CN111854633A - 滚珠丝杠螺母滚道误差快速测量装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种滚珠丝杠和滚珠螺母滚道误差快速测量装置及方法，包括工作台、上移动平台、第一探针、待测滚珠丝杠、第一支撑块、第一平移台、第二探针、下移动平台、水平移动平台、第二平移台、第二支撑块、待测滚珠螺母；水平移动平台、第一平移台、第二平移台均设置在工作台上水平移动平台与工作台之间设有直线滑轨副；第一平移台、第二平移台分别设置在水平移动平台两侧，所述第一平移台、第二平移台上分别固定有第一支撑块和第二支撑块；所水平移动平台上设有平行设置的上移动平台和下移动平台；第一探针、第二探针分别固定在上移动平台和下移动平台上；所述工作台上设有光栅尺；本发明可检测滚珠丝杠和滚珠螺母滚道曲面。

Description

滚珠丝杠螺母滚道误差快速测量装置及方法
技术领域
本发明属于滚珠丝杠和滚珠螺母检测领域，特别是一种滚珠丝杠螺母滚道误差快速测量装置及方法。
背景技术
滚珠丝杠和滚珠螺母作为滚珠丝杠副的重要构件，对丝杠副有着重要的影响，而滚珠丝杠和滚珠螺母螺旋滚道曲面的参数误差直接影响丝杠副的摩擦磨损、精度保持、寿命、刚性以及震动噪音。从提高国内滚珠丝杠副的产品性能出发，很有必要对滚珠丝杠和滚珠螺母螺旋滚道曲面的参数进行检测。
目前，滚珠丝杠和滚珠螺母由于其独特的结构，关于其滚道轮廓，一般采用间接法或接触式传感器测量，间接法是在螺母内滚道加工前检测加工工具砂轮的型面至选择到合适的砂轮，用该砂轮试磨样件，把得到的样件沿轴线切开，然后投影至大屏幕上观察滚道剖面的轮廓，若满足要求，则将该砂轮作为该型滚道的标准加工工具，该方法需要切开螺母导致破坏待测件，且人为因素很大，测量结果重复性差；已有的接触式测量是用轮廓仪进行测量，探针深入螺母内部沿滚道爬行，轮廓仪可得到放大信号的滚道型面，该方法精度较高，但是测量的是轴向数据，但滚珠丝杠副实际运动过程中是法向平面参数对运动产生影响，而且无法直接测量滚珠丝杠和滚珠螺母中径，需要借助标准量棒误差大，效率低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种滚珠丝杠螺母滚道误差快速测量装置及方法，以检测滚珠丝杠和滚珠螺母滚道曲面。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种滚珠丝杠和滚珠螺母滚道误差快速测量装置，包括工作台、上移动平台、第一探针、待测滚珠丝杠、第一支撑块、第一平移台、第二探针、下移动平台、水平移动平台、第二平移台、第二支撑块、待测滚珠螺母；
所述水平移动平台、第一平移台、第二平移台均设置在工作台上；所述工作台上固定有驱动电机，驱动电机通过丝杠机构与水平移动平台相连；所述水平移动平台与工作台之间设有直线滑轨副；所述工作台上固定有驱动电机，驱动电机通过丝杠机构与水平移动平台相连，用于驱动水平移动平台在工作台上水平直线运动；所述第一平移台、第二平移台分别设置在水平移动平台两侧，所述第一平移台、第二平移台上分别固定有第一支撑块和第二支撑块；第一支撑块和第二支撑块支撑待测滚珠丝杠或待测滚珠螺母；所述水平移动平台上设有平行设置的上移动平台和下移动平台；所述水平移动平台上沿高度方向上与上移动平台和下移动平台之间均设有直线滑轨副；水平移动平台上固定有两组电机，两组电极通过丝杠机构分别与上移动平台和下移动平台相连，用于驱动上移动平台和下移动平台的上下直线运动；所述第一探针、第二探针分别固定在上移动平台和下移动平台上；所述第一探针位于所述待测丝杆上方，所述第二探针位于所述待测丝杆下方，第一探针和/或第二探针用于采集待测滚珠丝杠和/或待测滚珠螺母滚道母线高度值；所述工作台上设有光栅尺，用于检测第一探针和/或第二探针采集点位置。
一种滚珠丝杠和滚珠螺母滚道误差快速检测方法，包括测量滚珠丝杠螺旋外滚道，具体包括以下步骤：
步骤1、待测滚珠丝杠的对中调节：调整平移台使探针顶尖所扫过的点位于滚珠丝杠外滚道的上下母线上：
步骤1.1、调节上移动平台将第一探针下顶尖顶住待测滚珠丝杠外径上表面，同时调节下移动平台将第二探针上顶尖顶住待测滚珠丝杠外径下表面，并沿垂直于待测滚珠丝杠轴向的水平方向调节第一平移台和第二平移台，第一探针的下顶尖和第二探针的上顶尖高度值最大时，表明第一探针的下顶尖和第二探针的上顶针分别位于待测滚珠丝杠外滚道的上下母线上，得到第一个定位点；
步骤1.2、将上移动平台、下移动平台回正，将水平移动平台沿待测滚珠丝杠轴向移动，重复步骤1.1，使得第一探针的下顶尖和第二探针的上顶针分别位于滚珠丝杠外滚道的上下母线上，停止调节，得到第二个定位点；
通过第一个定位点和第二个定位点两点构成一线，使得第一探针的下顶尖和第二探针的上顶针始终正对待测滚珠丝杠外滚道的上下母线；
步骤2、获取待测滚珠丝杠上多个测量点坐标：将水平移动平台沿待测滚珠丝杠轴向移动，第一探针的下顶尖和第二探针上顶尖同时从待测滚珠丝杠外滚道的上下母线扫过，每隔固定的时间读取一次数据点，上母线轮廓和下母线轮廓采集时共用一个光栅尺采集的X′轴方向坐标，第一探针测得待测丝杆上母线轮廓的高度值，第二探针测得丝杠下母线轮廓的高度值，测得高度值为Z′轴方向坐标。
本发明与现有技术相比，其显著优点是：
(1)本发明可以在一个试验台上测量滚珠丝杠螺旋外滚道曲面和滚珠螺母螺旋内滚道曲面，测试效率高。
(2)本发明测试方法测试前，先对待测滚珠丝杠、待测滚珠螺母进行对中调节，调整平移台使探针顶尖所扫过的点位于滚珠丝杠外滚道、滚珠螺母螺旋内滚道的上下母线上，保证测试精度。
附图说明
图1为本发明测量装置用于测量滚珠丝杠的的结构示意图。
图2为本发明测量装置用于测量滚珠螺母的的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的介绍。
结合图1、图2，本发明的一种滚珠丝杠和滚珠螺母滚道误差快速测量装置，包括工作台、上移动平台1、第一探针2、待测滚珠丝杠3、第一支撑块4、第一平移台5、第二探针6、下移动平台7、水平移动平台8、第二平移台9、第二支撑块10、待测滚珠螺母11；
所述水平移动平台8、第一平移台5、第二平移台9均设置在工作台上；所述工作台上设有两个相互平行的滑轨，所述水平移动平台8底部设有滑块，与工作台上的滑轨配合；所述工作台上固定有驱动电机，驱动电机通过丝杠机构与水平移动平台8相连，用于驱动水平移动平台8在工作台上水平直线运动；所述第一平移台5、第二平移台9分别设置在水平移动平台8两侧，所述述第一平移台5、第二平移台9上分别固定有第一支撑块4和第二支撑块10；第一支撑块4和第二支撑块10用于支撑待测滚珠丝杠3或待测滚珠螺母11；所述水平移动平台8上设有平行设置的上移动平台1和下移动平台7；所述水平移动平台8上沿高度方向设有两组平行的导轨，上移动平台1和下移动平台7均通过滑块与水平移动平台8上的导轨配合；水平移动平台8上固定有两组电机，两组电极通过丝杠机构分别与上移动平台1和下移动平台7相连，用于上移动平台1和下移动平台7在平移动平台8上上下直线运动；所述第一探针2、第二探针6分别固定在上移动平台1和下移动平台7上；所述第一探针2位于所述待测丝杆3上方，所述第二探针6位于所述待测丝杆3下方，第一探针2和/或第二探针6用于采集待测滚珠丝杠3和/或待测滚珠螺母11滚道母线高度值(纵坐标)。所述工作台上设有光栅尺，用于检测第一探针2和/或第二探针6采集点位置(横坐标)；第一探针2和第二探针6、光栅尺将采集的数据传输给上位机。
进一步的，所述第一平移台5、第二平移台9结构相同，为购买的三自由度位移平台，可通过调节对应的旋钮控制位移平台前后、左右、和绕平移台中心转动。
在测量滚珠丝杠螺旋外滚道、滚珠螺母螺旋内滚道之前，需要调节平移台来保证探针顶尖所扫过的点位于滚珠丝杠外滚道的上下母线上或位于滚珠螺母螺旋内滚道上下母线上。本发明的滚珠丝杠和滚珠螺母滚道误差快速测量装置的测试方法如下：
测量滚珠丝杠螺旋外滚道，包括以下步骤：
步骤1、待测滚珠丝杠的对中调节：调整平移台使探针顶尖所扫过的点位于滚珠丝杠外滚道的上下母线上：
步骤1.1、调节上移动平台1将第一探针2下顶尖顶住待测滚珠丝杠3外径上表面，同时调节下移动平台7将第二探针6上顶尖顶住待测滚珠丝杠3外径下表面，并沿垂直于待测滚珠丝杠3轴向的水平方向调节第一平移台5和第二平移台9，观察传输到上位机的探针的高度数值，第一探针2的下顶尖和第二探针6的上顶尖高度值最大时，表明第一探针2的下顶尖和第二探针6的上顶针分别位于待测滚珠丝杠3外滚道的上下母线上，停止调节第一平移台5和第二平移台9，得到第一个定位点。
步骤1.2、将上移动平台1、下移动平台7回正，将水平移动平台8沿待测滚珠丝杠3轴向移动一定距离，重复步骤1.1，使得第一探针2的下顶尖和第二探针6的上顶针分别位于滚珠丝杠3外滚道的上下母线上，停止调节，得到第二个定位点。通过第一个定位点和第二个定位点两点构成一线，使得第一探针2的下顶尖和第二探针6的上顶针始终正对待测滚珠丝杠3外滚道的上下母线。
步骤2、获取待测滚珠丝杠3上多个测量点坐标：通过驱动电机带动水平移动平台8，将水平移动平台8沿待测滚珠丝杠3轴向移动，第一探针2的下顶尖和第二探针6上顶尖同时从待测滚珠丝杠3外滚道的上下母线扫过，每隔固定的时间读取一次数据点，上母线轮廓和下母线轮廓采集时共用一个光栅尺，所采集的X′轴方向(待测滚珠丝杠3轴线方向)的坐标是一样的，第一探针2测得待测丝杆3上母线轮廓的高度值，第二探针6测得丝杠下母线轮廓的高度值，测得高度值为Z′轴方向坐标。上母线轮廓由n个被测数据点组成，分别是(xs1，zs1)，(xs2，zs2)……(xsn，zsn)，下母线轮廓由n个被测数据点组成，分别是(xs1，z′s1)，(xs2，z′s2)……(xsn，z′sn)。
测量滚珠螺母螺旋内滚道，包括以下步骤：
步骤1、待测滚珠螺母的对中调节：调整平移台使探针顶尖所扫过的点位于滚珠螺母螺旋内滚道上下母线上：
步骤1.1、调节上移动平台1将第一探针2上顶尖顶住待测滚珠螺母11内径上表面，之后调节第一平移台5，观察传输到上位机探针高度数值，第一探针2的上顶尖高度最高时表明第一探针2的上顶尖位于待测滚珠螺母11内滚道上母线上，停止调节第一平移台5，得到第一个定位点。
步骤1.2、将上移动平台1回正，将水平移动平台8沿待测滚珠螺母11轴向移动一定距离，重复步骤1.1，使得第一探针2的上顶尖位于待测滚珠螺母11内滚道上母线上，停止调节，得到第二个定位点。通过第一个定位点和第二个定位点两点构成一线，使得第一探针2的上顶尖始终正对待测滚珠螺母11内滚道上母线上。
步骤2、获取待测滚珠螺母11上多个测量点坐标：
步骤2.1、测量上母线轮廓数据点坐标：
通过驱动电机带动水平移动平台8，将水平移动平台8沿待测滚珠螺母11轴向移动，第一探针2的上顶尖从待测滚珠螺母11内滚道的上母线扫过，每隔固定的时间读取一次数据点，通过光栅尺采集X′轴方向的运动距离(坐标值)；第一探针2测得待测螺母上母线轮廓的高度值，测得高度值为Z′轴方向坐标。上母线轮廓由n个被测数据点组成，分别是(xn1，zn1)，(xn2，zn2)……(xnn，znn)。
步骤2.2、测量下母线轮廓数据点坐标：
水平移动平台8回位，将第一探针2复位后，将第一探针2下顶尖顶住螺母内滚道下母线，第一探针2沿待测螺母4轴向运动，同步骤2.1，继续测量，下母线轮廓由n个被测数据点组成，分别是(x′n1，z′n1)，(x′n2，z′n2)……(x′nn，z′nn)。

Claims (4)

1.一种滚珠丝杠和滚珠螺母滚道误差快速测量装置，其特征在于，包括工作台、上移动平台(1)、第一探针(2)、待测滚珠丝杠(3)、第一支撑块(4)、第一平移台(5)、第二探针(6)、下移动平台(7)、水平移动平台(8)、第二平移台(9)、第二支撑块(10)、待测滚珠螺母(11)；
所述水平移动平台(8)、第一平移台(5)、第二平移台(9)均设置在工作台上；所述工作台上固定有驱动电机，驱动电机通过丝杠机构与水平移动平台(8)相连；所述水平移动平台与工作台之间设有直线滑轨副；所述工作台上固定有驱动电机，驱动电机通过丝杠机构与水平移动平台(8)相连，用于驱动水平移动平台(8)在工作台上水平直线运动；所述第一平移台(5)、第二平移台(9)分别设置在水平移动平台(8)两侧，所述述第一平移台(5)、第二平移台(9)上分别固定有第一支撑块(4)和第二支撑块(10)；第一支撑块(4)和第二支撑块(10)用于支撑待测滚珠丝杠(3)或待测滚珠螺母(11)；所述水平移动平台(8)上设有平行设置的上移动平台(1)和下移动平台(7)；所述水平移动平台(8)上沿高度方向上与上移动平台(1)和下移动平台(7)之间均设有直线滑轨副；水平移动平台(8)上固定有两组电机，两组电极通过丝杠机构分别与上移动平台(1)和下移动平台(7)相连，用于驱动上移动平台(1)和下移动平台(7)的上下直线运动；所述第一探针(2)、第二探针(6)分别固定在上移动平台(1)和下移动平台(7)(上；所述第一探针2)位于所述待测丝杆(3)上方，所述第二探针(6)位于所述待测丝杆(3)下方，第一探针(2)和/或第二探针(6)用于采集待测滚珠丝杠(3)和/或待测滚珠螺母(11)滚道母线高度值；所述工作台上设有光栅尺，用于检测第一探针(2)和/或第二探针(6)采集点位置。
2.根据权利要求1所述的滚珠丝杠和滚珠螺母滚道误差快速测量装置，其特征在于，所述第一平移台(5)、第二平移台(9)结构相同，均为三自由度位移平台。
3.根据权利要求1或2所述的滚珠丝杠和滚珠螺母滚道误差快速测量装置的检测方法，其特征在于，包括测量滚珠丝杠螺旋外滚道，具体包括以下步骤：
步骤1、待测滚珠丝杠的对中调节：调整平移台使探针顶尖所扫过的点位于滚珠丝杠外滚道的上下母线上：
步骤1.1、调节上移动平台将第一探针下顶尖顶住待测滚珠丝杠外径上表面，同时调节下移动平台将第二探针上顶尖顶住待测滚珠丝杠外径下表面，并沿垂直于待测滚珠丝杠轴向的水平方向调节第一平移台和第二平移台，第一探针的下顶尖和第二探针的上顶尖高度值最大时，表明第一探针的下顶尖和第二探针的上顶针分别位于待测滚珠丝杠外滚道的上下母线上，得到第一个定位点；
步骤1.2、将上移动平台、下移动平台回正，将水平移动平台沿待测滚珠丝杠轴向移动，重复步骤1.1，使得第一探针的下顶尖和第二探针的上顶针分别位于滚珠丝杠外滚道的上下母线上，停止调节，得到第二个定位点；
通过第一个定位点和第二个定位点两点构成一线，使得第一探针的下顶尖和第二探针的上顶针始终正对待测滚珠丝杠外滚道的上下母线；
步骤2、获取待测滚珠丝杠上多个测量点坐标：将水平移动平台沿待测滚珠丝杠轴向移动，第一探针的下顶尖和第二探针上顶尖同时从待测滚珠丝杠外滚道的上下母线扫过，每隔固定的时间读取一次数据点，上母线轮廓和下母线轮廓采集时共用一个光栅尺采集的X′轴方向坐标，第一探针测得待测丝杆上母线轮廓的高度值，第二探针测得丝杠下母线轮廓的高度值，测得高度值为Z′轴方向坐标。
4.根据权利要求3所述的检测方法，其特征在于，还包括测量滚珠螺母螺旋内滚道，具体步骤如下：
步骤1、待测滚珠螺母的对中调节：调整平移台使探针顶尖所扫过的点位于滚珠螺母螺旋内滚道上下母线上：
步骤1.1、调节上移动平台将第一探针上顶尖顶住待测滚珠螺母内径上表面，之后调节第一平移台，第一探针的上顶尖高度最高时表明第一探针的上顶尖位于待测滚珠螺母内滚道上母线上，得到第一个定位点；
步骤1.2、将上移动平台回正，将水平移动平台沿待测滚珠螺母轴向移动重复步骤1.1，使得第一探针的上顶尖位于待测滚珠螺母内滚道上母线上，停止调节，得到第二个定位点；通过第一个定位点和第二个定位点两点构成一线，使得第一探针的上顶尖始终正对待测滚珠螺母内滚道上母线上；
步骤2、获取待测滚珠螺母上多个测量点坐标：
步骤2.1、测量上母线轮廓数据点坐标：通过驱动电机带动水平移动平台，将水平移动平台沿待测滚珠螺母轴向移动，第一探针的上顶尖从待测滚珠螺母内滚道的上母线扫过，每隔固定的时间读取一次数据点，通过光栅尺采集X′轴方向坐标；第一探针测得待测螺母上母线轮廓的高度值，测得高度值为Z′轴方向坐标；
步骤2.2、测量下母线轮廓数据点坐标：水平移动平台回位，将第一探针复位后，将第一探针下顶尖顶住待测滚珠螺母内滚道下母线，第一探针沿待测螺母轴向运动，将第一探针下顶尖从待测滚珠螺母内滚道的下母线扫过，每隔固定的时间读取一次数据点，通过光栅尺采集X′轴方向坐标；第一探针测得待测螺母下母线轮廓的高度值，测得高度值为Z′轴方向坐标。
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