CN111811439A - 刀口形直尺工作棱边直线度自动测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种刀口形直尺工作棱边直线度自动测量方法，包括以下步骤：S1、对研磨面平尺进行调平；S2、人工放入刀口型直尺；S3、对标准刀口形直尺和标准量块间隙平晶进行调节；S4、对刀口形直尺和标准刀口形直尺进行夹持定位；S5、调整激光器和光谱仪的位置；S6、分别对标准刀口形直尺和刀口形直尺进行移动测量；S7、移动装置带动光线测量装置回到初始位置；S8、驱动刀口形直尺和标准刀口形直尺旋转，再行移动测量。本发明使得刀口形直尺和标准刀口形直尺能够分别实现移动检测，并能够将检测信号反馈至控制系统，通过控制系统实现对检测数据的计算，与标准数据进行对比，进而自动地判别出刀口形直尺工作棱边直线度状况。

Description

刀口形直尺工作棱边直线度自动测量方法

技术领域

本发明涉及精密测量技术领域，更具体涉及一种刀口形直尺工作棱边直线度自动测量方法。

背景技术

刀口形直尺是一种测量面呈刃口状，用于测量工件平面形状误差的计量器具，在平板、平尺、机床工作台、导轨和精密工件的平面度、直线度检测领域有着广泛应用，具有结构简单、重量轻、不生锈、操作方便、测量效率高等优点，是机械加工常用的测量工具，根据其工作棱边的长度，主要有75mm、125mm、175mm、200mm、225mm、300mm、400mm、500mm等规格。

刀口形直尺的检定依据是JJG 63-2007《刀口形直尺》检定规程，刀口形直尺工作棱边直线度的检定是用有效长度不小于刀口形直尺工作棱边长度的研磨面平尺，以光隙法测量。175mm及其以下的刀口形直尺用直接法测量，175mm以上刀口形直尺用比较法测量。

主要检定项目为工作棱边直线度，以光隙法进行测量，利用人眼观察透光缝隙，根据可见光颜色来判断对应光隙的宽度，从而对刀口形直尺工作棱边的直线度展开定性分析。测量175mm及其以下的刀口形直尺时，观察透光间隙，如无可见光隙或有可见蓝光，其工作棱边直线度不大于lμm；否则工作棱边直线度大于lμm。测量175mm以上刀口形直尺时，以透光间隙的最大间隙作为测量结果，其值可用与标准间隙比较的方法确定。对于工作棱边长度在300mm及其以上的刀口尺，测量时，手持刀口尺位置应在距两端2/9长度处，并支撑刀口尺的大部分重量。

按照规程要求，传统的刀口形直尺工作棱边直线度的检定方法存在如下缺陷：

1)整体检定过程使用标准器具及配套设备种类较多，每次检定需对标准器及配套设备进行重新摆放，标准间隙搭建与拆卸时间较长。

2)无论是检定175mm及其以下的刀口形直尺时，采用的直接测量法，还是检定175mm以上刀口形直尺时，采用的比较法，完全依靠人眼观察和经验作出判断，检定结果需要人眼感光比对，人为因素影响较大、检定精度不高，极易出现误判，已不能完全满足现代工业发展的要求。

人眼无法仅凭视觉信息精确比较两种色光的颜色，加之每个观察者的视力存在差异，看到的颜色也不一样，终将引入较大的测量误差。

3)在进行检定时需要人手对刀口形直尺进行扶持，不同操作人员手扶力度差异，必将对检定结果产生影响，造成检定结论的不一致，检测结果容易受到人为因素的影响，浪费人力和时间，导致检定效率低下。

4)在检定时刀口形直尺下方的研磨面平尺及刀口形直尺的平行度无法得到保证，易发生偏移，影响检定结果。

5)仅能够对刀口形直尺工作棱边的部分进行检测，无法对整个刀口形直尺工作棱边进行快速检测，若想实现整个刀口形直尺工作棱边的检测，还需多次改变光源和接收光源的灯光箱的位置，导致检测效率低下，且检测精度不高。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种刀口形直尺工作棱边直线度自动测量方法，以解决传统的刀口形直尺工作棱边直线度的检定方法存在标准间隙搭建与拆卸时间较长、人为因素影响较大、检定效率低下、检定结果易收到影响、检测效率低下的问题，以避免依靠人眼观察和经验对刀口形直尺工作棱边直线度作出判断，以提高检测精度和检测效率，以实现自动化检定的目的。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。

刀口形直尺工作棱边直线度自动测量方法，包括以下步骤：

S1、对研磨面平尺进行调平；

S2、人工放入刀口型直尺；

S3、通过千分尺进给型XYZ手动位移平台b对标准刀口形直尺和标准量块间隙平晶的X方向、Y方向和Z方向的位置进行调节，保证标准刀口形直尺和标准量块间隙平晶之间的间隙同刀口形直尺与研磨面平尺之间的间隙处于同一直线上；

S4、对刀口形直尺进行夹持定位，同时对标准刀口形直尺进行夹持定位；

S5、通过千分尺进给型XYZ手动位移平台调整激光器和光谱仪的位置，保证激光器发射激光位置同刀口形直尺透光间隙位于同一直线上，并保证光谱仪接收激光位置同激光器发射激光位置处于同一直线上；

S6、通过移动装置带动光线测量装置分别对标准刀口形直尺和刀口形直尺进行移动测量；

S7、移动装置带动光线测量装置回到初始位置；

S8、通过旋转驱动装置同时驱动刀口形直尺和标准刀口形直尺旋转，再通过移动装置带动光线测量装置分别对标准刀口形直尺和刀口形直尺进行移动测量。

进一步优化技术方案，所述步骤S1中，通过旋动调平旋钮来调节调平板的水平度；在调节过程中，调平板会带动连接螺栓沿着调平板限位块的U型滑槽上下移动，通过观察所有的连接螺栓的位置是否处于同一直线上，即可判断出调平板是否调平。

进一步优化技术方案，通过千分尺进给型XYZ手动位移平台b对标准刀口形直尺和标准量块间隙平晶的X方向、Y方向和Z方向的位置进行调节，保证标准刀口形直尺和标准量块间隙平晶之间的间隙同刀口形直尺与研磨面平尺之间的间隙处于同一直线上。

进一步优化技术方案，所述步骤S4中，通过气动夹爪调节两夹持板之间的间距，将刀口形直尺进行牢固夹持对中；气动夹爪在进行动作的同时，会带动第一连接夹板和第二连接夹板相向运动，实现对标准刀口形直尺的夹持。

进一步优化技术方案，所述步骤S5具体包括以下步骤：

S51、调整激光器和光谱仪在Z方向上的位置；

S52、调整激光器和光谱仪在X方向和Y方向上的位置；

步骤S51和步骤S52是分别通过调节千分尺进给型XYZ手动位移平台进行的。

进一步优化技术方案，所述步骤S6具体包括以下步骤：

S61、启动移动装置，带动光线测量装置沿着标准刀口形直尺进行移动；

S62、光线测量装置移动过程中，激光器向标准刀口形直尺与标准量块间隙平晶之间的间隙发射蓝色激光，由光谱仪接收从标准刀口形直尺与标准量块间隙平晶之间的间隙通过的蓝色激光，光谱仪将采集到的激光光强数据反馈至运动控制器，由运动控制器反馈至上位机，上位机依据规程要求对标准刀口形直尺直线度进行计算，并进行存储，作为对比标准数据；

S63、移动装置继续带动光线测量装置移动，光线测量装置移动至刀口形直尺位置时，激光器向刀口形直尺与研磨面平尺之间的间隙发射蓝色激光，由光谱仪接收从刀口形直尺与研磨面平尺之间的间隙通过的蓝色激光，光谱仪将采集到的激光光强数据反馈至运动控制器，由运动控制器反馈至上位机，上位机依据规程要求对刀口形直尺直线度进行计算，并与标准对比数据进行比较，输出计算结果。

进一步优化技术方案，所述步骤S8具体包括以下步骤：

S81、通过旋转驱动装置同时驱动刀口形直尺和标准刀口形直尺正向旋转；

S82、移动装置带动光线测量装置分别对标准刀口形直尺和刀口形直尺进行移动测量，测量完成后，移动装置带动光线测量装置再次回到初始位置；

S83、通过旋转驱动装置同时驱动刀口形直尺和标准刀口形直尺反向旋转；

S84、移动装置带动光线测量装置分别对标准刀口形直尺和刀口形直尺进行移动测量，通过上位机输出的计算结果能够十分清楚地看出刀口形直尺工作棱边直线度的状况。

进一步优化技术方案，所述步骤S81中，刀口形直尺和标准刀口形直尺的摆动角度为+15°；所述步骤S83中，刀口形直尺和标准刀口形直尺的摆动角度为-15°。

进一步优化技术方案，所述步骤S8中，设置在千分尺进给型XYZ手动位移平台上的位置信号采集器刀口形直尺偏摆角度，并将采集信号反馈至运动控制器，由运动控制器将此信号反馈至上位机；

若刀口形直尺和标准刀口形直尺偏摆角度未达到15°或超过15°时，通过千分尺进给型角度手动位移平台实现对标准刀口形直尺与刀口形直尺旋转角度的微动调节。

由于采用了以上技术方案，本发明所取得技术进步如下。

本发明将光纤光谱仪对透光强度的测量方法应用到刀口形直尺工作棱边直线度的定性分析中，通过夹持对中装置和旋转驱动装置，实现对刀口形直尺和标准刀口形直尺的同时对中夹持和旋转，通过在机架的顶端设置移动装置、在移动装置上设置光线测量装置的方式，使得刀口形直尺和标准刀口形直尺能够分别实现移动检测，并能够将检测信号反馈至控制系统，通过控制系统实现对检测数据的计算，与标准的对比数据进行对比，进而自动地判别出刀口形直尺工作棱边直线度状况，有效地避免了人为因素的影响，无需人工进行扶持，大大提高了检测精度和检测效率。

本发明设置的透光间隙数据比较装置能够通过本装置进行透光间隙数据比较，因标准刀口形直尺能够在本装置的带动下同夹持对中装置和旋转驱动装置同步运动，所以有效地保证了标准刀口形直尺与待检定的刀口形直尺始终保持同步，消除了因摆动标准刀口形直尺或待检定的刀口形直尺不到位而引起的误差，通过本装置进行透光间隙数据比较能够有效地避免不必要的检定误差，大大地提高了检定结果的精确性。

本发明利用光谱仪测量透光强度的原理，取代人眼感光比对；以自动夹持的夹持对中装置代替人手，控制刀口形直尺摆动角度；控制系统能够对标准与被检数据进行采集、转换、分析、记录、存储，并给出最终结论，从而实现标准间隙一次搭建，即可完成标准装置的建立，数据采集无人为因素参与，省去标准间隙反复搭建时间，降低了检定成本。本发明能够实现自动化检定过程，提高了工作效率，克服了人为因素对检测结果的影响，提高了检定的准确度。

本发明研制检定暗室，即设置有外壳，并将外壳的内部涂覆成黑色，消除数据采集背光，方便取放、调整各检定模块。

本发明标准量块间隙平晶高效的标准建立方式，实现了标准间隙一次搭建，即可取得检定用标准数据，缩短了检定工作时间。

本发明对刀口形直尺工作棱边直线度的检定采用比较法，即用标准间隙数据作为参考值与被检刀口尺棱边直线度数据进行比较。同时，为了保证装置的准确性和稳定性，可以用更高一级别的标准器对本装置进行检定与校准。

本发明千分尺进给型XYZ手动位移平台用于调整对光及整体工艺结构，XYZ手动位移平台的使用，保证了接收装置最大限度接收缝隙透光。

本发明设置的控制系统实现了对检定全过程实施控制，保证了数据采集过程无人为因素干扰，与光谱仪通讯，对实验数据自动采集、转换、分析、记录、存储，提高了工作效率、降低了检定成本。

本发明位移步进电机的速度能够进行调节，使得移动滑块的速度可调。可调速机械滑轨的研制，有效保证了刀口尺刃口与激光器、光谱仪之间的相对距离不变的同时，通过改变移动滑块移动速度达到提高采样精度的目的。

本发明夹持对中装置实现了刀口形直尺和标准刀口形直尺的强制对中，使标准与被检间隙始终保持在一条直线上并居于光谱仪和激光器中部，增加了数据采集的可靠性。

本发明将研磨面平尺的底端通过磨面平尺限位结构限位设置在调平机构上，并通过夹持机构对刀口形直尺进行有效地夹持定位，使得在进行刀口形直尺工作棱边的直线度检定过程中无需人手扶持，避免了人为因素的影响，大大地提高了检定效率，在检定过程中不会出现抖动现象，能够有效地保证研磨面平尺及刀口形直尺的平行度，提高了检定精度。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的主视图；

图3为本发明的另一视角结构示意图；

图4为本发明移动装置与光线测量装置的连接结构示意图；

图5为本发明移动装置与光线测量装置的另一视角连接结构示意图；

图6为本发明移动装置的部分剖开图(未显示出丝杠)；

图7为本发明光线测量装置的结构示意图；

图8为本发明光线测量装置的另一视角结构示意图；

图9为本发明夹持对中装置与旋转驱动装置的连接结构示意图；

图10为本发明夹持对中装置与旋转驱动装置的另一视角连接结构示意图；

图11为本发明图9的主视图；

图12为本发明图9的俯视图；

图13为本发明夹持对中装置中夹持机构的结构示意图；

图14为本发明旋转驱动装置中第一驱动转盘的结构示意图；

图15为本发明旋转驱动装置中第二驱动转盘的结构示意图；

图16为本发明透光间隙数据比较装置的结构示意图；

图17为本发明透光间隙数据比较装置的主视图；

图18为本发明透光间隙数据比较装置的部分结构示意图；

图19为本发明透光间隙数据比较装置中千分尺进给型角度手动位移平台的结构示意图；

图20为本发明透光间隙数据比较装置中千分尺进给型角度手动位移平台的部分结构示意图；

图21为本发明图20的剖开图；

图22为本发明透光间隙数据比较装置中千分尺进给型角度手动位移平台的另一视角部分结构示意图；

图23为本发明控制系统组成图；

图24为本发明的外部结构示意图。

其中：1、机架，11、顶板，12、底板，13、侧板，131、电机穿设孔；

2、移动装置，21、缸筒，22、位移步进电机，23、移动滑块，24、移动连接横板；

3、光线测量装置，31、千分尺进给型XYZ手动位移平台，311、第一固定连接板，312、第一平台，313、第一L型连接板，314、第一千分尺，315、第一限位柱，316、第二平台，317、第三平台，318、第二L型连接板，319、第二千分尺，320、第二限位柱，321、第四平台，322、第二固定连接板，323、第五平台，324、第六平台，325、第三L型连接板，326、第三千分尺，327、光谱仪定位板，328、激光器定位板，329、第三限位柱，32、光谱仪，33、激光器；

4、夹持对中装置，41、夹持机构，411、气动夹爪，412、夹持板；42、研磨面平尺；44、调平机构，441、调平板，442、调平旋钮；45、调平板限位结构，451、调平板限位块，452、U型滑槽；46、研磨面平尺限位结构，461、研磨面平尺限位块；47、定位座；

5、旋转驱动装置，51、驱动电机，52、第一驱动转盘，521、第一驱动轴，522、第一转盘，53、第二驱动转盘，531、第二驱动轴，532、第二转盘，54、第一连接板，55、第二连接板；6、刀口形直尺；

7、位置限制装置，71、第一行程开关，72、第二行程开关，73、触碰板；

8、透光间隙数据比较装置，81、千分尺进给型角度手动位移平台，811、带有刻度千分尺，812、转动螺杆，813、圆盘壳体，814、可转动圆筒，815、移动滑块，816、伸缩杆，817、移动腔体，818、凸起，819、滑槽，8110、轴承，8111、固定圆板，8112、定位板，8113、转动平台，8114、固定平台，8115、刀口形直尺固定板；82、同步连接夹持结构，821、第一连接夹板，822、第二连接夹板，823、连接固定块；83、标准量块间隙平晶；84、千分尺进给型XYZ手动位移平台b；87、标准刀口形直尺；88、左侧定位座；9、外壳。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例对本发明进行进一步详细说明。

一种刀口形直尺工作棱边直线度自动测量方法，该方法基于刀口形直尺工作棱边直线度自动测量装置进行。刀口形直尺工作棱边直线度自动测量装置，结合图1至图24所示，包括外壳9，外壳9内设置有机架1、研磨面平尺42、夹持对中装置4、旋转驱动装置5、光线测量装置3、透光间隙数据比较装置8、开关电源和控制系统。

外壳的内部整体喷黑，暗室排除其余光波干扰，消除数据采集背光，方便取放、调整各检定模块。

本发明的测量范围:(75～500)mm，调节角度:-15°～+15°。

机架1包括顶板11、底板12和侧板13。侧板13设置有两个，用于连接顶板11和底板12。

研磨面平尺42用于支撑刀口形直尺6，本发明中的研磨面平尺42采用500mm研磨面平尺，研磨面平尺42作为标准器，工作面平面度不超过0.5μm。选择500mm精度符合要求的刀口形直尺6，使装置的测量范围达到500mm。

开关电源用于为装置整体提供电能，能够进行220V供电。

控制系统包括用于对数据进行采集和控制的运动控制器，运动控制器通过工控机交互通信连接有上位机。

机架1的顶端通过移动装置2设置有光线测量装置3，光线测量装置3用于在移动装置2带动下实现对刀口形直尺工作棱边直线度进行移动测量以及对透光间隙数据比较装置8中标准透光间隙进行测量，光线测量装置3的信号输出端连接于用于控制装置整体运作的控制系统的输入端。

移动装置2包括固定设置在机架1顶端的电缸以及滑动配装设置在电缸移动端上且部分伸出电缸的移动滑块23。

电缸包括缸筒21、丝杠、位移步进电机22、丝杠和齿轮系结构。缸筒21的顶端通过若干立柱固定设置在机架1的顶板11底端，缸筒21的底端开设有机械滑轨。丝杠通过轴承转动设置在缸筒21的两端。移动滑块23装配设置在机械滑轨内，且部分伸出机械滑轨，并与丝杠相配装。

本发明中电缸为800MM行程大位移电缸，重复精度±0.005MM。

位移步进电机22通过齿轮系结构与丝杠相连接，位移步进电机22的固定端固定设置在缸筒21的侧壁上。齿轮系结构包括主动齿轮和从动齿轮，主动齿轮与位移步进电机22的输出轴端固定连接，从动齿轮与丝杠固定连接，主动齿轮和从动齿轮相互啮合。通过位移步进电机22能够带动主动齿轮、从动齿轮和丝杠转动，进而带动移动滑块23在机械滑轨内进行滑动，从而实现了光线测量装置3的移动检测目的。

位移步进电机22的速度能够进行调节，使得移动滑块23的速度可调。可调速机械滑轨的研制，有效保证了刀口尺刃口与激光器、光谱仪之间的相对距离不变的同时，通过改变移动滑块移动速度达到提高采样精度的目的。

本发明中位移步进电机22连接设置有步进电机驱动器，步进电机驱动器为数字式步进驱动器，采用32位DSP处理器，能够自动生成最优控制参数，大限度发挥电机的性能，使电机运行达到超平稳、超低噪声、超低发热的“三超性能”。步进电机驱动器由驱动器及雷赛控制卡组成。步进电机驱动器的受控端连接于运动控制器的输出端。

光线测量装置3包括分别通过千分尺进给型XYZ手动位移平台31同线设置在移动滑块23上且位于刀口形直尺6两侧的激光器33以及光谱仪32。

激光器33用于向刀口形直尺透光间隙发射激光，激光器33发出的激光可作为光源，激光器33的受控端连接于运动控制器的输出端。本发明中的激光器33为可调蓝光线激光器，可调蓝光线激光器作为光源，确定波长为495-530nm。本发明选用蓝色线激光取代白炽灯光源，有效避免经过单缝衍射后形成的多色光对后续检定的影响。

选择频率可调的蓝色线激光作为光源。由狭缝透光特性可知，红色激光不能透过宽度小于1.25μm的缝隙，蓝色激光能够通过所有宽度大于0.8μm的缝隙。激光具有方向性好、颜色单一的特点，相对传统刀口形直尺检定方案中的白炽灯，具有单一波段的线激光能够避免经过单缝衍射后形成的多种颜色色光对后续工作造成的影响。

本发明中激光器33波长：450nm，功率：100mW，工作电压：DC 2.8V～5.2V，工作电流：小于200mA。

光谱仪32用于接收从刀口形直尺透光间隙透过激光光强，激光器33、光谱仪32与刀口形直尺透光间隙处于同一水平直线上，光谱仪32的信号输出端连接于运动控制器的输入端。本发明中的光谱仪32采用FX2000光纤光谱仪。利用光谱仪对透光强度进行测量，从而对刀口形直尺工作棱边直线度进行定性分析。

本发明中光谱仪32采用大口径光纤准直镜，在加大透射光强接收范围的同时，大幅降低了移动装置的加工精度。

本发明中光谱仪32波段：380nm～960nm，积分时间：1ms～60s。直通光纤芯径：600，波段：200nm～1100nm。光纤准直镜波段：200nm～2500nm，通光口径：25.4mm，数值孔径：0.22。

控制系统实现了对检定全过程实施控制，保证了数据采集过程无人为因素干扰，与光谱仪通讯，对实验数据自动采集、转换、分析、记录、存储，提高了工作效率、降低了检定成本。

千分尺进给型XYZ手动位移平台31通过移动连接横板24固定连接在移动滑块23的底端。千分尺进给型XYZ手动位移平台31用于调整对光及整体工艺结构，千分尺进给型XYZ手动位移平台31的使用，保证了接收装置最大限度接收缝隙透光。

千分尺进给型XYZ手动位移平台31包括第一固定连接板311、X方向进给结构、Y方向进给结构和Z方向进给结构。第一固定连接板311为“工字型”固定连接板，第一固定连接板311的顶端与移动连接横板24相固定。

X方向进给结构包括第一平台312、第二平台316、第一L型连接板313、第一千分尺314、第一限位柱315、第一限位板、第一螺杆。第一平台312与第一固定连接板311相固定，第一平台312的底端开设有滑轨。第二平台316的顶端设置有滑块，第二平台316与第一平台312滑动配装。第一L型连接板313与第一平台312相固定。第一千分尺314与第一L型连接板313转动连接，并与第一螺杆相连接。第一螺杆与第二平台316配装连接，当第一螺杆发生转动时能够带动第二平台316进行滑动。第一限位板固定设置在第一平台312上，第一限位板上开设有U型槽，第二平台316上固定有穿过U型槽的第一限位柱315，设置的第一限位柱315能够对第二平台316的移动位置进行限定。

Y方向进给结构包括第三平台317、第四平台321、第二L型连接板318、第二千分尺319、第二限位柱320、第二限位板、第二螺杆。第三平台317与第二平台316相固定，第三平台317的底端开设有滑轨。第四平台321的顶端设置有滑块，第四平台321与第三平台317滑动配装。第二L型连接板318与第三平台317相固定。第二千分尺319与第二L型连接板318转动连接，并与第二螺杆相连接。第二螺杆与第四平台321配装连接，当第二螺杆发生转动时能够带动第四平台321进行滑动。第二限位板固定设置在第三平台317上，第二限位板上开设有U型槽，第四平台321上固定有穿过U型槽的第二限位柱320，设置的第二限位柱320能够对第四平台321的移动位置进行限定。

Z方向进给结构包括第二固定连接板322、第五平台323、第六平台324、第三L型连接板325、第三千分尺326、第三限位柱329、第三限位板、第三螺杆。第二固定连接板322为T字型结构，第二固定连接板322与第四平台321相固定。第五平台323竖向设置，与第二固定连接板322的侧面相固定，第五平台323的侧壁上开设有滑轨。第六平台324竖向设置，第六平台324上设置有与滑轨相配装的滑块，第六平台324与第五平台323滑动配装设置。第三L型连接板325与第六平台324相固定。第三千分尺326转动设置在第三L型连接板325上。第三螺杆连接设置在第三千分尺326上，第三螺杆与第五平台323相配装，当第三螺杆发生转动时能够带动第六平台324滑动。第三限位板固定设置在第六平台324上，第三限位板上开设有U型槽，第六平台324上固定有穿过U型槽的第三限位柱329。位于左侧的第六平台固定连接有光谱仪定位板327，光谱仪32固定设置在光谱仪定位板327上。位于右侧的第六平台固定连接有激光器定位板328，激光器33固定设置在激光器定位板328上。

千分尺进给型XYZ手动位移平台31上还设置有位置信号采集器，位置信号采集器用于采集光线测量装置3的激光光强数据对应刀口形直尺6位置以及刀口形直尺6偏摆角度，位置信号采集器的信号输出端连接于运动控制器的信号输入端。

电缸的外壁上设置有用于限制光线测量装置3移动行程的位置限制装置7，位置限制装置7的信号输出端连接于运动控制器的信号输入端。位置限制装置7包括间隔设置在缸筒21侧壁上的第一行程开关71和第二行程开关72。移动滑块23上向外延伸设置有触碰板73，触碰板73碰触到第一行程开关71或第二行程开关72时，第一行程开关71或第二行程开关72就会将此时光线测量装置的位置信号反馈至运动控制器，进而来控制移动装置2停止移动。

机架1上设置有用于对刀口形直尺6进行夹持对中的夹持对中装置4以及与夹持对中装置4相连接用于驱动夹持对中装置4和刀口形直尺6旋转的旋转驱动装置5，夹持对中装置4和旋转驱动装置5的受控端分别连接于控制系统的输出端。

夹持对中装置4包括定位座47、研磨面平尺限位结构46、调平机构44和夹持机构41。

定位座47设置有两个，竖直设置于底板12上。

研磨面平尺42的底端通过研磨面平尺限位结构46限位设置在调平机构44上，调平机构44用于调整研磨面平尺42平整度。

调平机构44包括通过至少三个调平旋钮442设置在底板12上的调平板441，本发明中的调平板441通过三个调平旋钮442设置在底板12上，使得调平板441的调平更加平稳。

研磨面平尺限位结构46包括连接设置在调平板441顶端面上的若干对研磨面平尺限位块461。本发明中共设置有两对研磨面平尺限位块461。

旋转驱动装置5包括驱动电机51、第一驱动转盘52以及第二驱动转盘53。

驱动电机51的固定端设置在右侧定位座上，且驱动轴端伸出右侧定位座，驱动电机51的与右侧定位座轴承连接。驱动电机51能够按检定规程，带动刀口形直尺6左右倾斜15°。位于右侧的侧板13上开设有电机穿设孔131，驱动电机51从电机穿设孔131内穿过。

本发明中驱动电机51采用57雷赛步进电机，能够有效地控制旋转角度。

第一驱动转盘52与驱动电机51的驱动轴端固定连接。第一驱动转盘52包括与驱动电机51的驱动轴端固定连接的第一驱动轴521以及与第一驱动轴521一体连接的第一转盘522。

第二驱动转盘53转动设置在左侧定位座上，并与第一驱动转盘52同轴设置。第二驱动转盘53包括与左侧定位座通过轴承转动连接的第二驱动轴531以及与第二驱动轴531一体连接的第二转盘532。

夹持机构41通过旋转驱动装置5可拆卸设置在定位座47的相对侧壁顶端，用于对刀口形直尺6进行左右夹持对中。

夹持机构41包括两个气动夹爪411，两个气动夹爪411分别固定设置于第一驱动转盘52和第二驱动转盘53侧壁上，且同水平线设置，工作方式为对中夹持。位于右侧的气动夹爪通过第一连接板54与第一转盘522相连接，位于左侧的气动夹爪通过第二连接板55与第二转盘532相连接。

气动夹爪411为现有技术中常用的气动手指，包括气缸以及两个在气缸的动作下能够对中夹持的平行夹爪，平行夹爪即为夹爪端。气动夹爪411通过气管与气源连接，气管上设置有电磁阀，通过控制电磁阀来控制给气动夹爪411供气，进而实现夹爪端的打开和关闭。

同水平线相对应设置的两气动夹爪411的夹爪端之间分别可拆卸连接有夹持板412，用于对刀口形直尺6进行左右夹持对中。

夹持板412的底端面与研磨面平尺42的顶端面之间具有一定的间距，即夹持板412与研磨面平尺42之间留设有检测间隙，便于光线能够从此处照入。

底板12上还设置有调平板限位结构45，用于对调平板441的侧壁进行限位并能够观察调平板441是否调平。

调平板限位结构45包括设置在底板12上并与调平板441侧壁相接触的调平板限位块451，调平板限位块451上开设有U型滑槽452，U型滑槽452内穿设有连接螺栓，连接螺栓与调平板441螺纹连接且在调平过程中沿着U型滑槽452上下移动的连接螺栓。通过观察各调平板限位块451上的连接螺栓位置是否处于同一直线上，能够判断出调平板441是否调平。

夹持对中装置4的一端连接有透光间隙数据比较装置8，结合图16至图22所示，透光间隙数据比较装置8用于在夹持对中装置4和旋转驱动装置5动作下与刀口形直尺6同步动作，以实现标准透光间隙数据采集。透光间隙数据比较装置8包括固定平台8114、标准量块间隙平晶83、标准刀口形直尺87和同步连接夹持结构82。

标准量块间隙平晶83高效的标准建立方式，实现了标准间隙一次搭建，即可取得检定用标准数据，缩短了检定工作时间。

标准量块间隙平晶83设置在固定平台8114上。标准量块间隙平晶83按照1.0μm、2.0μm、3.0μm、4.0μm光隙要求，将多尺寸量块与平晶同时研合，用于分别采集标准光隙数据存档备用。

标准刀口形直尺87接触设置在标准量块间隙平晶83上方，与标准量块间隙平晶83相接触，当光线从标准刀口形直尺87与标准量块间隙平晶83之间间隙射入时，即可得到标准的检测数据。

标准刀口形直尺87通过同步连接夹持结构82与夹持对中装置4相连接。

本发明能够通过驱动电机51带动第一驱动转盘52转动，进而带动夹持对中装置4中的气动夹爪411及夹持对中装置4内的刀口形直尺6转动。

同步连接夹持结构82包括分别与夹持对中装置4相连接并与夹持对中装置4同步运作以实现对标准刀口形直尺87进行夹持的第一连接夹板821和第二连接夹板822，具体地，本发明中的第一连接夹板821和第二连接夹板822分别与一气动夹爪411的夹爪端固定连接，气动夹爪411动作时能够带动第一连接夹板821和第二连接夹板822进行夹持动作，并与两个夹持板412同步动作。

第一连接夹板821和第二连接夹板822滑动设置在与标准刀口形直尺87固定连接的连接固定块823上，连接固定块823与第一连接夹板821和第二连接夹板822接触部位分别开设有凹槽，第一连接夹板821和第二连接夹板822能够在凹槽内进行滑动。

标准刀口形直尺87通过刀口形直尺固定板8115连接有千分尺进给型角度手动位移平台81，千分尺进给型角度手动位移平台81用于实现手动调整标准刀口形直尺87摆动角度。千分尺进给型角度手动位移平台81一端转动设置在左侧定位座88上，千分尺进给型角度手动位移平台81的另一端与固定平台8114固定连接。

千分尺进给型角度手动位移平台包括圆盘壳体813、可转动圆筒814、转轴、转动平台8113、刀口形直尺固定板8115和千分尺角度调节结构。

固定平台8114用于对标准量块间隙平晶83进行定位，标准刀口形直尺87接触设置在标准量块间隙平晶83的上方。

圆盘壳体813内部呈中空状，圆盘壳体813的前端通过螺钉连接设置有固定圆板8111，圆盘壳体813的前后两端分别开设有通孔。

可转动圆筒814设置在圆盘壳体813内部，能够在千分尺角度调节结构的驱动作用下发生转动。

转轴固定连接可转动圆筒814的轴心处，转轴通过轴承8110转动设置在圆盘壳体813上，并穿过圆盘壳体813。

转动平台固定连接在转轴伸出圆盘壳体813的一端。转动平台8113与标准刀口形直尺87之间通过刀口形直尺固定板8115相连接，进而使得转动平台8113发生转动时能够带动标准刀口形直尺87进行摆动。

千分尺角度调节结构设置在圆盘壳体813上，用于驱动可转动圆筒814、转轴和转动平台同时发生转动，通过调节千分尺角度调节结构即可实现转动平台的角度摆动。

圆盘壳体813的底部开设有移动腔体817，位于移动腔体817左右两侧的圆盘壳体813侧壁上分别固定设置一定位板8112。

千分尺角度调节结构包括带有刻度千分尺811、转动螺杆812、移动滑块815和伸缩杆816。

带有刻度千分尺811转动设置在一定位板8112上。转动螺杆812与带有刻度千分尺811相连接，并与另一定位板8112转动连接，且外壁上开设有外螺纹。移动滑块815配装设置在转动螺杆812上，与移动腔体817滑动配装，用于在转动螺杆812转动时能够发生左右移动。

移动腔体817的前后内壁上开设有凸起818，移动滑块815的前后外壁上设置有与凸起818相配装的滑槽819，移动滑块815通过滑槽819与移动腔体817的凸起818相配装，实现移动滑块815的卡装。

移动滑块815的顶端固定有与可转动圆筒814相铰接的伸缩杆816，伸缩杆816用于驱动可转动圆筒814转动。

为了实现透光间隙数据比较装置8能够进行X方向、Y方向、Z方向移动，以满足在刀口形直尺6的X方向、Y方向、Z方向的位置发生改变时能够对透光间隙数据比较装置8中的标准刀口形直尺87和标准量块间隙平晶83的位置进行调节，保证标准刀口形直尺87和标准量块间隙平晶83之间的间隙同刀口形直尺6与研磨面平尺42之间的间隙处于同一直线上，进一步保证检测的准确性，同时能够保证光线测量装置3在检测完标准量块间隙平晶83后，再对刀口形直尺6进行检测时，无需再调节光线测量装置3的高度位置，本发明将透光间隙数据比较装置8设置在千分尺进给型XYZ手动位移平台b84上，具体地，将左侧定位座88固定设置在千分尺进给型XYZ手动位移平台b84上。千分尺进给型XYZ手动位移平台b84上的具体结构与千分尺进给型XYZ手动位移平台31的结构相同，这里不再赘述。

本发明中开关电源、运动控制器、电流采集器、开关量控制器、和步进电机驱动器均设置在控制箱内。

本发明数据采集和控制则通过运动控制器来实现，运动控制器中的数据采集模块对各路信号进行采集。采集的信号包括限位信号和位置信号信息。运动控制器通过与工控机的通信，接收来自上位机的控制指令，并且将采集到的数据上传至上位机。

本发明中运动控制器是整个装置的控制中心，向上对上位机上传各种运动控制的反馈信号，向下控制装置的各种机械运动，实现激光器与光谱仪的直线位移和刀口形直尺检定过程中要求的偏摆15°的运动要求。

本发明上位机包括工业机箱、电源、主板、显卡、硬盘驱动器、光盘驱动器、I/O接口模块、显示器、键盘、鼠标和打印机等。各个功能模块通过总线连接，完成各自功能和通信功能。

刀口形直尺工作棱边直线度检定装置设计，需要对光谱仪采集的光强数据、位置信号采集器、标准间隙的标准值等进行数据处理和计算，并且需要实时存储数据，因此必须提供一个足够大的数据存储空间用以存储数据，进行一定量的数据运算和处理，因此，选择台式电脑当作为系统的上位机来使用。通过上位机上显示器显示的界面，选择对应不同尺寸的刀口尺规格，按下显示界面上的自动检定，即可自动运转，自动采集数据，自动处理数据，生成报表，得到测量结果。

刀口形直尺工作棱边直线度自动测量方法，包括以下步骤：

S1、对研磨面平尺42进行调平。

通过旋动调平旋钮442来调节调平板441的水平度。在调节过程中，调平板441会带动连接螺栓沿着调平板限位块451的U型滑槽452上下移动，通过观察所有的连接螺栓的位置是否处于同一直线上，即可判断出调平板441是否调平。

S2、人工放入刀口型直尺。当观察到所有的连接螺栓的位置处于同一直线上时，将刀口形直尺6放置到两夹持板412之间的研磨面平尺42上。

S3、通过千分尺进给型XYZ手动位移平台b84对标准刀口形直尺87和标准量块间隙平晶83的X方向、Y方向和Z方向的位置进行调节，保证标准刀口形直尺87和标准量块间隙平晶83之间的间隙同刀口形直尺6与研磨面平尺42之间的间隙处于同一直线上，使标准与被检间隙始终保持在一条直线上并居于光谱仪和激光器中部，增加了数据采集的可靠性。

S4、对刀口形直尺进行夹持定位，同时对标准刀口形直尺87进行夹持定位。

通过气动夹爪411调节两夹持板412之间的间距，将刀口形直尺6进行牢固夹持对中。气动夹爪411在进行动作的同时，会带动第一连接夹板821和第二连接夹板822相向运动，实现对标准刀口形直尺87的夹持。

S5、通过千分尺进给型XYZ手动位移平台31调整激光器33和光谱仪32的位置，保证激光器33发射激光位置同刀口形直尺透光间隙(即刀口形直尺6与研磨面平尺42之间的间隙)位于同一直线上，并保证光谱仪32接收激光位置同激光器33发射激光位置处于同一直线上。

S51、调整激光器33和光谱仪32在Z方向上的位置。

根据刀口形直尺6的夹持定位位置来调节千分尺进给型XYZ手动位移平台31的Z方向进给结构，通过转动第三千分尺326带动第三螺杆转动，第三螺杆与第五平台323相配装，又因第五平台323的竖直位置为不可移动的固定位置，第六平台324与第五平台323滑动配装，第六平台324的竖直位置为可滑动的状态，所以当第三螺杆发生转动时能够带动第六平台324滑动，进而带动设置在第六平台324上的激光器33能够进行Z方向上的运动，当调节至激光器33同刀口形直尺透光间隙处于同一直线上时停止调节。光谱仪32在Z方向上的位置调节原理同上。

S52、调整激光器33和光谱仪32在X方向和Y方向上的位置。

在进行调整激光器33在X方向的位置时，通过旋转第一千分尺314带动第一螺杆转动，进而带动第二平台316进行滑动，从而带动第二平台316下方的Y方向进给结构、Z方向进给结构和激光器33沿X方向移动。光谱仪32在X方向上的位置调节原理同上。

在进行调整激光器33在Y方向的位置时，通过旋转第二千分尺319带动第二螺杆转动，进而带动第四平台321进行滑动，从而带动第四平台321下方的Z方向进给结构和激光器33沿Y方向移动。光谱仪32在Y方向上的位置调节原理同上。

当刀口形直尺6的规格型号发生改变时，因刀口形直尺6的长度和厚度会发生改变，需要调整激光器33和光谱仪32在X方向和Y方向上的位置，所需的研磨面平尺42规格也会发生改变，所以还需要调整激光器33和光谱仪32在Z方向上的位置。

S6、通过移动装置2带动光线测量装置3分别对标准刀口形直尺87和刀口形直尺进行移动测量。

启动电缸中的位移步进电机22，通过齿轮系结构带动丝杠转动，进而带动移动滑块23在缸筒21内沿Y轴滑动，从而使得移动滑块23带动光线测量装置3沿着标准刀口形直尺进行移动测量，激光器33向标准刀口形直尺与标准量块间隙平晶83之间的间隙发射蓝色激光，由光谱仪32接收从标准刀口形直尺与标准量块间隙平晶83之间的间隙通过的蓝色激光，光谱仪32将采集到的激光光强数据反馈至运动控制器，由运动控制器反馈至上位机，上位机依据规程要求对标准刀口形直尺直线度进行计算，并进行存储，作为对比标准数据。

移动装置2继续带动光线测量装置3移动，光线测量装置3移动至刀口形直尺位置时，激光器33向刀口形直尺6与研磨面平尺42之间的间隙发射蓝色激光，由光谱仪32接收从刀口形直尺6与研磨面平尺42之间的间隙通过的蓝色激光，光谱仪32将采集到的激光光强数据反馈至运动控制器，由运动控制器反馈至上位机，上位机依据规程要求对刀口形直尺直线度进行计算，并与标准对比数据进行比较，输出计算结果。

直到触碰板73触碰到第二行程开关72时停止移动，第二行程开关72将此时光线测量装置3的位置信号反馈至运动控制器。

S7、移动装置2带动光线测量装置3回到初始位置。

运动控制器控制电缸中的位移步进电机22反向转动，进而带动光线测量装置3沿Y轴的反向移动，直到触碰板73触碰到第一行程开关71时停止移动，第一行程开关71将此时光线测量装置3的位置信号反馈至运动控制器。

S8、通过旋转驱动装置5同时驱动刀口形直尺6和标准刀口形直尺87旋转，再通过移动装置2带动光线测量装置3分别对标准刀口形直尺和刀口形直尺进行移动测量。

通过驱动电机51带动第一驱动转盘52转动，进而带动夹持机构41及夹持设置在夹持机构41内的刀口形直尺6转动，按检定规程，以刀口形直尺工作棱边为轴线，使被检定的刀口形直尺6摆动15°。与此同时，夹持机构41中的气动夹爪411能够带动第一连接夹板821和第二连接夹板822同步发生转动，进而带动标准刀口形直尺87与刀口形直尺6同步旋转，大大地保证了检测的精度。

移动装置2带动光线测量装置3分别对标准刀口形直尺和刀口形直尺进行移动测量，测量完成后，移动装置2带动光线测量装置3再次回到初始位置。

检测完成后再反方向摆动15°，再次进行检测，通过上位机输出的计算结果可十分清楚地看出刀口形直尺工作棱边直线度的状况。

在步骤S8中，设置在千分尺进给型XYZ手动位移平台31上的位置信号采集器刀口形直尺6偏摆角度，并将采集信号反馈至运动控制器，由运动控制器将此信号反馈至上位机。若刀口形直尺6偏摆角度未达到15°或超过15°时，本发明还能够通过千分尺进给型角度手动位移平台81实现对标准刀口形直尺87与刀口形直尺6旋转角度的微动调节，过程如下。

人手转动带有刻度千分尺811，带有刻度千分尺811带动转动螺杆812发生转动，因移动滑块815的上部滑动配装设置在圆盘壳体813的移动腔体817内，移动滑块815与转动螺杆812又相配装，进而能够带动移动滑块815沿着转动螺杆812左右移动。移动滑块815在进行左右移动的同时能够通过伸缩杆816带动可转动圆筒814转动。可转动圆筒814带动与之固定连接的转轴发生转动，进而带动与转轴固定连接的转动平台8113发生转动，从而带动与转动平台8113相连接的标准刀口形直尺87发生摆动。又因标准刀口形直尺87通过同步连接夹持结构82与夹持对中装置4连接，在标准刀口形直尺87发生转动时能够带动夹持对中装置4以及夹持在夹持对中装置4内的标准刀口形直尺87发生转动，从而实现了对标准刀口形直尺87与刀口形直尺6旋转角度的微动调节。

Claims (9)

1.刀口形直尺工作棱边直线度自动测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、对研磨面平尺(42)进行调平；

S2、人工放入刀口型直尺(6)；

S3、通过千分尺进给型XYZ手动位移平台b(84)对标准刀口形直尺(87)和标准量块间隙平晶(83)的X方向、Y方向和Z方向的位置进行调节，保证标准刀口形直尺(87)和标准量块间隙平晶(83)之间的间隙同刀口形直尺(6)与研磨面平尺(42)之间的间隙处于同一直线上；

S4、对刀口形直尺进行夹持定位，同时对标准刀口形直尺(87)进行夹持定位；

S5、通过千分尺进给型XYZ手动位移平台(31)调整激光器(33)和光谱仪(32)的位置，保证激光器(33)发射激光位置同刀口形直尺透光间隙位于同一直线上，并保证光谱仪(32)接收激光位置同激光器(33)发射激光位置处于同一直线上；

S6、通过移动装置(2)带动光线测量装置(3)分别对标准刀口形直尺(87)和刀口形直尺(6)进行移动测量；

S7、移动装置(2)带动光线测量装置(3)回到初始位置；

S8、通过旋转驱动装置(5)同时驱动刀口形直尺(6)和标准刀口形直尺(87)旋转，再通过移动装置(2)带动光线测量装置(3)分别对标准刀口形直尺和刀口形直尺进行移动测量。

2.根据权利要求1所述的刀口形直尺工作棱边直线度自动测量方法，其特征在于，所述步骤S1中，通过旋动调平旋钮(442)来调节调平板(441)的水平度；在调节过程中，调平板(441)会带动连接螺栓沿着调平板限位块(451)的U型滑槽(452)上下移动，通过观察所有的连接螺栓的位置是否处于同一直线上，即可判断出调平板(441)是否调平。

3.根据权利要求2所述的刀口形直尺工作棱边直线度自动测量方法，其特征在于，所述步骤S2中，当观察到所有的连接螺栓的位置处于同一直线上时，将刀口形直尺(6)放置到两夹持板(412)之间的研磨面平尺(42)上。

4.根据权利要求1所述的刀口形直尺工作棱边直线度自动测量方法，其特征在于，所述步骤S4中，通过气动夹爪(411)调节两夹持板(412)之间的间距，将刀口形直尺(6)进行牢固夹持对中；气动夹爪(411)在进行动作的同时，会带动第一连接夹板(821)和第二连接夹板(822)相向运动，实现对标准刀口形直尺(87)的夹持。

5.根据权利要求1所述的刀口形直尺工作棱边直线度自动测量方法，其特征在于，所述步骤S5具体包括以下步骤：

S51、调整激光器(33)和光谱仪(32)在Z方向上的位置；

S52、调整激光器(33)和光谱仪(32)在X方向和Y方向上的位置；

步骤S51和步骤S52是分别通过调节千分尺进给型XYZ手动位移平台进行的。

6.根据权利要求1所述的刀口形直尺工作棱边直线度自动测量方法，其特征在于，所述步骤S6具体包括以下步骤：

S61、启动移动装置(2)，带动光线测量装置(3)沿着标准刀口形直尺进行移动；

S62、光线测量装置(3)移动过程中，激光器(33)向标准刀口形直尺与标准量块间隙平晶(83)之间的间隙发射蓝色激光，由光谱仪(32)接收从标准刀口形直尺与标准量块间隙平晶(83)之间的间隙通过的蓝色激光，光谱仪(32)将采集到的激光光强数据反馈至运动控制器，由运动控制器反馈至上位机，上位机依据规程要求对标准刀口形直尺直线度进行计算，并进行存储，作为对比标准数据；

S63、移动装置(2)继续带动光线测量装置(3)移动，光线测量装置(3)移动至刀口形直尺位置时，激光器(33)向刀口形直尺(6)与研磨面平尺(42)之间的间隙发射蓝色激光，由光谱仪(32)接收从刀口形直尺(6)与研磨面平尺(42)之间的间隙通过的蓝色激光，光谱仪(32)将采集到的激光光强数据反馈至运动控制器，由运动控制器反馈至上位机，上位机依据规程要求对刀口形直尺直线度进行计算，并与标准对比数据进行比较，输出计算结果。

7.根据权利要求1所述的刀口形直尺工作棱边直线度自动测量方法，其特征在于，所述步骤S8具体包括以下步骤：

S81、通过旋转驱动装置(5)同时驱动刀口形直尺(6)和标准刀口形直尺(87)正向旋转；

S82、移动装置(2)带动光线测量装置(3)分别对标准刀口形直尺和刀口形直尺进行移动测量，测量完成后，移动装置(2)带动光线测量装置(3)再次回到初始位置；

S83、通过旋转驱动装置(5)同时驱动刀口形直尺(6)和标准刀口形直尺(87)反向旋转；

S84、移动装置(2)带动光线测量装置(3)分别对标准刀口形直尺和刀口形直尺进行移动测量，通过上位机输出的计算结果能够十分清楚地看出刀口形直尺工作棱边直线度的状况。

8.根据权利要求7所述的刀口形直尺工作棱边直线度自动测量方法，其特征在于，所述步骤S81中，刀口形直尺(6)和标准刀口形直尺(87)的摆动角度为+15°；所述步骤S83中，刀口形直尺(6)和标准刀口形直尺(87)的摆动角度为-15°。

9.根据权利要求8所述的刀口形直尺工作棱边直线度自动测量方法，其特征在于，所述步骤S8中，设置在千分尺进给型XYZ手动位移平台(31)上的位置信号采集器刀口形直尺(6)偏摆角度，并将采集信号反馈至运动控制器，由运动控制器将此信号反馈至上位机；

若刀口形直尺(6)和标准刀口形直尺(87)偏摆角度未达到15°或超过15°时，通过千分尺进给型角度手动位移平台(81)实现对标准刀口形直尺(87)与刀口形直尺(6)旋转角度的微动调节。

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