CN108153234B - 机床直线运动运行态的全自由度精度检测装置 - Google Patents

机床直线运动运行态的全自由度精度检测装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种机床直线运动运行态的全自由度精度检测装置，该装置包括基准尺、测量单元、安装单元，能实现直线运动轴运动态的线性误差和角度误差同时测量；所述的基准尺为直线运动运行态的全自由度精度测量提供测量基准；所述的测量单元能实现直线运动运行态的线性误差和角度误差测量；所述的安装单元能实现测量单元与机床间紧固连接。本发明的机床直线运动运行态的全自由度精度检测装置解决了线性误差多平面分开测量、角度误差分开测量造成测量耗时多、测量过程繁杂等问题，具有测量效率高、结构简单、安装方便等优点。

Description

机床直线运动运行态的全自由度精度检测装置
技术领域
本发明属于机床直线运动装置或机床的精度检测、性能评估领域，具体涉及一种机床直线运动运行态的全自由度精度检测装置。
背景技术
直线运动运行全自由度精度是直线运动装置、机床性能的关键指标，目前常用测量方法包括水平仪测量法、平尺与指示器组合测量法、激光干涉仪测量法。其中，水平仪测量法按照增量方式逐段测量所获支点间高度差实现直线运动的线性误差测量，同时利用高度差与其支点跨距实现角度误差（俯仰、偏摆）测量；平尺与指示器组合测量法通过使指示器的测头触及固定在与直线运动周刚性连接部件上的直尺测量表面，实现直线运动轴的线性误差测量，同时多测头配合测量可实现角度误差测量；激光干涉仪测量法通过利用直线度测量镜组、角度偏差测量镜组实现直线运动轴线性误差和角度偏差测量。但是，水平仪测量法测量精度较低，并且水平仪测量法只能实现水平轴线性误差测量、俯仰角度误差测量和偏摆角度误差测量，但是不能实现垂直轴线性误差和倾斜角度误差测量；由于平尺的测量平面通常为平行的，其只能实现直线运动轴的单平面内线性误差和角度偏差测量，而需要通过多次调整平尺位置和指示器位置实现直线运动轴运行态全自由度精度测量，因此其测量效率低；激光干涉仪测量法为了实现直线直线运动运行态全自由度精度检测，需要经历多次的镜组安装、光路调整等工作，因此其存在测量时间成本高、测量过程复杂等缺点。
当前，亟需发展一种能实现机床直线运动运行态全自由度精度检测的装置，进行单轴的直线运动运行态全自由度精度的高精度、一次性检测，提高直线运动运行态全自由度精度的检测效率。
发明内容
本发明所要解决的问题是提供一种机床直线运动运行态的全自由度精度检测装置。
本发明的机床直线运动运行态的全自由度精度检测装置包括基准尺、测量单元和安装单元；
所述的基准尺平行于机床Y轴线所在的ZY平面和XY平面并放置于工作台上；
所述的测量单元由安装板Ⅰ、安装板Ⅱ、位移传感器Ⅰ、位移传感器Ⅱ、位移传感器Ⅲ、位移传感器Ⅳ 、位移传感器Ⅴ和转向块构成，所述的安装板Ⅰ与安装板Ⅱ相互垂直，安装板Ⅰ与测量平面Ⅲ平行且相距10mm，安装板Ⅱ与测量平面Ⅱ平行且相距10mm；所述的位移传感器Ⅰ、位移传感器Ⅱ和位移传感器Ⅲ固定在安装板Ⅰ上，位移传感器Ⅰ和位移传感器Ⅲ测量机床Y轴线在ZY平面的直线度偏差和角度偏差，位移传感器Ⅱ 和位移传感器Ⅲ 测量机床Y轴线在ZX平面的角度偏差；所述的位移传感器Ⅳ和位移传感器Ⅴ固定在安装板Ⅱ上，位移传感器Ⅳ 和位移传感器Ⅴ 测量机床Y轴线在XY平面的直线度偏差和角度偏差；所述的转向块通过螺钉固定安装在安装板Ⅰ上；
所述的安装单元由拉钉、刀柄、锁紧螺母和连接杆构成，所述刀柄通过拉钉与机床连接固定，所述连接杆通过锁紧螺母与刀柄固定连接；
所述的安装单元的连接杆与测量单元的转向块通过螺钉连接。
所述的基准尺为具有测量平面Ⅰ、测量平面Ⅱ、测量平面Ⅲ和测量平面Ⅳ且截面为正方形的长方体，所述的测量平面Ⅰ和测量平面Ⅱ在ZY平面内，所述测量平面Ⅲ和测量平面Ⅳ在XY平面内。
所述的位移传感器Ⅰ、位移传感器Ⅱ、位移传感器Ⅲ、位移传感器Ⅳ和位移传感器Ⅴ为接触式位移传感器或非接触式位移传感器。
所述的转向块为具有三个空间垂直通孔的正方体形零件。
所述的刀柄为BT系列、HSK系列或SK系列中的一种。
本发明的机床直线运动运行态的全自由度精度检测装置实现了直线运动运行态中两个直线度误差和三个角度偏差同时测量，解决了线性误差多平面分开测量、角度误差分开测量造成测量耗时多、测量过程繁杂等问题。
附图说明
图1为本发明的机床直线运动运行态的全自由度精度检测装置的轴测图；
图2为本发明的机床直线运动运行态的全自由度精度检测装置中的测量单元与基准尺轴测图；
图3为本发明的机床直线运动运行态的全自由度精度检测装置中的安装单元的轴测图；
图4为本发明的机床直线运动运行态的全自由度精度检测装置的工作状态示意图。
图中， 1.基准尺 2.测量单元 3.安装单元 4.工作台 5.测量平面 6.测量平面Ⅱ7.测量平面Ⅲ 8.测量平面Ⅳ 9.安装板Ⅰ 10.位移传感器Ⅰ 11.转向块 12.位移传感器Ⅱ13.位移传感器Ⅲ 14.位移传感器Ⅳ 15.位移传感器Ⅴ 16.安装板Ⅱ 17.拉钉 18.刀柄19.锁紧螺母 20.连接杆。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作详细的描述。
图1示出的是本发明机床直线运动运行态全自由度精度检测装置，包括基准尺1、测量单元2、安装单元3；所述的安装单元3的连接杆20与测量单元2的转向块11通过螺钉连接。
图2示出的是本发明的机床直线运动运行态的全自由度精度检测装置中的测量单元与基准尺轴测图，所述的基准尺1平行于机床Y轴线所在的ZY平面和XY平面并放置于工作台4上；所述的测量单元2由安装板Ⅰ9、安装板Ⅱ16、位移传感器Ⅰ10、位移传感器Ⅱ12、位移传感器Ⅲ13、位移传感器Ⅳ14、位移传感器Ⅴ15和转向块11构成，所述的安装板Ⅰ9与安装板Ⅱ16相互垂直，安装板Ⅰ9与测量平面Ⅲ7平行且相距10mm，安装板Ⅱ16与测量平面Ⅱ6平行且相距10mm；所述的位移传感器Ⅰ10、位移传感器Ⅱ12和位移传感器Ⅲ13固定在安装板Ⅰ9上，位移传感器Ⅰ10和位移传感器Ⅲ13测量机床Y轴线在ZY平面的直线度偏差和角度偏差，位移传感器Ⅱ12 和位移传感器Ⅲ13 测量机床Y轴线在ZX平面的角度偏差；所述的位移传感器Ⅳ14和位移传感器Ⅴ15固定在安装板Ⅱ16上，位移传感器Ⅳ 14和位移传感器Ⅴ15 测量机床Y轴线在XY平面的直线度偏差和角度偏差；所述的转向块11通过螺钉固定安装在安装板Ⅰ9上；所述的位移传感器Ⅰ10、位移传感器Ⅱ12、位移传感器Ⅲ13、位移传感器Ⅳ14和位移传感器Ⅴ15为接触式位移传感器或非接触式位移传感器；所述的转向块11为具有三个空间垂直通孔的正方体形零件。
图3示出的是本发明的机床直线运动运行态的全自由度精度检测装置中的安装单元的轴测图；所述的安装单元3由拉钉17、刀柄18、锁紧螺母19和连接杆20构成，所述刀柄18通过拉钉17与机床连接固定，所述连接杆20通过锁紧螺母19与刀柄18固定连接；所述的刀柄18为BT系列、HSK系列或SK系列中的一种。
图4示出的是本发明的机床直线运动运行态的全自由度精度检测装置的工作状态示意图。基准尺1平行于机床Y轴线所在的ZY平面和XY平面并放置于工作台4上，安装板Ⅰ9与安装板Ⅱ16相互垂直，安装板Ⅰ9与测量平面Ⅲ7平行且相距10mm，安装板Ⅱ16与测量平面Ⅱ6平行且相距10mm；位移传感器Ⅰ10、位移传感器Ⅲ13与测量平面Ⅲ7垂直并接触，位移传感器Ⅱ12与测量平面Ⅳ8垂直并接触，位移传感器Ⅳ14、位移传感器Ⅴ15测量平面Ⅱ6垂直并接触；安装单元3的连接杆20通过转向块11与测量单元2固定连接，安装单元3的刀柄18通过刀柄18的拉钉17与三轴加工中心机床固定连接；基准尺1随着工作台4沿Y轴运动，位移传感器Ⅰ10、位移传感器Ⅱ12、位移传感器Ⅲ13、位移传感器Ⅳ14、位移传感器Ⅴ15同时测量其与基准尺1间相对位移变化值；利用位移传感器Ⅰ10和位移传感器Ⅲ13即可测量机床Y轴线在ZY平面的直线度偏差和角度偏差，利用位移传感器Ⅱ12和位移传感器Ⅲ13即可测量机床Y轴线在ZX平面的角度偏差；利用位移传感器Ⅳ14和位移传感器Ⅴ15即可测量机床Y轴线在XY平面的直线度偏差和角度偏差。
因此利用本发明的机床直线运动运行态的全自由度精度检测装置科实现了直线运动运行态中两个直线度误差和三个角度偏差一次性测量，解决了线性误差多平面分开测量、角度误差分开测量造成测量耗时多、测量过程繁杂等问题。
本发明不局限于上述具体实施方式，所属技术领域的技术人员从上述构思出发，不经过创造性的劳动，所作出的种种变换，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种机床直线运动运行态的全自由度精度检测装置，其特征在于：所述的检测装置包括基准尺（1）、测量单元（2）和安装单元（3）；
所述的基准尺（1）平行于机床Y轴线所在的ZY平面和XY平面并放置于工作台（4）上；基准尺（1）随着工作台（4）沿Y轴运动；
所述的测量单元（2）由安装板Ⅰ（9）、安装板Ⅱ（16）、位移传感器Ⅰ（10）、位移传感器Ⅱ（12）、位移传感器Ⅲ（13）、位移传感器Ⅳ （14）、位移传感器Ⅴ（15）和转向块（11）构成，所述的安装板Ⅰ（9）与安装板Ⅱ（16）相互垂直，安装板Ⅰ（9）与测量平面Ⅲ（7）平行且相距10mm，安装板Ⅱ（16）与测量平面Ⅱ（6）平行且相距10mm；所述的位移传感器Ⅰ（10）、位移传感器Ⅱ（12）和位移传感器Ⅲ（13）固定在安装板Ⅰ（9）上，位移传感器Ⅰ（10）和位移传感器Ⅲ（13）测量机床Y轴线在ZY平面的直线度偏差和角度偏差，位移传感器Ⅱ（12）和位移传感器Ⅲ（13）测量机床Y轴线在ZX平面的角度偏差；所述的位移传感器Ⅳ（14）和位移传感器Ⅴ（15）固定在安装板Ⅱ（16）上，位移传感器Ⅳ（14）和位移传感器Ⅴ（15）测量机床Y轴线在XY平面的直线度偏差和角度偏差；所述的转向块（11）通过螺钉固定安装在安装板Ⅰ（9）上；
所述的安装单元（3）由拉钉（17）、刀柄（18）、锁紧螺母（19）和连接杆（20）构成，所述刀柄(18）通过拉钉（17）与机床连接固定，所述连接杆（20）通过锁紧螺母（19）与刀柄（18）固定连接；
所述的安装单元（3）的连接杆（20）与测量单元（2）的转向块（11）通过螺钉连接；所述的基准尺（1）为具有测量平面Ⅰ（5）、测量平面Ⅱ（6）、测量平面Ⅲ（7）和测量平面Ⅳ（8）且截面为正方形的长方体，所述的测量平面Ⅰ（5）和测量平面Ⅱ（6）在ZY平面内，所述测量平面Ⅲ（7）和测量平面Ⅳ（8）在XY平面内；
位移传感器Ⅰ（10）、位移传感器Ⅲ（13）与测量平面Ⅲ（7）垂直并接触，位移传感器Ⅱ（12）与测量平面Ⅳ（8）垂直并接触，位移传感器Ⅳ（14）、位移传感器Ⅴ（15）测量平面Ⅱ（6）垂直并接触；位移传感器Ⅰ（10）、位移传感器Ⅱ（12）、位移传感器Ⅲ（13）、位移传感器Ⅳ（14）、位移传感器Ⅴ（15）同时测量其与基准尺（1）间相对位移变化值。
2.根据权利要求1所述的机床直线运动运行态的全自由度精度检测装置，其特征在于：所述的位移传感器Ⅰ（10）、位移传感器Ⅱ（12）、位移传感器Ⅲ（13）、位移传感器Ⅳ（14）和位移传感器Ⅴ（15）为接触式位移传感器或非接触式位移传感器。
3.根据权利要求1所述的机床直线运动运行态的全自由度精度检测装置，其特征在于：所述的转向块（11）为具有三个空间垂直通孔的正方体形零件。
4.根据权利要求1所述的机床直线运动运行态的全自由度精度检测装置，其特征在于：所述的刀柄（18）为BT系列、HSK系列或SK系列中的一种。
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