CN103292729A

CN103292729A - 一种非球面法向误差检测装置

Info

Publication number: CN103292729A
Application number: CN2013101821434A
Authority: CN
Inventors: 郭隐彪; 王春锦; 唐恰恒; 白志扬
Original assignee: Xiamen University
Current assignee: Xiamen University
Priority date: 2013-05-16
Filing date: 2013-05-16
Publication date: 2013-09-11

Abstract

一种非球面法向误差检测装置，涉及非球面误差检测装置。设有底座、Y向导轨、Y向滑块、Y向直线电机、工作台、立柱、横梁、X向导轨、X向滑块、X向直线电机、X向移动块、第一配重块、Z向导轨、Z向滑块、Z向直线电机、Z向移动板、支架、第二配重块、二自由度球面马达固定架、二自由度球面马达、高精度测头和控制电路；Y向直线电机、X向直线电机、Z向直线电机和二自由度球面马达均可通控制电路控制，数控电路的控制代码可由PC通过软件结合待测工件的几何特征即可计算并导出其控制代码。由于采用直线电机驱动，可保证进给的高精度和结构的紧凑性。具有三坐标测量仪的功能，不仅可实现非球面法向误差的检测，而且能检测复杂的曲面。

Description

一种非球面法向误差检测装置

技术领域

本发明涉及非球面误差检测装置，尤其是涉及一种非球面法向误差检测装置。

背景技术

计算机控制抛光技术，包括气囊抛光、小磨头抛光、磁流变抛光技术等，去除函数均是相对于抛光接触区的法线方向，故计算驻留时间时所用的残余误差必须是法向误差。对于平面工件和球面工件，其残余误差很容易获得，均有成熟的测量仪器。但是对于非球面工件，目前还没有合适的仪器能够直接测得其法向误差。目前对于相对空径较小的工件，法向误差值和工件高度方向的误差值相差很小，故多用沿着工件的高度方向的误差来替代法向误差；但对于相对孔径较大的工件，法向误差值和工件高度方向的误差值相差较大，无法替代，一般用一些近似的计算方法来计算，这些近似的计算会引入不小的误差。因此，目前急需一种仪器能够精确地测量非球面法向误差，提高抛光加工的精度。

非球面的法向误差的测量，除了基础的三方向进给之外，还需要至少两个方向的摆动自由度，若直接用两个电机组合在一起，不仅结构复杂，而且装配误差的引入将大大降低检测机床的精度，对于机床精度要求极高的检测仪器来说，这是致命的。近几年新出现的一种二自由度的电机，即一个电机可以实现两个自由度的转动（参见文献：1、程光明，郭抗，孙业明，曾平，武迪.单振子二自由度球面马达的运动机理[J]，纳米技术与精密工程，2011，9（4）），还有能实现球面运动的马达（参见中国专利200820092375），这种多自由度球面马达的出现使得直接测量非球面法向误差成为了可能。

发明内容

本发明的目的在于针对非球面的法向误差无法直接测量的问题，提供一种非球面法向误差检测装置。

本发明设有底座、Y向导轨、Y向滑块、Y向直线电机、工作台、立柱、横梁、X向导轨、X向滑块、X向直线电机、X向移动块、第一配重块、Z向导轨、Z向滑块、Z向直线电机、Z向移动板、支架、第二配重块、二自由度球面马达固定架、二自由度球面马达、高精度测头和控制电路；

所述Y向导轨和Y向直线电机定子固于底座上，Y向直线电机动子固于工作台上，工作台与Y向直线电机连接，并通过Y向滑块与Y向导轨滑动配合，立柱固于底座上，横梁固于立柱上，X向导轨固于横梁两侧，X向直线电机定子固于横梁上，X向滑块固于X向移动块上，X向移动块固定X向直线电机动子，X向移动块后部固定第一配重块，X向移动块前部固定Z向导轨和Z向直线电机定子，Z向移动板上固定Z向滑块，Z向移动板与Z向直线电机动子连接，支架固于Z向移动板上，支架前部固定第二配重块，支架后部固定二自由度球面马达固定架，二自由度球面马达定子固于二自由度球面马达固定架上，二自由度球面马达转子与二自由度球面马达定子配合，高精度测头固于二自由度球面马达转子的伸出轴上，控制电路包括Y向直线电机驱动器、X向直线电机驱动器、Z向直线电机驱动器、二自由度球面马达驱动器及微控制器，Y向直线电机驱动器、X向直线电机驱动器、Z向直线电机驱动器和二自由度球面马达驱动器均与微控制器电连接。

所述Y向导轨由2根Y向轨条组成；所述Y向滑块的数量为4个；所述X向导轨由2根X向轨条组成；所述X向滑块的数量为4个；所述Z向导轨由2根Z向轨条组成；所述Z向滑块的数量为4个。

所述横梁最好为中空式横梁，这样既可保证足够刚度，又可同时减轻仪器的整体重量，而且便于控制系统的布线。

所述二自由度球面马达固定架最好为L形，可使二自由度球面马达位于横梁的下方，从而使装置整体结构更紧凑。

所述第一配重块的重量与沿Z向移动的所有零件的总重量最好相同，这样可更好地使X向移动块在水平方向上平衡。

所述第二配重块的重量与二自由度球面马达固定架、二自由度球面马达和高精度测头的总重量最好相同，这样可更好地保证支架在水平方向上的平衡。

与现有技术比较，本发明的工作原理及有益效果如下：

本发明的Y向直线电机、X向直线电机、Z向直线电机和二自由度球面马达均可通控制电路控制，数控电路的控制代码可由PC通过软件结合待测工件的几何特征即可计算并导出其控制代码。由于采用直线电机驱动，可保证进给的高精度和结构的紧凑性。本发明具有三坐标测量仪的功能，不仅可实现非球面法向误差的检测，而且还能检测复杂的曲面。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图。

图2为图1的主视图。

图3为图1的俯视图。

图4为图1的后视图。

图5为图1的侧视图。

图6为本发明实施例中的二自由度球面马达示意图。

上述各图中的标记表示：

1..底座，2.Y向导轨，3.Y向滑块，4.Y向直线电机定子，5.Y向直线电机动子，6.工作台，7.立柱，8.横梁，9.X向导轨，10.X向滑块，11.X向直线电机定子，12.X向直线电机动子，13.X向移动块，14.第一配重块，15.Z向导轨，16.Z向滑块，17.Z向直线电机定子，18.Z向直线电机动子，19.Z向移动板，20.支架，21.第二配重块，22.二自由度球面马达固定架，23.二自由度球面马达定子，24.二自由度球面马达转子，25.高精度测头，P.非球面工件。

具体实施方式

参见图1～6，本发明实施例设有底座1，Y向导轨2（由2根Y向轨条组成），Y向滑块3（数量4个），Y向直线电机（包括Y向直线电机定子4和Y向直线电机动子5），工作台6，立柱7，横梁8，X向导轨9（由2根X向轨条组成），X向滑块10（数量4个），X向直线电机（包括X向直线电机定子11和X向直线电机动子12），X向移动块13，第一配重块14，Z向导轨15（由2根Z向轨条组成），Z向滑块16（数量4个），Z向直线电机（包括Z向直线电机定子17和Z向直线电机动子18），Z向移动板19，支架20，第二配重块21，二自由度球面马达固定架22，二自由度球面马达（包括二自由度球面马达定子23和二自由度球面马达转子24）、高精度测头25和控制电路（图1～6中未画出）。控制电路包括Y向直线电机驱动器、X向直线电机驱动器、Z向直线电机驱动器、二自由度球面马达驱动器及微控制器，Y向直线电机驱动器、X向直线电机驱动器、Z向直线电机驱动器和二自由度球面马达驱动器均与微控制器（为PC机）电连接。

Y向导轨2和Y向直线电机定子4通过螺钉连接固于底座1上，Y向直线电机动子4固于工作台6上，工作台6通过Y向滑块3与Y向导轨2滑动配合，立柱7固定于底座1上，横梁8固于立柱7上，X向导轨9固于横梁8两侧，X向直线电机定子11固于横梁8上，X向滑块10固于X向移动块13上，X向移动块13固定X向直线电机动子12，X向移动块13后部固定第一配重块14，X向移动块13前部固定Z向导轨15和Z向直线电机定子17，Z向移动板19上固定Z向滑块16，Z向移动板19与Z向直线电机动子18连接，支架20固于Z向移动板19上，支架20前部固定第二配重块22，支架20后部固定二自由度球面马达固定架22，二自由度球面马达定子23固于二自由度球面马达固定架22上，二自由度球面马达转子24与二自由度球面马达定子23配合，高精度测头25固于二自由度球面马达转子24的伸出轴上，控制电路包括Y向直线电机驱动器、X向直线电机驱动器、Z向直线电机驱动器、二自由度球面马达驱动器及微控制器，Y向直线电机驱动器、X向直线电机驱动器、Z向直线电机驱动器和二自由度球面马达驱动器均设于支架上，并分别与Y向直线电机、X向直线电机、Z向直线电机和二自由度球面马达电连接，Y向直线电机驱动器、X向直线电机驱动器、Z向直线电机驱动器和二自由度球面马达驱动器均与微控制器电连接。

所述横梁8为中空式横梁，这样既可保证足够刚度，又可同时减轻仪器的整体重量，而且便于控制系统的布线。所述二自由度球面马达固定架22为L形，可使二自由度球面马达位于横梁8的下方，从而使装置整体结构更紧凑。所述第一配重块14的重量与沿Z向移动的所有零件的总重量相同，这样可更好地使X向移动块13在水平方向上平衡。所述第二配重块21的重量与二自由度球面马达固定架22、二自由度球面马达和高精度测头25的总重量相同，这样可更好地保证支架20在水平方向上的平衡。所述二自由度球面马达转子24的伸出轴端部设有螺钉孔，螺钉孔与高精度测头25的端部螺钉配合。

本实施例工作时，首先在PC中的数控加工程序软件中，导入带测量工件P的面型方程数据，从而生成非球面法向误差检测时的各个轴的控制代码。然后导入数控系统，由数控系统控制驱动器，各驱动器分别驱动各直线电机和二自由度球面马达。

检测非球面法向误差时，将非球面工件P放置于工作台6上，X向直线电机驱动器、Y向直线电机驱动器和Z向直线电机驱动器分别驱动X、Y和Z向直线电机沿着非球面工件P的表面走光栅式路线，同时为了将高精度测头25自身的轴线与每一点处的法线重合，需连续控制二自由度球面马达，调整二自由度球面马达转子24在以X轴和Y轴为轴线的两个方向摆动一定的角度，即图6所示的角度α和β，高精度测头25将测得的数据反馈给与高精度测头25配套的数据信号采集系统，从而实现非球面工件P表面法向误差的检测。

当待测工件为平面工件时，则只需将二自由度球面马达转子24的轴线调整至垂直于工件的平面，其余操作与三坐标测量仪的操作方法一致。

Claims

1.一种非球面法向误差检测装置，其特征在于设有底座、Y向导轨、Y向滑块、Y向直线电机、工作台、立柱、横梁、X向导轨、X向滑块、X向直线电机、X向移动块、第一配重块、Z向导轨、Z向滑块、Z向直线电机、Z向移动板、支架、第二配重块、二自由度球面马达固定架、二自由度球面马达、高精度测头和控制电路；

Y向导轨和Y向直线电机定子固于底座上，Y向直线电机动子固于工作台上，工作台与Y向直线电机连接，并通过Y向滑块与Y向导轨滑动配合，立柱固于底座上，横梁固于立柱上，X向导轨固于横梁两侧，X向直线电机定子固于横梁上，X向滑块固于X向移动块上，X向移动块固定X向直线电机动子，X向移动块后部固定第一配重块，X向移动块前部固定Z向导轨和Z向直线电机定子，Z向移动板上固定Z向滑块，Z向移动板与Z向直线电机动子连接；支架固于Z向移动板上，支架前部固定第二配重块，支架后部固定二自由度球面马达固定架，二自由度球面马达定子固于二自由度球面马达固定架上，二自由度球面马达转子与二自由度球面马达定子配合，高精度测头固于二自由度球面马达转子的伸出轴上，控制电路包括Y向直线电机驱动器、X向直线电机驱动器、Z向直线电机驱动器、二自由度球面马达驱动器及微控制器，Y向直线电机驱动器、X向直线电机驱动器、Z向直线电机驱动器和二自由度球面马达驱动器均与微控制器电连接。

2.如权利要求1所述的一种非球面法向误差检测装置，其特征在于所述Y向导轨由2根Y向轨条组成；所述Y向滑块的数量为4个；所述X向导轨由2根X向轨条组成；所述X向滑块的数量为4个；所述Z向导轨由2根Z向轨条组成；所述Z向滑块的数量为4个。

3.如权利要求1所述的一种非球面法向误差检测装置，其特征在于所述横梁为中空式横梁。

4.如权利要求1所述的一种非球面法向误差检测装置，其特征在于所述二自由度球面马达固定架为L形。

5.如权利要求1所述的一种非球面法向误差检测装置，其特征在于所述第一配重块的重量与沿Z向移动的所有零件的总重量相同。

6.如权利要求1所述的一种非球面法向误差检测装置，其特征在于所述第二配重块的重量与二自由度球面马达固定架、二自由度球面马达和高精度测头的总重量相同。