CN105081885B - 用于测量嵌入式微小型工件切削量的精密测量方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于测量嵌入式微小型工件切削量的精密测量方法和装置，属于精密加工及精密测量领域，适用于嵌入式微小型难夹持工件的切削量的精密测量。将主、副位移传感器相对放置，在两个位移传感器中间放置一个移动块，并将被测工件与主位移传感器并排安装在一个移动板上，通过测量两个位移传感器与移动块之间的距离变化值来间接地测量被测工件的切削量；装置由主间距调节单元、副间距调节单元和滑块调节单元构成。本发明的优点是采用电容位移传感器作为测量元件，测量精度高，可达纳米级，适用于嵌入式微小型难夹持工件的切削量的精密测量。
Description
技术领域
本发明属于精密加工及切削量精密测量领域，特别涉及一种用于测量嵌入式微小型工件切削量的精密测量方法和装置。
背景技术
随着科学技术的发展及社会需求的增加，微小零件在工业产品中的应用日益增多，各种各样的微小零件被不断设计制造出来，给人类的生活带来了巨大的便利，如微型齿轮、微型轴承等。目前，各种微小零件被广泛应用于通讯、光学、航空航天和机械加工等领域，这些微小零件外形尺寸一般在几十微米到数毫米之间，虽然重量轻但功能反而更强。
微小型工件的装夹和定位是十分困难的，其体积小，容易丢失和损坏，而且各功能表面小，对其重新定位夹紧不可靠且容易变形，轻者会造成加工精度丧失，重者会导致工件报废。为了提高微小型工件的加工精度和加工效率，其中最实用的方法是把微小型工件牢牢嵌入在一个小型工件衬底中，再把该小型工件衬底安装在大型夹具上以方便加工。而由于微小型工件嵌入在一个小型工件衬底中无法取出，若采取直接测量的方法，则会产生测量精度低，对加工表面有损伤等问题，考虑到切削量对于检测加工完的工件的形状和精度有重要的指导意义，所以精密测量嵌入式微小型工件的切削量至关重要，而目前还没有一套用于测量嵌入式微小型工件切削量的精密测量的可行的方法和装置。
发明内容
本发明提供一种用于测量嵌入式微小型工件切削量的精密测量方法和装置，以解决目前微小型工件的切削量难以精密测量的问题，致力于提供一种用于测量嵌入式微小型工件切削量的精密、可靠、简便的测量方法和装置。
本发明采取的技术方案是，包括下列步骤：
(1)把镶嵌有未加工的被测工件的工件衬底和主电容位移传感器并排安装在移动平台a上的移动板上；
(2)旋动移动平台a的调节螺杆a将被测工件与一个球形基底接触，并测出主电容位移传感器与一个移动块的距离S1；
(3)从移动平台a上的移动板上取下被测工件，加工被测工件，去除一定的厚度；
(4)把带有已加工的被测工件的工件衬底重新安装在移动板上，并再次旋动移动平台a的调节螺杆a；
①若被测工件先与测量触板上的球形基底接触，且主电容位移传感器尚未与移动块接触，即△R≤S1，则工件的切削量为：
△R＝S1-S2
其中，S2为此时主电容位移传感器与移动块的距离；
②若主电容位移传感器先与移动块接触，而被测工件尚未与测量触板上的球形基底接触，即△R>S1，则工件的切削量为：
△R＝S1+S3-S4
其中，S3为预先测出的副电容位移传感器和移动块的距离，S4为把移动块向副电容位移传感器移动一定的距离后，旋动移动平台a的调节螺杆a，直到被测工件可以与球形基底接触时，副电容位移传感器和移动块之间的距离。
实现本发明所述方法的一种用于测量嵌入式微小型工件切削量的精密测量装置，主间距调节单元、滑块调节单元与副间距调节单元均安装在底板上。
所述主间距调节单元的结构是：固定底座a安装在底板上，调节螺杆a安装在固定底座a上，移动支座a安装在固定底座a上、且与固定底座a滑动连接，并能用调节螺杆a调节移动支座a与固定底座a之间的距离，移动板通过紧定螺钉一安装在移动支座a上，工件衬底通过紧定螺钉二与固定底座a固定连接，被测工件嵌入安装在工件衬底中，主电容位移传感器穿过移动板上的一个孔与工件衬底并排安装在移动板上，导向支架a通过紧定螺钉三安装在移动板上，导向支架a上开有正方形孔，正方型导柱a穿入该孔中，为主电容位移传感器起到轴向导向作用，主电容位移传感器与正方型导柱a连接为一整体，导线一从正方形导柱中引出，微调旋钮a与主电容位移传感器螺纹连接，并位于导向支架a与移动板之间，主电容位移传感器沿旋转微调旋钮a轴向移动，紧定螺钉四用于主电容位移传感器的轴向固定。
所述滑块调节单元的结构是：测量触板安装在底板上，钢珠嵌入安装在测量触板上，作为切削量测量基准，移动块安装在测量触板的孔中，并沿该孔轴向移动，调节螺钉六与移动块的突出部分螺纹连接，挡块通过紧定螺钉五安装在测量触板上，调节螺钉六的螺帽由挡块和测量触板上的小凸台轴向限位，微调旋钮c安装在调节螺钉六的端部，并由螺母一和螺母二进行双面固定，旋转微调旋钮c可调节移动块的轴向位移量。
所述副间距调节单元的结构是：固定底座b安装在底板上，调节螺杆b安装在固定底座b上，移动支座b安装在固定底座b上、并与固定底座b滑动连接，并可用调节螺杆b调节移动支座b与固定底座b之间的轴向距离，缸体通过紧定螺钉九安装在移动支座b的孔中，圆柱形活塞安装在缸体中，可在缸体内实现轴向移动和绕轴线的转动，以调节位于末端的副电容位移传感器相对于滑块调节单元的移动块的距离与角度，圆柱形活塞的末端被削去一部分以安装副电容位移传感器的位移微调机构，副电容位移传感器位于圆柱形活塞的末端孔内，导向支架b通过紧定螺钉八安装于圆柱形活塞的末端削去部分内，副电容位移传感器与正方型导柱b连接为一整体，导线二从正方形导柱b中引出，正方型导柱b为副电容位移传感器起到轴向导向作用，微调旋钮b与电容位移传感器的螺纹部分旋合，并位于导向支架b与圆柱形活塞之间，旋转微调旋钮b、副电容位移传感器可沿其轴向移动，紧定螺钉七用于副电容位移传感器的轴向固定。
本发明的优点及有益效果：通过测量主、副位移传感器相对于移动块的距离来间接地精密测量嵌入式微小型难夹持工件的切削量；采用了分情况测量原理，当切削量小于主位移传感器与移动块的初始距离时，只需测量主位移传感器与移动块的距离变化量；当切削量大于主位移传感器与移动块的初始距离时，需要测量主、副位移传感器与移动块的之间距离变化量；所述的测量方法对工件没有损坏；采用电容位移传感器作为测量元件，测量精度高，可达纳米级。本发明适用于嵌入式微小型难夹持工件的切削量的精密测量。
附图说明
图1是本发明的测量原理示意图；
图2是本发明测量装置的结构示意图；
图3是本发明测量装置的结构示意图；
图4是本发明测量装置的结构示意图；
图5是本发明测量装置的主间距调节单元的结构示意图；
图6是本发明测量装置的主间距调节单元的结构示意图；
图7是本发明测量装置的滑块调节单元的结构示意图；
图8是本发明测量装置的滑块调节单元的结构示意图；
图9是本发明测量装置的滑块调节单元的剖视图；
图10是本发明测量装置的副间距调节单元的结构示意图；
图11是本发明测量装置的副间距调节单元的结构示意图；
图中：主间距调节单元1、滑块调节单元2、副间距调节单元3和底板4；
移动支座a101、移动板102、紧定螺钉一103、固定底座a104、调节螺杆a105、导向支架a106、微调旋钮a107、紧定螺钉二108、工件衬底109、被测工件110、主电容位移传感器111、紧定螺钉三112、紧定螺钉四113、正方型导柱a114，导线一115；
测量触板201、紧定螺钉五202、移动块203、球形基底204、调节螺钉六205、小凸台206、挡块207、螺母一208、微调旋钮c209和螺母二210；
圆柱形活塞301、紧定螺钉七302、副电容位移传感器303、紧定螺钉八304、缸体305、紧定螺钉九306、调节螺杆b307、移动支座b308、固定底座b309、导线二310、正方型导柱b311、微调旋钮b312和导向支架b313。
具体实施方式
一种用于测量嵌入式微小型工件切削量的精密测量方法，包括以下步骤：
(1)把镶嵌有未加工的被测工件的工件衬底109和主电容位移传感器111并排安装在移动平台a100上的移动板102上；
(2)旋动移动平台a100的调节螺杆a105，将被测工件与测量触板201上的球形基底204接触，并测出主电容位移传感器111与移动块203的距离S1；
(3)从移动平台a100上的移动板102上取下被测工件，加工被测工件，去除一定的厚度；
(4)把带有已加工的被测工件的工件衬底109重新安装在移动板102上，并再次旋动移动平台a100的调节螺杆a105；
①若被测工件先与测量触板201上的球形基底204接触，且主电容位移传感器111尚未与移动块203接触，即△R≤S1，则工件的切削量为：
△R＝S1-S2
其中，S2为此时主电容位移传感器111与移动块203的距离；
②若主电容位移传感器111先与移动块203接触，而被测工件尚未与测量触板201上的球形基底204接触，即△R>S1，则工件的切削量为：
△R＝S1+S3-S4
其中，S3为预先测出的副电容位移传感器303和移动块203的距离，S4为把移动块203向副电容位移传感器303移动一定的距离后，旋动移动平台a100的调节螺杆a105，直到被测工件可以与球形基底204接触时，副电容位移传感器303和移动块203之间的距离。
实现本发明所述方法的一种用于测量嵌入式微小型工件切削量的精密测量装置，其构成包括：主间距调节单元1、滑块调节单元2、副间距调节单元3和底板4；主间距调节单元1、滑块调节单元2与副间距调节单元3均安装在底板4上。
所述固定底座a104安装在底板4上，调节螺杆a105安装在固定底座a104上，移动支座a101安装在固定底座a104上，与固定底座a104滑动连接，并可用调节螺杆a105调节移动支座a101与固定底座a104之间的距离，移动板102通过紧定螺钉一103安装在移动支座a101上，工件衬底109通过紧定螺钉二108与固定底座a104固定连接，被测工件110嵌入安装在工件衬底109中，主电容位移传感器111穿过移动板102上的一个孔与工件衬底109并排安装在移动板102上，导向支架a106通过紧定螺钉三112安装在移动板102上，导向支架a106上开有正方形孔，正方型导柱a114穿入该孔中，为主电容位移传感器111起到轴向导向作用，主电容位移传感器111与正方型导柱a114连接为一整体，导线一115从正方形导柱114中引出，微调旋钮a107与主电容位移传感器111螺纹连接，并位于导向支架a106与移动板102之间，主电容位移传感器111沿旋转微调旋钮a107轴向移动，紧定螺钉四113用于主电容位移传感器111的轴向固定。
所述测量触板201安装在底板4上，球形基底204嵌入安装在测量触板201上，作为切削量测量基准，移动块203安装在测量触板201的孔中，并沿该孔轴向移动，调节螺钉六205与移动块203的突出部分螺纹连接，挡块207通过紧定螺钉五202安装在测量触板201上，调节螺钉六205的螺帽由挡块207和测量触板201上的小凸台206轴向限位，微调旋钮c209安装在调节螺钉六205的端部，并由螺母一208和螺母二210进行双面固定，旋转微调旋钮c209可调节移动块203的轴向位移量。
所述固定底座b309安装在底板4上，调节螺杆b307安装在固定底座b309上，移动支座b308安装在固定底座b309上、并与固定底座b309滑动连接，并可用调节螺杆b307调节移动支座b308与固定底座b309之间的轴向距离，缸体305通过紧定螺钉九306安装在移动支座b308的孔中，圆柱形活塞301安装在缸体305中，可在缸体305内实现轴向移动和绕轴线的转动，以调节位于末端的副电容位移传感器303相对于滑块调节单元2的移动块203的距离与角度，圆柱形活塞301的末端被削去一部分以安装副电容位移传感器303的位移微调机构，副电容位移传感器303位于圆柱形活塞301的末端孔内，导向支架b313通过紧定螺钉八304安装于圆柱形活塞301的末端削去部分内，副电容位移传感器303与正方型导柱b311连接为一整体，导线二310从正方形导柱b311中引出，正方型导柱b311为副电容位移传感器303起到轴向导向作用，微调旋钮b312与电容位移传感器303的螺纹部分旋合，并位于导向支架b313与圆柱形活塞301之间，旋转微调旋钮b312、副电容位移传感器303可沿其轴向移动，紧定螺钉七302用于副电容位移传感器303的轴向固定。
本装置的工作原理：
将主、副位移传感器相对放置，在两个位移传感器中间放置一个可移动的滑块(移动块)，并将被测工件与其中主位移传感器并排安装在一个移动板上，通过测量两个位移传感器与移动块之间的距离变化值来间接地测量被测工件的切削量。
Claims (2)
1.一种用于测量嵌入式微小型工件切削量的精密测量方法，其特征在于包括下列步骤
(1)把镶嵌有未加工的被测工件的工件衬底和主电容位移传感器并排安装在移动平台a上的移动板上；
(2)旋动移动平台a的调节螺杆a将被测工件与一个球形基底接触，并测出主电容位移传感器与一个移动块的距离S1；
(3)从移动平台a上的移动板上取下被测工件，加工被测工件，去除一定的厚度；
(4)把带有已加工的被测工件的工件衬底重新安装在移动板上，并再次旋动移动平台a的调节螺杆a；
①若被测工件先与测量触板上的球形基底接触，且主电容位移传感器尚未与移动块接触，即△R≤S1，则工件的切削量为：
△R＝S1-S2
其中，S2为此时主电容位移传感器与移动块的距离；
②若主电容位移传感器先与移动块接触，而被测工件尚未与测量触板上的球形基底接触，即△R>S1，则工件的切削量为：
△R＝S1+S3-S4
其中，S3为预先测出的副电容位移传感器和移动块的距离，S4为把移动块向副电容位移传感器移动一定的距离后，旋动移动平台a的调节螺杆a，直到被测工件与球形基底接触时，副电容位移传感器和移动块之间的距离。
2.一种用于测量嵌入式微小型工件切削量的精密测量装置，其特征在于：主间距调节单元、滑块调节单元与副间距调节单元均安装在底板上，其中：
所述主间距调节单元的结构是：固定底座a安装在底板上，调节螺杆a安装在固定底座a上，移动支座a安装在固定底座a上、且与固定底座a滑动连接，并能用调节螺杆a调节移动支座a与固定底座a之间的距离，移动板通过紧定螺钉一安装在移动支座a上，工件衬底通过紧定螺钉二与固定底座a固定连接，被测工件嵌入安装在工件衬底中，主电容位移传感器穿过移动板上的一个孔与工件衬底并排安装在移动板上，导向支架a通过紧定螺钉三安装在移动板上，导向支架a上开有正方形孔，正方型导柱a穿入该孔中，主电容位移传感器与正方型导柱a连接为一整体，导线一从正方形导柱中引出，微调旋钮a与主电容位移传感器螺纹连接，并位于导向支架a与移动板之间，紧定螺钉四用于主电容位移传感器的轴向固定；
所述滑块调节单元的结构是：测量触板安装在底板上，钢珠嵌入安装在测量触板上，移动块安装在测量触板的孔中，并沿该孔轴向移动，调节螺钉六与移动块的突出部分螺纹连接，挡块通过紧定螺钉五安装在测量触板上，调节螺钉六的螺帽由挡块和测量触板上的小凸台轴向限位，微调旋钮c安装在调节螺钉六的端部，并由螺母一和螺母二进行双面固定；
所述副间距调节单元的结构是：固定底座b安装在底板上，调节螺杆b安装在固定底座b上，移动支座b安装在固定底座b上、并与固定底座b滑动连接，缸体通过紧定螺钉九安装在移动支座b的孔中，圆柱形活塞安装在缸体中，圆柱形活塞的末端被削去一部分以安装副电容位移传感器的位移微调机构，副电容位移传感器位于圆柱形活塞的末端孔内，导向支架b通过紧定螺钉八安装于圆柱形活塞的末端削去部分内，副电容位移传感器与正方型导柱b连接为一整体，导线二从正方形导柱b中引出，微调旋钮b与电容位移传感器的螺纹部分旋合，并位于导向支架b与圆柱形活塞之间，旋转微调旋钮b、副电容位移传感器可沿其轴向移动，紧定螺钉七用于副电容位移传感器的轴向固定。
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