CN103383285B - 伺服型机床工作部件温度场测量机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种伺服型机床工作部件温度场测量机，探头部件包括基座平台，竖直方向转动机构，水平方向转动机构，传感器组件，基座平台上面固定连接竖直方向转动机构，竖直方向转动机构上面固定连接水平方向转动机构，水平方向转动机构上面连接传感器组件；大定位部件包括竖直方向传动机构，水平方向传动机构，前后方向传动机构，前后方向传动机构与基座平台连接，前后方向传动机构通过水平方向传动机构与竖直方向传动机构连接，竖直方向传动机构固定连接在基座部件上。本发明具有在空间中进行温度场测量的功能，同时，对测量对象的定位分为两步执行，减少对传动机构的精度要求，适用于当伺服机床工作时，对其工作部件进行温度场检测。

Description

伺服型机床工作部件温度场测量机

技术领域

本发明涉及一种机床工作部件温度场测量机，尤其是一种伺服型机床的工作部件在工作时，对其温度场进行测量的测量机。

背景技术

温度测量的方法可以分为接触式和非接触式测温法两大类。接触式测温法在测量时需要将传感器与被测物体充分接触，一般所测量的结果是被测对象和温度传感器达到温度平衡时，传感器所反映的温度。在使用接触式测温法时会对被测物体的温度有一定干扰，并且传感器与被测对象的接触效果直接影响到测量的精度。同时，接触式测温法还存在如下问题：当进行温度场测量时，大量传感器布置于被测对象上，会对被测对象正常工作产生负面影响；当被测对象处于运动状态时，走线的布置会影响传感器的测量效果。非接触式测温法不需要将传感器与被测对象接触，因此不会对被测对象产生干扰，从而影响被测对象的温度场。一般情况下，非接触式测温法动态响应特性好，但是会被测量对象的表面状态或测量介质的物性参数所影响。使用的非接触式测温法中以红外手持测温仪和红外热像仪最具代表性，手持式无法控制红外热像仪与被测物体的距离，保证被测对象处于有效的测量范围中，对其测量精度有很大的影响。红外热像仪对温度场测量具有如下不足：（1）测量的结果难以把测点位置和温度做一个精确的对应，测量到的场数据是以图片形式表现，要形成精确的温度数字场还需要做大量模式识别处理。（2）红外热像仪只能对平面的温度场进行测量，难以在立体空间内进行温度测量，无法有效地反映空间的温度场情况。

在针对大范围的温度测量的领域中，有全方位非接触红外测温摄像一体化智能摄像机，该发明专利申请号00130737.1全方位非接触红外测温摄像一体化智能摄像机，通过涡轮蜗杆机构实现传感器在水平大于360°连续运动同时可做大于90°的俯仰运动，进行温度测量。该机构由以下缺点：第一，传感器运动的范围不合理，水平方向不需要360°连续运动，俯仰运动90°测量范围不够；第二，涡轮蜗杆机构减速比大，以至于进行温度场测量时测量周期长；第三，无法控制被测对象在传感器有效的测量范围中。

针对以上缺点，需要一种探头部件在竖直方向的旋转可以达到360°，在水平方向的旋转可以达到270°，足够测量使用，采用齿轮传动，达到精度的同时保证传动效率。

发明内容

本发明是要提供一种伺服型机床工作部件温度场测量机，该测量机能够从三维的角度，在被测机床工作部件工作时，对其温度场进行测量，与同类设备相比，能够用相对较低的成本达到要求的测量精度，通过大定位机构将探头部件控制在距离被测对象20mm范围内，保证测量效果。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种伺服型机床工作部件温度场测量机，包括基座部件、探头部件、大定位部件，其特点是：探头部件包括基座平台，竖直方向转动机构，水平方向转动机构，传感器组件，基座平台上面固定连接竖直方向转动机构，竖直方向转动机构上面固定连接水平方向转动机构，水平方向转动机构上面连接传感器组件；大定位部件包括竖直方向传动机构，水平方向传动机构，前后方向传动机构，前后方向传动机构与基座平台连接，前后方向传动机构通过水平方向传动机构与竖直方向传动机构连接，竖直方向传动机构固定连接在基座部件上。

竖直方向转动机构包括下导向、上导向、第一单向推力球轴承、第二内齿轮、第二小齿轮、第二电机，下导向与基座平台固定连接，下导向与上导向通过第一单向推力球轴承活动连接，第二内齿轮与上导向内部过盈配合，第二电机固定在基座平台上，第二小齿轮与第二电机过盈配合，第二小齿轮与第二内齿轮齿轮配合。

水平方向转动机构包括底板、支撑板、第一小齿轮、第一电机、轮辐、芯轴、第一内齿轮、配重环，底板与上导向固定，支撑板固定在底板两侧，第一内齿轮与配重环分别与轮辐固定连接，芯轴穿过第一内齿轮，配重环以及轮辐，芯轴两端由支撑板支撑，第一电机固定在底板上，第一电机与第一小齿轮过盈配合，第一小齿轮与第一内齿轮齿轮连接。

传感器组件包括摄像头、红外测温仪、红外距离传感器，红外测温仪通过螺纹固定在主夹具体中央，红外距离传感器固定在主夹具体侧面，摄像头周围布置橡胶垫片，主夹具体与副夹具体夹紧摄像头，主夹具体通过螺杆与第一内齿轮以及配重环固定连接。

竖直方向传动机构由第一丝杠，第一光杠，第三电机，联轴器，第二螺母座组成，第三电机通过联轴器连接第一丝杠，第一丝杠通过第二螺母座连接大箱体。

水平方向传动机构由第四电机，第二光杠，第二丝杠，第三小齿轮，第一大齿轮，第一螺母座组成，第四电机固定在大箱体内，第四电机与第三小齿轮过盈配合，第三小齿轮与第一大齿轮啮合，第一螺母座通过平键与第一大齿轮内部配合连接，第一大齿轮两侧分别安装第二，三单向推力球轴承，第二单向推力球轴承左侧顶住套筒，套筒顶住大箱体，第三单向推力球轴承右侧顶住第一，二可调节套筒，第一，二可调节套筒顶住大箱体，第二丝杠一端从第一螺母座中间穿过用螺栓与大箱体固定连接，第二丝杠另一端与小箱体固定连接。

前后方向传动机构由第三螺母座，第二大齿轮，第四小齿轮，第五电机组成，第五电机固定在小箱体上，第四小齿轮与第五电机过盈配合连接，第四小齿轮与第二大齿轮啮合，第二大齿轮与小箱体在轴向固定连接，第二大齿轮通过平键连接第三螺母座。

本发明的有益效果是：

1、本发明通过探头部件与大定位部件的组合，形成了测量机在三维空间中测量温度场的功能，应用该测量机能在伺服型机床工作部件工作时，对其温度场进行测量，并且从三维的角度反映测量效果。

2、本发明通过红外测温仪，红外距离传感器，摄像头，三者组合使用，实现确定被测对象与探头部件的距离，确定被测对象实际面积，确定被测对象温度场的测量值。

3、本发明通过两组齿轮传动，实现传感器组件在竖直与水平两个正交方向上进行旋转，实现探头能够对准被测对象，保证被测对象与传感器组件距离最小，并且进行温度场扫描。

4、本发明通过三组丝杠螺母机构带动探头部件运动到距离被测对象20mm范围内，能够增大测量的空间并减少对传动部件的精度要求。

附图说明

图1是本发明的结构主剖视图；

图2是探头部件剖视图；

图3是图2的左剖视图；

图4 是大定位部件主剖视图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明。

请参阅图1-4，本发明的伺服型机床工作部件温度场测量机，由探头部件，固定探头部件的大定位部件以及基座部件1组成。

如图1所示，探头部件包括基座平台13，竖直方向转动机构10，水平方向转动机构12，传感器组件11，基座平台13上面固定连接竖直方向转动机构10，竖直方向转动机构10上面固定连接水平方向转动机构12，水平方向转动机构12上面连接传感器组件11；所述大定位部件包括竖直方向传动机构2，水平方向传动机构5，前后方向传动机构9，前后方向传动机构9与基座平台13连接，前后方向传动机构9通过水平方向传动机构5与竖直方向传动机构2连接，竖直方向传动机构2固定连接在基座部件1上。

如图2，3所示，探头部件包括基座平台13，下导向14，第一单向推力球轴承15，第二内齿轮16，上导向17，底板18，支撑板19，第一小齿轮20，第一电机21，轮辐22，深沟球轴承23，芯轴24，第一内齿轮25，螺杆26，配重环27，橡胶垫片28，摄像头29，红外测温仪30，红外距离传感器31，主夹具体32，副夹具体33，第二小齿轮34，第二电机35等。

基座平台13固定在大定位部件工作平台1上。下导向14与基座平台13固定，下导向14与上导向17通过第一单向推力球轴承15活动连接，第二内齿轮16与上导向17内部过盈配合连接，第二电机35固定在基座平台13上，第二小齿轮34与第二电机35过盈配合连接，第二小齿轮34与第二内齿轮16齿轮配合组成竖直方向转动机构10。底板18与上导向17固定，支撑板19固定在底板18两侧，第一内齿轮25与配重环27分别与轮辐22固定，芯轴24穿过第一内齿轮25，配重环27以及轮辐22，芯轴24两端由支撑板19支撑，第一电机21固定在底板18上，电机21与第一小齿轮20过盈配合，第一小齿轮20与第一内齿轮25齿轮连接组成水平方向转动机构12。红外测温仪30通过螺纹固定在主夹具体32中央，红外距离传感器31固定在主夹具体32侧面，摄像头29周围布置橡胶垫片28，主夹具体32与副夹具体33夹紧摄像头29，主夹具体32通过螺杆26与第一内齿轮25以及配重环27固定组成传感器组件11。

在探头部件中，基座平台13为整个探头部件的载体，下导向14与基座平台13固定，下导向14与上导向17连接，为保证转动性能，下导向14与上导向17通过第一单向推力球轴承15活动连接，底板18与上导向17固定，第二内齿轮16与上导向17内部过盈配合，第二电机35固定在基座平台13上，第二小齿轮34与第二电机35过盈配合，第二电机35的转动通过第二小齿轮34传递给第二内齿轮16，第二内齿轮16通过上导向17将转动传递给水平方向转动机构12，支撑板19固定在底板18两侧，红外测温仪30通过螺纹固定在主夹具体32中央，红外距离传感器31固定在主夹具体32侧面，摄像头29周围布置橡胶垫片28，主夹具体32与副夹具体33夹紧摄像头29，以此夹紧三个传感器，主夹具体32通过螺杆26与第一内齿轮25以及配重环27固定，以此可以使传感器组件11在跟随水平方向转动机构12以及竖直方向转动机构10运动，第一内齿轮25与配重环27分别与轮辐22固定，芯轴24穿过第一内齿轮25，配重环27以及轮辐22，芯轴24两端由支撑板19支撑，第一电机21固定在底板18上，电机21与第一小齿轮20过盈配合，第一小齿轮20与第一内齿轮25齿轮连接，第一电机21的转动通过第一小齿轮20传递给第一内齿轮25，第一内齿轮25带动传感器组件11转动。通过探头部件上部件的固定与连接，与大定位部件配合使用，能够实现传感器组件与被测对象距离最小，保持在20mm以内，并且能够实现对温度场的扫描。

如图4所示，大定位部件包括竖直方向传动机构2，第一丝杠3，第一光杠4，水平方向传动机构5，第二光杠7，第二丝杠8，前后方向传动机构9，第三电机36，联轴器37，固定侧轴承座38，直线轴承39，大箱体40，第四电机41，第三小齿轮42，第一大齿轮43，第二，三单向推力球轴承44，50，套筒45，顶环46，第一螺母座47，平键48，支撑侧轴承座49，第二螺母座51，第一，二可调节套筒52,53，平键54，第三螺母座55，第二大齿轮56，第四小齿轮（57），第五电机58，小箱体59等。

竖直方向传动机构2由第一丝杠3，第一光杠4，第三电机36，联轴器37，固定侧轴承座38，直线轴承39，第二螺母座51组成。第三电机36通过联轴器37连接第一丝杠3，第一丝杠3通过第二螺母座51连接大箱体40，第三电机36的转动通过联轴器37传递给第一丝杠3，第一丝杠3带动第二螺母座51在竖直方向移动，以此带动大箱体40在竖直方向移动。

水平方向传动机构5由第四电机41，第二光杠7，第二丝杠8，第三小齿轮42，第一大齿轮43，第一螺母座47等组成。第四电机41固定在大箱体40内，第四电机41与第三小齿轮42过盈配合连接，第三小齿轮42与第一大齿轮43啮合，第一螺母座47通过平键48与第一大齿轮43内部配合连接，第一大齿轮43两侧分别安装第二，三单向推力球轴承44，50，第二单向推力球轴承44左侧顶住套筒45，套筒45顶住大箱体40，第三单向推力球轴承50右侧顶住第一，二可调节套筒52,53，第一，二可调节套筒52,53顶住大箱体40，第二丝杠8一端从第一螺母座47中间穿过后用螺栓6与大箱体40固定连接，第二丝杠8另一端与小箱体59固定，第四电机41转动传递给第三小齿轮42，第三小齿轮42带动第一大齿轮43转动，第一大齿轮43带动第一螺母座47转动，实现第二丝杠8在水平方向上移动。

前后方向传动机构9由第三螺母座55，第二大齿轮56，第四小齿轮57，第五电机58等组成。第五电机58固定在小箱体59上，第四小齿轮57与第五电机58过盈配合连接，第四小齿轮57与第二大齿轮56啮合，第二大齿轮56与小箱体59在轴向固定，第二大齿轮56通过平键54连接第三螺母座55, 第五电机58转动传递给第四小齿轮57，第四小齿轮57带动第二大齿轮56转动，第二大齿轮56带动第三螺母座55转动，实现带动的工作平台在前后方向上移动。

本发明通过探头部件与大定位部件的组合，形成了具有在空间中对伺服型机床的工作部件进行在线温度场测量的功能。本发明主要解决了目前没有在空间中进行温度场测量的机构的问题，它能够用三维的方式反映被测对象的温度场状态，精度能够达到0.1℃，对传动部件的精度要求低，能够在被测对象工作时对其进行测量。

Claims (2)

1.一种伺服型机床工作部件温度场测量机，包括基座部件（1）、探头部件、大定位部件，其特征在于：所述探头部件包括基座平台（13），竖直方向转动机构（10），水平方向转动机构（12），传感器组件（11），基座平台（13）上面固定连接竖直方向转动机构（10），竖直方向转动机构（10）上面固定连接水平方向转动机构（12），水平方向转动机构（12）上面连接传感器组件（11）；所述大定位部件包括竖直方向传动机构（2），水平方向传动机构（5），前后方向传动机构（9），前后方向传动机构（9）与基座平台（13）连接，前后方向传动机构（9）通过水平方向传动机构（5）与竖直方向传动机构（2）连接，竖直方向传动机构（2）固定连接在基座部件（1）上；所述竖直方向转动机构（10）包括下导向（14）、上导向（17）、第一单向推力球轴承（15）、第二内齿轮（16）、第二小齿轮（34）、第二电机（35），下导向（14）与基座平台（13）固定连接，下导向（14）与上导向（17）通过第一单向推力球轴承（15）活动连接，第二内齿轮（16）与上导向（17）内部过盈配合，第二电机（35）固定在基座平台（13）上，第二小齿轮（34）与第二电机（35）过盈配合，第二小齿轮（34）与第二内齿轮（16）齿轮配合；所述水平方向转动机构（12）包括底板（18）、支撑板（19）、第一小齿轮（20）、第一电机（21）、轮辐（22）、芯轴（24）、第一内齿轮（25）、配重环（27），底板（18）与上导向（17）固定，支撑板（19）固定在底板（18）两侧，第一内齿轮（25）与配重环（27）分别与轮辐（22）固定连接，芯轴（24）穿过第一内齿轮（25），配重环（27）以及轮辐（22），芯轴（24）两端由支撑板（19）支撑，第一电机（21）固定在底板（18）上，第一电机（21）与第一小齿轮（20）过盈配合，第一小齿轮（20）与第一内齿轮（25）齿轮连接；所述竖直方向传动机构（2）由第一丝杠（3），第一光杠（4），第三电机（36），联轴器（37），第二螺母座（51）组成，第三电机（36）通过联轴器（37）连接第一丝杠（3），第一丝杠（3）通过第二螺母座（51）连接大箱体（40）；所述水平方向传动机构（5）由第四电机（41），第二光杠（7），第二丝杠（8），第三小齿轮（42），第一大齿轮（43），第一螺母座（47）组成，第四电机（41）固定在大箱体（40）内，第四电机（41）与第三小齿轮（42）过盈配合，第三小齿轮（42）与第一大齿轮（43）啮合，第一螺母座（47）通过第一平键（48）与第一大齿轮（43）内部配合连接，第一大齿轮（43）两侧分别安装第二，三单向推力球轴承（44，50），第二单向推力球轴承（44）左侧顶住套筒（45），套筒（45）顶住大箱体（40），第三单向推力球轴承（50）右侧顶住第一，二可调节套筒（52,53），第一，二可调节套筒（52,53）顶住大箱体（40），第二丝杠（8）一端从第一螺母座（47）中间穿过后用螺栓（6）与大箱体（40）固定连接，第二丝杠（8）另一端与小箱体（59）固定连接；所述前后方向传动机构（9）由第三螺母座（55），第二大齿轮（56），第四小齿轮（57），第五电机（58）组成，第五电机（58）固定在小箱体（59）上，第四小齿轮（57）与第五电机（58）过盈配合连接，第四小齿轮（57）与第二大齿轮（56）啮合，第二大齿轮（56）与小箱体（59）在轴向固定连接，第二大齿轮（56）通过第二平键（54）连接第三螺母座（55）。

2.根据权利要求1所述的伺服型机床工作部件温度场测量机，其特征在于：所述传感器组件（11）包括摄像头（29）、红外测温仪（30）、红外距离传感器（31），红外测温仪（30）通过螺纹固定在主夹具体（32）中央，红外距离传感器（31）固定在主夹具体（32）侧面，摄像头（29）周围布置橡胶垫片（28），主夹具体（32）与副夹具体（33）夹紧摄像头（29），主夹具体（32）通过螺杆（26）与第一内齿轮（25）以及配重环（27）固定连接。