CN103017721A - 陶瓷涂布刮刀平面度误差测量装置及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种陶瓷涂布刮刀平面度误差测量装置及其测量方法，它包括一个测量工作台，工作台上设有刮刀钢带支撑架和传感器支架，刮刀钢带支撑架上设有安放刮刀钢带的磁力吸盘，传感器支架上设有三个微位移传感器，三个微位移传感器布置在刮刀钢带上方，且均匀布置在刮刀钢带的宽度方向上；在钢带支撑架上还设有刮刀钢带前进的驱动装置，驱动装置是在磁力吸盘的两侧分别设有一对夹持刮刀钢带前进的辊轮，这两对辊轮由调速电机带动同步同向运转。采用本发明装置可以实时测量各种规格不同长度刮刀钢带的平面度误差，方便快捷。

Description

陶瓷涂布刮刀平面度误差测量装置及其测量方法

技术领域

本发明涉及测量技术,尤其涉及一种带状长薄壁零件平面度的测量技术。

背景技术

目前，造纸行业用的陶瓷涂布刮刀，其基本精度要求在现行标准QB-T2574-2002中有严格规定，影响其使用性能和涂布质量的两个关键参数是直线度和平行度；涂布刮刀长度方向的刃口直线度应符合如公式1所示的要求，并且在全长范围内只允许一个弧度；平行度要求如表1所示。

$Y<\frac{L^2}{40}---\left(1\right)$

表1涂布刮刀平行度误差

在陶瓷涂布刮刀上喷涂陶瓷涂层后，必须进行精密磨削处理，满足上述精度要求后，方能在工业中应用。在上述过程中，刮刀涂层制备工艺和磨削工艺对刮刀的平行度和直线度误差均会有显著影响。刮刀涂层表面的磨削是以刮刀背面作为基准面的，该基准面的平面度误差显著受到热喷涂过程及涂层应力的影响，对磨削精度影响非常大，必须严格控制和检测。根据GB/T 11337-2004，测量工具平面度的方法有间隙法、指示器法、光轴法、干涉法、液面法等。对于壁厚比较大的零件，采用上述方法可以很方便的测出平面度误差。但涂布刮刀为长薄壁零件，弹性很大，在测量平面度时必须考虑弹性变形的影响，因此，在刮刀全长度范围内测量平面度难度很大，弹性变形引起的平面度测量误差往往超过了因涂层制备所造成的刮刀平面度的永久变化。为解决这一问题，本发明设计了一种适合于涂布刮刀这种弹性长薄壁零件的平面度误差测量方法。

发明内容

本发明的目的是解决涂布刮刀这种因易于弹性变形，平面度误差难于精确测量的技术难题，提供一种测量装置及其测量方法，实现平面度误差的精确快速测量。

为达到上述目的，本发明的陶瓷涂布刮刀平面度误差测量装置测量装置结构是：它包括一个测量工作台，工作台上设有刮刀钢带支撑架和传感器支架，刮刀钢带支撑架上设有安放刮刀钢带的磁力吸盘，传感器支架上设有三个微位移传感器，三个微位移传感器布置在刮刀钢带上方，且均匀布置在刮刀钢带的宽度方向上；在钢带支撑架上还设有刮刀钢带前进的驱动装置，驱动装置是在磁力吸盘的两侧分别设有一对夹持刮刀钢带前进的辊轮，这两对辊轮由调速电机带动同步同向运转。

利用上述装置精确快速测量刮刀平面度误差的方法如下：

第一步：安装刮刀钢带

将刮刀钢带平放在磁力吸盘上，并从磁力吸盘两侧的辊轮中穿过，刮刀钢带涂层应伸出磁力吸盘以外，以避免刮刀涂层对测量精度的影响，调整磁力吸盘的磁力大小，使其恰好吸住刮刀钢带，保正刮刀钢带前进时能够无振动的在其表面滑过；

第二步：先使用标准平台矫正三个微位移传感器的触点高度，使三个微位移传感器的触点在同一水平面上；将三个微位移传感器连接在位移数据采集器上；设定位移数据采集器的采样频率，例如采样频率设定为每2s采样一次；

第三步：开启驱动装置，使刮刀钢带以0.05m/s的速度匀速前进，在刮刀钢带匀速前进过程中，三个微位移传感器收集采样点位置数据（x₁,y₁,z₁），（x₂,y₂,z₂），（x₃,y₃,z₃），……，（x_n,y_n,z_n），其中，z向坐标垂直于钢带表面，是通过微位移传感器测出的垂直于刮刀平面方向的纵向跳动值，y向坐标值由三个微位移传感器的固定位置确定，x向坐标值则由钢带行走速度乘以时间计算得出；

第四步：将检测到的上述位置移数据传输到计算机，计算机利用最小二乘法处理数据并给出平面度误差值。

本发明的积极效果是：

1、采用本发明方法测定陶瓷刮刀磨削基准面平面度误差时，借助于磁力吸盘的辅助作用，可以消除传统方法测定时钢带弹性变形的影响，精确测定出因热喷涂工艺或涂层应力造成的对刮刀钢带平面度的影响。

2、采用本发明方法，借助于刮刀钢带驱动装置和磁力吸盘的辅助作用，可以实时测量各种规格不同长度刮刀钢带的平面度误差，方便快捷。

附图说明

图1是本发明刮刀钢带平面度测量装置主视示意图；

图2是图1的侧视图；

图3是图1的俯视图；

图4为刮刀钢带平面采样点示意图。

图中：1-第一微位移传感器，2-第二微位移传感器，3-第三微位移传感器，4-磁力吸盘，5-涂层，6-刮刀钢带，7-驱动装置，8-调速电机，9-测量工作台，10-传感器支架，11-刮刀钢带支撑架。

具体实施方式

如图1-3所示，本发明的陶瓷涂布刮刀平面度误差测量装置测量装置结构是：它包括一个测量工作台9，测量工作台9上设有刮刀钢带支撑架11和传感器支架10，刮刀钢带支撑架11上设有安放刮刀钢带6的磁力吸盘4，传感器支架10上设有三个微位移传感器，分别为第一微位移传感器1、第二微位移传感器2、第三微位移传感器3；三个微位移传感器布置在刮刀钢带6的上方，且均匀布置在刮刀钢带的宽度方向上；在刮刀钢带支撑架11上还设有刮刀钢带前进的驱动装置7，驱动装置7是在磁力吸盘4的两侧分别设有一对夹持刮刀钢带前进的辊轮，这两对辊轮由调速电机8带动同步同向运转。

利用上述装置精确快速测量刮刀平面度误差的方法如下：

第一步：安装刮刀钢带

将刮刀钢带6平放在磁力吸盘4上，并从磁力吸盘4两侧的辊轮中穿过，刮刀钢带涂层5应伸出磁力吸盘4以外，以避免刮刀钢带涂层5对测量精度的影响，调整磁力吸盘4的磁力大小，使其恰好吸住刮刀钢带6，保证刮刀钢带6前进时能够无振动的在其表面滑过；

第二步：先使用标准平台矫正第一微位移传感器1、第二微位移传感器2、第三微位移传感器3的触点高度，使三个微位移传感器的触点在同一水平面上；将三个微位移传感器连接在位移数据采集器上；设定位移数据采集器的采样频率，设定为每2s采样一次；

第三步：开启调速电机8，驱动装置7带动刮刀钢带6以0.05m/s的速度匀速前进，在刮刀钢带6匀速前进过程中，三个微位移传感器收集采样点位置数据（x₁,y₁,z₁），（x₂,y₂,z₂），（x₃,y₃,z₃），……，（x_n,y_n,z_n），其中，z向坐标垂直于钢带表面，是通过微位移传感器测出的垂直于刮刀平面方向的纵向跳动值，y向坐标值由三个微位移传感器的固定位置确定，x向坐标值则由钢带行走速度乘以时间计算得出;三个微位移传感器收集采样点位置如图4所示；

第四步：将检测到的上述位置移数据传输到计算机，计算机利用最小二乘法处理数据并给出平面度误差值。

本发明所述的最小二乘法为现有技术，算法原理如下：

根据GB1182-2008对平面度误差的定义，平面度误差是实际平面对其理想平面的变动量，理想平面的位置应符合最小条件；设理想平面的方程为:

z=b₁+b₂x+b₃y

按最小二乘法的基本原理，由测量点拟合的理想平面应使测量点到该平面的坐标值的平方和最小。故：

$S=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\left({z-z}_i\right)}^2=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{(b_1+b_2{x}_i+b_3{y}_i-z_i)}^2\&RightArrow;\min$

根据极值定律可知：

$\frac{\&PartialD;S}{{\&PartialD;b}_1}=2\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}(b_1+b_2{x}_i+b_3{y}_i-z_i)=0$

$\frac{\&PartialD;S}{{\&PartialD;b}_2}=2\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}(b_1+b_2{x}_i+b_3{y}_i-z_i)x_i=0$

$\frac{\&PartialD;S}{{\&PartialD;b}_3}=2\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}(b_1+b_2{x}_i+b_3{y}_i-z_i)y_i=0$

整理得到： $\left[\begin{array}{ccc}n& \underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i& \underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{y}_i\\ \underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i& \underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x_i}^2& \underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i{y}_i\\ \underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{y}_i& \underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i{y}_i& \underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{y_i}^2\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{b}_1\\ b_2\\ b_3\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{z}_i\\ \underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i{z}_i\\ \underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{y}_i{z}_i\end{array}\right]$

写成矩阵形式即：

Ab=B，其中： $A=\left[\begin{array}{ccc}n& \underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i& \underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{y}_i\\ \underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i& \underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x_i}^2& \underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i{y}_i\\ \underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{y}_i& \underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i{y}_i& \underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{y_i}^2\end{array}\right],$ $b=\left[\begin{array}{c}{b}_1\\ b_2\\ b_3\end{array}\right],$ $B=\left[\begin{array}{c}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{z}_i\\ \underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{x}_i{z}_i\\ \underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{y}_i{z}_i\end{array}\right]$

将实测点值（x₁,y₁,z₁），（x₂,y₂,z₂），（x₃,y₃,z₃），……，（x_n,y_n,z_n）代入求出矩阵A和B中个元素的值，求解这个三元一次方程组从而可以确定b₁、b₂、b₃的值:

$b=\left[\begin{array}{c}{b}_1\\ b_2\\ b_3\end{array}\right]=A^{-1}B$

即确定了理想平面的位置方程：z=b₁+b₂x+b₃y，再将各测点相应的坐标(x_i，y_i，z_i)的x_i、y_i值代入平面方程，即可得对应的z方向坐标值，所以平面度误差为:

F=max(zi－z)－min(zi－z)i=1,2，……，n

该计算过程由计算机数据处理系统自动完成并输出平面度误差F的值。

Claims (2)

1.一种陶瓷涂布刮刀平面度误差测量装置，其特征在于，它包括一个测量工作台，工作台上设有刮刀钢带支撑架和传感器支架，刮刀钢带支撑架上设有安放刮刀钢带的磁力吸盘，传感器支架上设有三个微位移传感器，三个微位移传感器布置在刮刀钢带上方，且均匀布置在刮刀钢带的宽度方向上；在钢带支撑架上还设有刮刀钢带前进的驱动装置，驱动装置是在磁力吸盘的两侧分别设有一对夹持刮刀钢带前进的辊轮，这两对辊轮由调速电机带动同步同向运转。

2.利用权利要求1所述的测量装置测量陶瓷涂布刮刀平面度误差的方法，其特征在于：

第一步：安装刮刀钢带

将刮刀钢带平放在磁力吸盘上，并从磁力吸盘两侧的辊轮中穿过，刮刀钢带涂层应伸出磁力吸盘以外，以避免刮刀涂层对测量精度的影响，调整磁力吸盘的磁力大小，使其恰好吸住刮刀钢带，保正刮刀钢带前进时能够无振动的在其表面滑过；

第二步：先使用标准平台矫正三个微位移传感器的触点高度，使三个微位移传感器的触点在同一水平面上；将三个微位移传感器连接在位移数据采集器上；设定位移数据采集器的采样频率；

第三步：开启驱动装置，使刮刀钢带以0.05m/s的速度匀速前进，在刮刀钢带匀速前进过程中，三个微位移传感器收集采样点位置数据（x₁,y₁,z₁），（x₂,y₂,z₂），（x₃,y₃,z₃），……，（x_n,y_n,z_n），其中，z向坐标垂直于钢带表面，是通过微位移传感器测出的垂直于刮刀平面方向的纵向跳动值，y向坐标值由三个微位移传感器的固定位置确定，x向坐标值则由钢带行走速度乘以时间计算得出；

第四步：将检测到的上述位置移数据传输到计算机，计算机利用最小二乘法处理数据并给出平面度误差值。

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