置，使喷嘴处在浮板下方并使喷嘴端面处于水平位置，此时浮板对每个喷嘴的压力为浮板重量的1/2，因此需要向每个喷嘴中供给压力为P1的压缩气体，若没有垫片被吹出，则判断为喷嘴与浮板之间的平行度误差在允许值之内，若存在有某个喷嘴与浮板之间的垫片被吹出，则判断为喷嘴与浮板之间平行度误差超出了允许值。

若是仅仅检测某一个喷嘴端面与所对浮板表面之间平行度，检测时需要在该喷嘴所在平面内的其它喷嘴端面上也放置一块等厚垫片。

关于垫片的布置方式：

实际工作中，喷嘴端面与浮板表面均为超精密加工面，其平面度误差远小于喷嘴端面与浮板面之间平行度误差，因此可以认为喷嘴端面和所对浮板面是没有误差的平面，喷嘴端面和浮板表面的相对位置可视为两个倾斜角度为θ的平面，喷嘴端面与浮板表面之间间隙最大点与最小点与喷嘴端面的圆心共线，且间隙最大点与最小点以喷嘴端面的圆心为对称点分别位于喷嘴端面的外沿。设喷嘴端面与浮板表面之间平行度公差为t₀，圆喷嘴端面半径为r₀，则有：

\sin θ = \frac{t_{0}}{2 r_{0}}

设垫片的数量为n，外形相同，垫片的尺寸远小于圆喷嘴端面尺寸，垫片均匀分布在喷嘴端面上半径为r₁至r₀（r₁<r₀）的同心圆环区域。

（1）当垫片数量n为奇数时，任意相距最远的两块等高垫片之间的最小距离d₁和最大距离d₂分别为：

d_{1} = r_{0} + r_{1} \cos \frac{π}{n}

d_{2} = \frac{d_{1}}{\cos \frac{π}{2 n}} = \frac{r_{0} + r_{1} \cos \frac{π}{n}}{\cos \frac{π}{2 n}}

相应地，喷嘴端面与浮板表面之间在相距最远的两块等高垫片处间隙之差的最小值t₁和最大值t₂为：

t_{1} = d_{1} \sin θ = (r_{0} + r_{1} \cos \frac{π}{n}) \frac{t_{0}}{2 r_{0}} - - - (1)

t_{2} = d_{2} \sin θ = \frac{(r_{0} + r_{1} \cos \frac{π}{n}) \frac{t_{0}}{2 r_{0}}}{\cos \frac{π}{2 n}} - - - (2)

实际标定时，喷嘴与浮板之间最大间隙位置是已知的，排布垫片时可以使喷嘴与浮板之间最大间隙位置处于某相邻的两块等高垫片正中间，此时喷嘴端面与所对浮板面之间在相距最远的两块等高垫片处间隙之差为最小值t₁；而实际测量气浮式六维力传感器的喷嘴端面与所对浮板面之间平行度时，由于喷嘴与浮板之间最大间隙位置事先不知道，相距最远的两块等高垫片处间隙之差的实际值在t₁和t₂之间，因此，按标定时确定的喷嘴供气压力P来检测气浮式六维力传感器的喷嘴端面与所对浮板面之间平行度时，所得到的结果是偏安全的，也就是说，如果检测合格，喷嘴与浮板之间的平行度误差只会小于或等于标定时候的喷嘴与浮板之间的平行度误差。另外，由（1）式和（2）式可知，n越大，t₁和t₂相差越小，这意味着测量越准确，所以在其它条件许可的情况下，n取值偏大为宜。

（2）当垫片数量n为偶数时，某一块垫片距离最远的一块垫片之间距离d₃以及距离最远垫片相邻的垫片之间的距离d₄分别为：

d₃＝r₀+r₁

d_{4} = \frac{d_{3}}{\cos \frac{π}{2 n}} = \frac{r_{0} + r_{1}}{\cos \frac{π}{2 n}}

相应地，喷嘴端面与浮板表面之间在相距最远的两块等高垫片处间隙之差的最小值t₃和最大值t₄为：

t_{3} = d_{3} \sin θ = (r_{0} + r_{1}) \frac{t_{0}}{2 r_{0}} - - - (3)

t_{4} = d_{4} \sin θ = \frac{(r_{0} + r_{1}) \frac{t_{0}}{2 r_{0}}}{\cos \frac{π}{2 n}} - - - (4)

实际标定时，喷嘴与浮板之间最大间隙位置是已知的，排布垫片时可以使喷嘴与浮板之间最大间隙位置处于某相邻的两块等高垫片正中间，此时喷嘴端面与浮板表面之间的任意两块垫片处间隙之差最大值为t₃；而实际测量气浮式六维力传感器的喷嘴端面与浮板表面之间平行度时，由于喷嘴与浮板之间最大间隙位置事先不知道，但任意两块垫片处间隙之差最大值一定在t₃和t₄之间，因此，按标定时确定的喷嘴供气压力P来检测气浮式六维力传感器的喷嘴端面与浮板表面之间平行度时，所得到的结果是偏安全的，也就是说，如果检测合格，喷嘴与浮板之间的平行度误差只会小于或等于标定时候的喷嘴与浮板之间的平行度误差。另外，由（3）式和（4）式可知，n越大，t₃和t₄相差越小，这意味着测量越准确，所以在其它条件许可的情况下，n取值偏大为宜。

综合以上讨论可见，标定时等高垫片应沿喷嘴外沿均布，且喷嘴端面与所对浮板之间的最大间隙位置应位于两块相邻的等高垫片中间；实际测量气浮式六维力传感器喷嘴端面与所对浮板面平行度时，等高垫片的尺寸、数量及布置方式应与标定时相同。在不影响操作的前提下，等高垫片的尺寸取较小为宜。

本实施例中具体检测如图1和图2所示的气浮式六维力传感器下方四只喷嘴端面与浮板表面之间平行度，已知圆喷嘴端面半径15mm，浮板重量2.2kg。

首先进行标定：选择垫片的数量为八块，垫片为0.02mm厚的塞尺片制成，垫片外形为正方形，边长3mm，八块垫片分别用记号笔标记为1号至8号，每一标记号的垫片对应各自所在位置，通过标定获得所需的供气压力P₂=0.28MPa。

然后进行检测：每个喷嘴端面与浮板表面之间平行度检测方法如图3和图4所示，用八块等厚的垫片12均布在喷嘴端面与浮板之间，利用浮板13的自重将垫片12压在垫片12之上，再将供气压力为P₂=0.28MPa的压缩气体接入喷嘴11，压缩气体从喷嘴上的节流孔14中喷出；所使用的垫片及其排布方式和标号方式均与标定操作时相同。

初次检测时，四只喷嘴同时检测，若某个喷嘴的某个方向垫片被气体吹出，则判断该喷嘴端面与浮板表面的平行度误差超过了规定的公差，需要调整喷嘴相对浮板的位置，调整后再次检测。

再次检测时，对初次检测不合格的喷嘴，按照初次检测时相同的做法排布垫片，对初次检测合格的喷嘴，只需在喷嘴端面上放置一块等高垫片即可，然后对初次检测不合格的喷嘴供压力为P2=0.28MPa的压缩气体，而其它已经检测合格的喷嘴不需供气。如此循环检测，直到4只喷嘴端面与所对浮板面平行度全部合格为止。

Claims

1.一种检测喷嘴端面与浮板表面平行度的方法，其特征是：首先，在喷嘴的端面与浮板之间，以喷嘴中节流孔(14)为中心，在节流孔(14)的外围均匀间隔分布有至少三块等厚的垫片(12)；然后，利用浮板(13)的自重将各垫片(12)夹持在喷嘴(11)与浮板(13)之间，并在节流孔所在位置处保留有空隙；最后，将设定供气压力的压缩空气接入喷嘴(11)，使压缩空气从节流孔(14)中喷出；若有任一位置上的垫片被气体吹出，则判断为喷嘴端面与浮板表面之间的平行度误差超过了规定的公差值t；所述接入喷嘴(11)中的压缩空气的设定供气压力是通过标定的方式获得；标定过程中，将喷嘴端面与所对浮板面之间的平行度误差调整到设计要求的公差值，向喷嘴(11)供给稳定的压缩气体，让气体从喷嘴中心的节流孔(14)喷出，确定将垫片吹出的最小供气压力为检测时的设定供气压力。

2.根据权利要求1所述的检测喷嘴端面与浮板表面平行度的方法，其特征是：标定时，喷嘴端面与浮板表面之间间隙最大位置处是处在相邻两块垫片之间，并与相邻的两块垫片距离相等。