CN113108184A - 一种龙门式三轴减振原位干涉测量机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种龙门式三轴减振原位干涉测量机。为了解决现有技术中没能提供专门和全面进行减振的原位测量设备，以及原位检测精度和稳定性不良的问题。本发明的技术方案包括倒“U”型横梁，横梁内设置有Y轴传动系统，Z轴传动系统安装在Y轴传动系统的溜板上，测量头安装在Z轴传动系统的溜板上，以此实现测量头沿Y、Z轴方向的运动；两个立柱分别通过减振装置设置于横梁的两个竖杆下端；两个立柱的下端设置于立柱底座上，立柱底座的底面安装在X轴传动系统的溜板上,实现测量头沿X轴方向的运动，X轴传动系统设置于凹型铸铁底板的凸缘上，凹型铸铁底板通过空气弹簧与地基连接，X轴传动系统的溜板底部设置有锁紧装置，且悬于线轨轨体上方。

Description

一种龙门式三轴减振原位干涉测量机
技术领域
本发明涉及精密光学零部件的加工检测技术领域，具体涉及一种龙门式三轴减振原位干涉测量机，主要应用于非球面光学产品或零件的测量。
背景技术
随着现代高新技术的不断发展，加工精度的要求也不断提高，对检测设备的精度及稳定性的需求日益严苛。三坐标测量的精度和稳定性良好，但对环境要求比较严格，并且为加工后检测，即使发现加工异常，对于精度要求高的产品或零件，由于装夹，对刀，运动控制，热平衡等误差的存在，很难进行返工或返修，造成比较大的浪费，也提高了成本。
在机床旁边附加一个可靠的检测机，实现产品或零件不拆卸，直接将测量机移动到机床工作台上方完成检测。这个设想早己经有所应用，但是现有技术中没有提供专门和全面进行减振的测量设备。
发明内容
有鉴于此，本发明为了解决现有技术中没能提供专门和全面进行减振的原位测量设备，以及原位检测精度和稳定性不良的问题，提供一种龙门式三轴减振原位干涉测量机。
为解决现有技术存在的问题，本发明的技术方案是：一种龙门式三轴减振原位干涉测量机，其特征在于：包括测量头、横梁、两个立柱、立柱底座、凹型铸铁底板和空气弹簧；
所述的横梁为倒“U”型，横梁内设置有Y轴传动系统，Z轴传动系统安装在Y轴传动系统的溜板上，测量头安装在Z轴传动系统的溜板上，以此实现测量头沿Y、Z轴方向的运动；两个立柱分别通过减振装置设置于横梁的两个竖杆下端；两个立柱的下端设置于立柱底座上，所述的立柱底座的底面安装在X轴传动系统的溜板上,实现测量头沿X轴方向的运动，X轴传动系统设置于凹型铸铁底板的凸缘上，凹型铸铁底板通过空气弹簧与地基连接，所述的X轴传动系统的溜板底部设置有锁紧装置，且悬于线轨轨体上方。
进一步，减振装置的结构由安装柱、加速度传感器、弹簧、固定螺母、下电磁器和上电磁器组成；
所述的安装柱焊接于倒“U”型横梁的底部，安装柱下部设有加速度传感器，下电磁器通过固定螺母设置于在立柱顶部的内孔中，上电磁器固定在倒“U”型横梁的底面上，弹簧套设于上、下电磁器外部。
进一步，空气弹簧由主气室、副气室、阻尼孔、保险弹簧、密封盖、螺母、充气口、缸体、钢制保护层，活塞组成；所述的主气室为橡胶气囊，主气室上部设置有钢制保护层，下部与活塞固结于一起，并与活塞中心阻尼孔联通，活塞在缸体内可上下运动，主气室也跟随运动，缸体底部由密封盖通过螺纹密封，充气口穿过密封盖中心通孔，并用螺母固定，保险弹簧固定在密封盖上表面，套在阻尼孔外，位于缸体内，正常工作时，保险弹簧不与活塞接触。
进一步，锁紧装置包括活动爪、固定转轴、传动螺栓、止推轴承和把手；活动爪通过固定转轴固定于X轴传动系统的X轴溜板凹槽内壁上，传动螺栓穿过X轴溜板外壁，进入凹槽内，穿过外侧活动爪上螺纹孔顶在内侧活动爪内嵌的止推轴承的内孔中，传动螺栓外端装有把手。
进一步，减振装置设置于隔离罩内，隔离罩设置于“U”型横梁的底部，并覆盖立柱的顶部。
进一步，所述测量头为激光干涉仪，通过z轴的溜板固定于横梁的横杆上。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
1)本发明采用空气弹簧和“电磁+弹簧”减振装置，实现了隔离外部振动和主动减弱内部振动的功能，从而全面消减各种振动对激光干涉仪检测时的影响，其反应快、稳定性好；
2)本发明由于减振效果良好，保证激光测量仪有良好检测环境，适应于原位检测，减少工件的装卸；
3)本发明大理石工作台(属于精密机床)和测量机同在凹型铸铁底板上，通过空气弹簧与地基相连，具有相同的底部隔振条件，保证它们不受外界振源的影响；减震装置主动减振，保证测量头工作时不受内部振源的干扰；
4)本发明测量机整体采用龙门式结构，结构对称，刚性高；横梁、底座等在满足使用要求的前提下，进行轻量化设计，减少自重；
5)本发明部件采用固定连接方式，无弹性元件，避免运动振动的影响；
6)本发明空气弹簧内有保险弹簧保证极小概率漏气情况发生时，有充足缓冲，保护整机的安全。
附图说明：
图1为本发明的立体图；
图2为本发明的右视图；
图3为图2的A-A剖视图；
图4为本发明减振装置的结构示意图；
图5为本发明空气弹簧的结构示意图；
图6为本发明锁紧装置的结构示意图；
标记说明：10、测量头；20、横梁；30、两个立柱；40、“电磁+弹簧”型减振装置；50、立柱底座；60、凹型铸铁底板；70、Z轴传动系统；80、Y轴传动系统；90、X轴传动系统；100、锁紧装置；110、空气弹簧；130、工作台；140、地基；
41、隔离罩；42、安装柱；43、加速度传感器；44、弹簧；45、固定螺母；46、下电磁器；47、上电磁器；
101、活动爪；102、固定转轴；103、传动螺栓；104、轴承；105、把手；
111、主气室；112、副气室；113、阻尼孔；114、保险弹簧；115、密封盖；116、螺母；117、充气口；118、缸体；119、钢制保护层；120、活塞。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明一种龙门式三轴减振原位干涉测量机的工作原理为：采用伺服电机、滚珠丝杠、线轨、柔性联轴器等零部件组成三轴传动系统，使测量头(激光干涉仪)快速、准确地完成测量前的定位；然后，通过锁紧装置固定好三轴，保证测量头静止并进行测量。在测量过程中，床身和大理石工作台底部的空气弹簧负责隔离和吸收外部振动，使大理石工作台和测量机具有相同的底部隔振条件，保证它们不受外界振源的影响。内部振动，在加速度传感器的监控下，通过电磁弹簧进行主动减振，保证测量头不受干扰。
力学公式为：电磁力+弹力＝负载+扰动。并且大理石工作台有良好的隔振效果。
综上，通过这二级机减振结构，保证测量头进行精确测量，不受干扰。良好地完成原位检测，为提高加工效率，节约成本创造条件。
本实施例提供一种龙门式三轴减振原位测量机，由测量头10、横梁20、两个立柱30、“电磁+弹簧”型减振装置40、立柱底座50、凹型铸铁底板60、Z轴传动系统70、Y轴传动系统80、Z轴传动系统90、锁紧装置100、空气弹簧110、供气系统组成；
上述测量头10为激光干涉仪，通过z轴的溜板固定于横梁20的横杆上。
上述横梁20、两个立柱30、立柱底座50组成龙门架床身；龙门架式床身主要用来支撑整个机床其它功能部件的重量，并保证各部件静态位置不变动，床身结构和一般机床比较相似，整体可选用铸铁，工艺成熟，结构对称，有助于平衡和减振。
上述横梁20为倒“U”型，横梁20内设置有Y轴传动系统80，Z轴传动系统70安装在Y轴传动系统80的溜板89上，测量头10安装在Z轴传动系统70的溜板上，以此实现测量头10沿Y、Z轴方向的运动；两个立柱30分别通过减振装置40设置于横梁20的两个竖杆下端；两个立柱30的下端焊接于立柱底座50上，所述的立柱底座50的底面安装在X轴传动系统90的溜板上,实现测量头10沿X轴方向的运动，X轴传动系统90设置于凹型铸铁底板60的凸缘上，凹型铸铁底板60通过空气弹簧110与地基130连接，所述的X轴传动系统90的溜板底部与线轨轨体上方设置有锁紧装置100，如图1-图3所示。
上述减震装置40由隔离罩41、安装柱42、加速度传感器43、弹簧44、固定螺母45、下电磁器46、上电磁器47组成；隔离罩41安装在倒“U”型横梁20的底部，并覆盖立柱30的顶部；加速度传感器43固定在安装柱42上，安装柱42焊接在倒“U”型横梁20的底面上；下电磁器46通过固定螺母45安装在立柱30顶部的内孔中，上电磁器47固定在倒“U”型横梁20的底面上，弹簧44套在上、下电磁器外部，支撑在倒“U”型横梁20的底面和立柱30顶面之间，保证上、下电磁器不接触，如图4所示，减震装置用于主动减弱振动，减震装置结构简单，主动减振过程反应快，装有隔离罩抗干扰性强，环保。通过减振协调，可以获得高效的主动减振效果，进而保证测量头不受振动干扰。
上述空气弹簧110由主气室111、副气室112、阻尼孔113、保险弹簧114、密封盖115、螺母116、充气口117、缸体118、钢制保护层119，活塞120组成；主气室111为橡胶气囊，上部装有钢制保护层119，橡胶气囊下部与活塞120固结在一起，并与活塞中心阻尼孔113联通，活塞120在缸体118内可上下运动，主气室111也跟随运动，缸体118底部由密封盖115通过螺纹密封，充气口117穿过密封盖115中心通孔，并用螺母116固定，保险弹簧114固定在密封盖115上表面，套在阻尼孔113外，位于缸体118内，正常工作时，保险弹簧114不与活塞120接触，如图6所示，空气弹簧用于隔离外界振动，并支撑测量机和大理石工作台130(属于精密机床)。空气弹簧有强大的承载能力，对外部振动的隔离有良果的效果，抗干扰性强，环保无污染。通过调节主气室和副气室的气体体积的比例，可以改变其固有频率，以便应对外界的振动。副气室内装备有安全弹簧，在极小几率下，漏气现象的防护。
上述凹形铸铁底板60上表面凹陷处安放大理石工作台；凹形铸铁底板60的凸缘上表面安装X轴线轨底座，凸缘下表面通过6个空气弹簧100与地基相连接；所述供气系统位于检测机外部，由气压站供气。
上述锁紧装置100安装于溜板底部、线轨轨体上方；由活动爪101、固定转轴102、传动螺栓103、止推轴承104、把手105等组成；锁紧装置100整体位于X轴溜板内含于立柱底座凹槽内，活动爪101通过固定转轴102固定在X轴溜板凹槽内壁上，传动螺栓103穿过X轴溜板外壁，进入凹槽内，通过外侧活动爪101上螺纹孔顶在内侧活动爪101内嵌的止推轴承104的内孔中，传动螺栓103外端装有把手105，如图5所示。
三轴传动系统为现有结构，均采用绝对式光栅反馈位置信号，经行闭环控制，运动精度满足要求。三轴传动系统都采用伺服电机、滚珠丝杠、线轨、柔性联轴器等零部件组成，并均采用绝对式光栅反馈位置信号，经行闭环控制，运动精度满足要求。如此，就具有反映速度快，运动和定位精度高，及良好的稳定性和抗干扰效果。
以上所述仅是本发明的优选实施例，并非用于限定本发明的保护范围，应当指出，对本技术领域的普通技术人员在不脱离本发明原理的前提下，对其进行若干改进与润饰，均应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种龙门式三轴减振原位干涉测量机，其特征在于：包括测量头(10)、横梁(20)、两个立柱(30)、立柱底座(50)、凹型铸铁底板(60)和空气弹簧(110)；
所述的横梁(20)为倒“U”型，横梁(20)内设置有Y轴传动系统(80)，Z轴传动系统(70)安装在Y轴传动系统(80)的溜板上，测量头(10)安装在Z轴传动系统(70)的溜板上，以此实现测量头(10)沿Y、Z轴方向的运动；两个立柱(30)分别通过减振装置(40)设置于横梁(20)的两个竖杆下端；两个立柱(30)的下端设置于立柱底座(50)上，所述的立柱底座(50)的底面安装在X轴传动系统(90)的溜板上,实现测量头(10)沿X轴方向的运动，X轴传动系统(90)设置于凹型铸铁底板(60)的凸缘上，凹型铸铁底板(60)通过空气弹簧(110)与地基(140)连接，所述的X轴传动系统(90)的溜板底部设置有锁紧装置(100)，且悬于线轨轨体上方。
2.根据权利要求1所述的一种龙门式三轴减振原位干涉测量机，其特征在于：所述的减振装置(40)的结构由安装柱(42)、加速度传感器(43)、弹簧(44)、固定螺母(45)、下电磁器(46)和上电磁器(47)组成；
所述的安装柱(42)焊接于倒“U”型横梁(20)的底部，安装柱(42)下部设有加速度传感器(43)，下电磁器(46)通过固定螺母(45)设置于在立柱(30)顶部的内孔中，上电磁器(47)固定在倒“U”型横梁(20)的底面上，弹簧(44)套设于上、下电磁器外部。
3.根据权利要求1或2所述的一种龙门式三轴减振原位干涉测量机，其特征在于：所述的空气弹簧(110)由主气室(111)、副气室(112)、阻尼孔(113)、保险弹簧(114)、密封盖(115)、螺母(116)、充气口(117)、缸体(118)、钢制保护层(119)，活塞(120)组成；所述的主气室(111)为橡胶气囊，主气室(111)上部设置有钢制保护层(119)，下部与活塞(120)固结于一起，并与活塞中心阻尼孔(113)联通，活塞(120)在缸体(118)内可上下运动，主气室(111)也跟随运动，缸体(118)底部由密封盖(115)通过螺纹密封，充气口(117)穿过密封盖(115)中心通孔，并用螺母(116)固定，保险弹簧(114)固定在密封盖(115)上表面，套在阻尼孔(113)外，位于缸体(118)内，正常工作时，保险弹簧(114)不与活塞(120)接触。
4.根据权利要求3所述的一种龙门式三轴减振原位干涉测量机，其特征在于：所述锁紧装置(100)包括活动爪(101)、固定转轴(102)、传动螺栓(103)、止推轴承(104)和把手(105)；活动爪(101)通过固定转轴(102)固定于X轴传动系统的X轴溜板凹槽内壁上，传动螺栓(103)穿过X轴溜板外壁，进入凹槽内，穿过外侧活动爪(101)上螺纹孔顶在内侧活动爪(101)内嵌的止推轴承(104)的内孔中，传动螺栓(103)外端装有把手(105)。
5.根据权利要求4所述的一种龙门式三轴减振原位干涉测量机，其特征在于：所述的减振装置(40)设置于隔离罩(41)内，隔离罩(41)设置于“U”型横梁(20)的底部，并覆盖立柱(30)的顶部。
6.根据权利要求5所述的一种龙门式三轴减振原位干涉测量机，其特征在于：所述测量头(10)为激光干涉仪，通过z轴的溜板固定于横梁(20)的横杆上。
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