CN1070471A - 深孔表面粗糙度轮廓仪 - Google Patents

Abstract

88BCL-I型深孔表面粗糙度轮廓仪是测量深孔 表面粗糙度的新型测量仪器。该仪器采用针描法原 理。主要由表面粗糙度测量头、支承座、联接座、控制 电路系统和计算机系统组成。用于测量各种孔径的 深孔(盲孔)管任意位置的表面粗糙度。孔深长度可 达10米左右。测量时，Ra、Rz、Ry三个参数一次获 得。测量过程由计算机控制，同时进行数据采集、处 理、屏幕上显示三个参数数据，并能打印测量结果。

Description

深孔表面粗糙度轮廓仪，是测量深孔表面粗糙度的新型测量仪器。主要由表面粗糙度测量头9、支承座8、联接座7、推拉杆组6、控制电路系统和计算机系统组成。用于测量各种孔径的深孔任意位置的表面粗糙度（Ra、Rz、Ry），亦可测量深孔（盲孔）管任意位置的表面粗糙度。见图2。

该仪器采用针描法，测量基准是采用轮廓的最小二乘中线为基准线的中线制（M制）。原理如图1所示。传感器A支承在被测工件1的表面上，当位移驱动机构B带动传感器A沿被测表面以恒定速度滑行时，传感器A上的导头2在被测表面上浮动起导向作用。传感器A上的触针3把被测表面的微观不平度转换为垂直位移。该位移经敏感元件转换为电信号。然后经测微放大电路C转换为代表粗糙度的模拟信号，再经A/D数一模转换器转换成代表粗糙度的参量数值信号，经计算机E采集和处理，显示出测量结果，并可由打印机F打印输出。

该仪器的主要特点是：它能对各种不同孔径的细长管（深孔）任意位置进行表面粗糙度测量。测量参数（Ra、Rz、Ry）三个参数一次测量获得。整个测量过程由计算机控制，同时进行数据采集和处理并显示或打印测量结果。且结构轻巧、操作简便、精度高、测量周期短，是深孔机械加工行业必备仪器之一，它适用于生产条件下的车间现场和检验部门使用。

主要技术指标：

1、所能完成测量的深孔直径系列：

Φ38、Φ44、Φ57、Φ69、Φ83、Φ88、Φ95、Φ100.5。

2、所测深孔的深度范围：0～10米

3、测量参数：Ra、Rz、Ry

4、测量范围：Ra＝0.1～6.3μm

5、取样长度：0.25mm、0.8mm、2.5mm

6、评定长度：1.25mm、4.0mm、12.5mm

7、测量精度：测量Ra分散性误差不大于±3%的基准样块时，Ra示值误差不大于±10%，Rz、Ry示值误差不大于±10%。

8、传感器位移驱动速度：1.25mm/s

表面粗糙度测量头：

表面粗糙度测量头由固定联结座、直流电机、联轴器、减速机构、位移驱动机构、传感器和电磁吸合器组成。

直流电机通过联轴器与减速机构相联。减速机构经联轴器与位移驱动机构相联。位移驱动机构将转动转换成直线位移，驱动传感器以恒定速度沿被测工件表面滑行。实现了针描法原理的测量。

1、减速机构

减速机构（见图3）由减速器本体17、第一级圆锥齿轮组10、第二级圆柱齿轮组11、第三级圆柱齿轮组12、第四级圆柱齿轮组13、第五级圆锥齿轮组14和轴套15（见图4）组成。

减速机构的功用是将初端直流电机3500转/分转速转换成1转/秒左右的转速输出。为位移驱动机构提供初始动力。为满足上述要求并根据被测工件为细长深孔的特点，而设计了一种特殊的采用“圆锥齿轮和圆柱齿轮五级联合减速换向型”细长结构的微型减速机构。其主要设计参数如下：

（1）齿轮模数：m＝0.5

（2）各级减速比：u₁＝u₂＝u₄＝ 57/18

u₃＝ 57/28 u₅＝ 18/25

（3）减速机构的总减速比：

u＝u₁×u₂×u₃×u₄×u₅＝46.54倍

为方便多级齿轮组的安装调整，设计中采用轴套15与齿轮轴联结的特殊联结方式。这样既保证了精度和性能指标要求，又使得零件结构简单，装配调整方便。轴套15通过紧定螺钉16固紧。

2、位移驱动机构

位移驱动机构由基座、螺旋传动装置、推杆、V型滑轨装置、传感器固定座及传感器导头施力装置组成。

位移驱动机构其功用是将转动转换成直线位移运动，以驱动传感器匀速滑行。螺旋传动装置由传动螺轴和螺帽组成，传动螺轴由联轴器Ⅱ和减速机构输出端联结。螺帽通过推杆和V型滑轨联结在一起，传感器固定座及传感器导头施力装置与V型滑轨结合在一起，当传动螺轴在减速机构的驱动下定位转动时，螺帽将带动推杆及V型滑轨沿直线位移，从而实现传感器的匀速滑行。

位移驱动机构的驱动速度为1.25mm/s。

传感器导头施力装置（见图5），由传感器固定座19、拉簧18和传感器20组成。其功能是使传感器导头在被测表面上形成一定的压力，约30gf左右。

3、电磁吸合器

电磁吸合器是为深孔测量中变换测量位置时，保护传感器触针而专门设计的。在变换测量位置时，电磁吸合器将传感器导头部提起，使触针脱离被测表面。测量时，电磁吸合器将传感器释放，触针和导头与被测表面接触，处在待测状态。

支承座和联结座：

支承座（见图6）和联结座（见图7）是为适应不同孔径测量的支承、联结装置。对φ38以上孔径的测量需在表面粗糙度测量头装夹偏心支承座和偏心联结座来完成对该深孔管体内孔表面粗糙度的测量。

推拉杆组：

推拉杆组6由组合式推拉杆5和对应各孔径系列的支撑盘4组成。其功用是使粗糙度测量头9处于深孔任意测量位置。

控制电路系统：

测量信号在不同的被测表面上，测得的信号大小不同。为满足A/D数一模转换需要的输入电压，测微放大电路的放大倍数分为四级（指信号电压放大倍数）各级放大倍数K与粗糙度Ra值的对应关系为：

Ra    6.3～1.6μm    1.6～0.4μm    0.4～0.1μm    0.1～0.025μm

K    300    600    1200    2400

放大器的设计选取两级放大。前置放大是必要的，因为测头深入管内最深可达十米，电缆线则要长达12米。为了减少信号干扰需要在传感器取得信号后即刻进行前置放大，使信号经电缆传输时有足够的幅值强度。在控制器电路板上进行第二级放大，同时选择放大倍数。

为消除干扰信号，信号放大电路中通过加滤波器，使放大器的通频带为8～400HZ，以满足粗糙度测量信号的要求。

信号放大器为A/D数一模转换器提供1～5V的输入电压，数一模转换器输出为8位数码。另需装振荡器。

测头传感器拖动控制，是通过控制电机运转时间来达到控制测头传感器位移距离（即评定长度）。

按此要求设计的电路原理框图，如图8和图9所示。图8为粗糙度信号放大变换电路框图。传感器输出信号SO，经前置放大器PT放大后，进入放大器Q，再经滤波器H和数模变换器A/D后，以数值信号IC输入给计算机。图9为测头驱动控制电路原理框图。计算机发出指令信号CC，经延时电路T、继电器P、限位开关S、驱动电机D运转，按测量人员的意图和指令完成表面粗糙度测量。

Claims (8)

1、一种88BCL-I型深孔表面粗糙度轮廓仪其特征在于由表面粗糙度测量头、支承座、联结座、控制电路系统和计算机系统组成。该仪器采用针描法，测量基准是采用轮廓的最小二乘中线为基准线的中线制。传感器支承在被测工件的表面上，当位移驱动机构带动传感器沿被测表面以恒定速度滑行时，传感器上的导头在被测表面上浮动起导向作用。传感器上的触针把被测表面的微观不平度转换为垂直位移。该位移经敏感元件转换为电信号，然后经测微放大电路转换为代表粗糙度的模拟信号。再经A/D数一模转换器转换成代表粗糙度的参量数值信号，经计算机采集和处理，显示出测量结果，并可由打印机打印输出。

2、根据权利要求①所说的表面粗糙度测量头，其特征在于由固定联接座、直流电机、联轴器、减速机构、位移驱动机构、传感器和电磁吸合器组成。直流电机通过联轴器与减速机构相联，减速机构经联轴器与位移驱动机构相联，位移驱动机构将转动转换成直线位移，驱动传感器以恒定速度沿被测工件表面滑行。

3、根据权利要求②所说的减速机构，其特征在于由减速器本体、第一级圆锥齿轮组、第二级圆柱齿轮组、第三级圆柱齿轮组、第四级圆柱齿轮组、第五级圆锥齿轮组和轴套组成。减速机构将直流电机3500转/分的转速，转换成1转/秒左右的转速输出。

齿轮模数与减速比：

齿轮模数：m＝0.5

各级减速比：u₁＝u₂＝u₄＝ 57/18

u₃＝ 57/28 u₅＝ 18/25

总减速比：u＝u₁·u₂·u₃·u₄·u₅＝46.54

4、根据权利要求②所说的位移驱动机构，其特征在于由基座、螺旋传动装置、推杆、V型滑轨装置、传感器固定座及传感器导头施力装置组成。位移驱动机构是将转动转换成直线位移运动。位移驱动机构的驱动速度为1.25毫米/秒。

5、根据权利要求④所说的传感器导头施力装置由传感器固定座、拉簧和传感器组成。是使传感器导头在被测表面上形成一定的压力，约30gf左右。

6、根据权利要求①所说的支承座和联接座，其特征在于为适应不同孔径测量的支承、联接装置。

7、根据权利要求①所说的控制电路系统，其特征在于传感器输出信号SO，经前置放大器PT放大后，进入放大器Q，再经滤波器H和数模变换器A/D后，以数值信号IC输入给计算机。

8、根据权利要求①和⑦所说的控制电路系统，其特征在于计算机发出指令信号CC，经延时电路T、继电器P、限位开关S、驱动电机D运转，测量人员的意图和指令完成表面粗糙度测量。

Images