CN114719752B - 基于万能工具显微镜、测头测量精密零件几何参数的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于万能工具显微镜、测头测量精密零件几何参数的方法,通过在万能工具显微镜基准工作台中心安装精密转台、由精密转台装夹被测零件定心，实现水平面360度旋转定位；在万能工具显微镜垂直立柱面安装摆动轴连接精密转台，实现垂直面±90度旋转定位。通过精密转台在两个角度姿态范围联动，配合万能工具显微镜完成轴孔、异型类零件几何参数的投影测量工作。再于精密转台右侧安装接触式传感测头可完成零件圆度、圆柱等形位误差测量。本发明能将被测零件快速装夹调整、精准定位，通过精密转台两个姿态旋转一次性完成被测零件几何尺寸、形位误差多方位的测量问题，具有良好精度及重复性，测量效率高、成本低。

Description

基于万能工具显微镜、测头测量精密零件几何参数的方法
技术领域
本发明属于机械测试领域，具体涉及一种基于万能工具显微镜、测头测量精密零件几何参数的方法。
背景技术
万能工具显微镜是可通过影像法、轴切法或接触法按直角坐标或极坐标对光学、机械小零部件的长度、角度和形状进行精密测量，工作台主要放置零件的方式为：对于长方形零件一般水平放置工作台进行测量，两端有定位锥孔零件以两顶尖作为支撑测量，实体圆柱或轴套类以V型块支撑旋转测量。
对于万能工具显微镜上述方法中的不足进行了分析，具体如下：
(1)对于圆柱体外表面圆周直径上分布的对称或不对称两小孔、多孔(沉孔、通孔)的同心度、位置度、尺寸，不能直接测量；
(2)对于锥体零件或异形圆柱类零件利用V型块支撑旋转测量时，引入工件自身形位误差，和仪器调焦误差；
(3)对于小型轴孔零件圆柱表面分布的斜孔对中心孔的角度尺寸或需要检测实体部件两端两孔、两端十字分化板中心相互形位误差不能直接测量；
(4)对于被测同一精密小型圆柱类零件形状误差(圆度、圆柱度等)检测需要配套圆度仪、三坐标等专用检测设备及专职检测人员，工作效率低、成本较高。
发明内容
本发明目的是解决上述万能工具显微镜测量零件的不足采用精密转台作为万能工具显微镜回转工作台，用于零件快速装夹360度旋转定位；采用摆动轴带动精密转台可±90度旋转，使用万能工具显微镜利用精密转台可实现零件在两个姿态旋转定位下几何参数进行测量，此外旋转工作台右侧安装接触式探针，以精密转台回转轴线作为旋转基准，配合接触式探针可测量零件轮廓形状误差。
根据上述原理，本发明一种基于万能工具显微镜、测头测量精密零件几何参数的方法，实现包括以下步骤：
步骤一：旋转工作台安装及标定
(11)：旋转工作台2由二维调节机构3、精密转台4、摆动轴5、L形承载架6共同组成，旋转工作台2作为基准测量工作台安装于万能工具显微镜光轴中心区域用于被测零件8装夹定位，精密转台4通过二维调节机构3与L形承载架6连接，L形承载架6与摆动轴5连接，精密转台4中心集成可拆卸光源，可伸缩调整用于被测零件8内部轮廓照明；二维调节机构3用于被测零件8找正时平移、俯仰调整；精密转台4用于带动被测零件8水平360度旋转定位；摆动轴5用于连接并带动精密转台4垂直±90度姿态旋转；
(12)：安装旋转工作台2需对精密转台4几何精度、晃动进行标定；精密转台4与万能工具显微镜光轴同心，标定精密转台4、摆动轴5定位及重复精度并进行补偿。
步骤二：安装接触式传感测头及标定
(21)：接触式传感测头由横向探针9、纵向探针10、测量臂11、横臂12、驱动块13、龙门架14组成，横向探针9、纵向探针10分别连接测量臂11测量端、用于零件接触测量；两侧驱动块13可实现测量臂11、横臂12上下前后移动，龙门架14用于整个接触测量装置的支撑稳定；
(22)：标定接触式传感测头导轨运动范围与旋转工作台2的几何精度。
步骤三：测量方法
(31)：轴孔类或异形类零件几何参数投影测量：将被测零件8擦拭后放置精密转台4中心进行装夹定位，根据被测参数所需可利用摆动轴5旋转±90度使其被测零件8轴线与X轴水平，调整精密转台4中心隔热光源及物镜使其被测表面轮廓清晰，控制精密转台4带被测零件8可360度任意位置精确回转定位，利用万能工具显微镜投影测量零件几何参数，同时利用横向探针9测量零件水平方向的几何参数；
(32)：轴孔类零件轮廓形状精度测量：将被测零件8擦拭后放置精密转台4定位夹具固定带动被测零件360度回转运动，利用纵向探针10与被测零件8表面轮廓接触，获取轮廓信息分析圆度及圆柱等形位误差。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明通过万能工具显微镜结合精密转台对精密轴孔类、异形圆柱形零件快速安装及精确旋转定位，同时结合接触式检测装置，可对被测件在水平与垂直方向几何尺寸及形位参数(圆度、圆柱度等参数)的投影、接触测量；
(2)本发明利用精密转台旋转定位结合万能工具显微镜及传感测量头进行投影、接触测量，具有良好重复性及精度，其操作便捷、测量效率高、成本低；
(3)本发明检测方法不局限用于精密机械、光学设备的集成测量，也可以应用于各种材料轴孔、异形类所需要水平、垂直、360度位置旋转几何尺寸、形位误差(圆度、圆柱度等)的检测。
附图说明
图1为本发明方法组合体示意图，其中，1为基准工作台，2为旋转工作台，3为二维调节机构，4为精密转台，5为摆动轴，6为L形承载架，7为显微镜，8为被测零件，9为横向探针，10为纵向探针，11为测量臂，12为横臂，13为驱动块，14为龙门架；
图2为本发明方法转台水平面旋转测量示意图，其中，2a为旋转工作台水平姿态，7a为显微镜光轴方向，8a为被测零件水平旋转轴线，10a为纵向探针竖直测量姿态；
图3为本发明方法转台摆动垂直面旋转测量示意图，其中，2b为旋转工作台垂直姿态，7a为显微镜光轴方向，8b为被测零件垂直旋转轴线，9a为横向探针水平测量姿态。
具体实施方式
为了便于更好的理解本发明方法，以下通过附图及实施例子的方式详细的对本发明所涉及到的各个环节进行说明。
本发明一种基于万能工具显微镜、测头测量精密零件几何参数的方法，具体如下：
实施方案过程：在万能工具显微镜垂直于基准工作台1立柱中心安装旋转工作台2及接触式传感测头，并进行精度标定，在实际工作中对圆柱类零件几何参数进行投影、接触式测量。
实施步骤如下：
步骤一：集成旋转工作台2及标定
如图1所示：旋转工作台2由二维调节机构3、精密转台4、摆动轴5、L形承载架6共同组成。旋转工作台2的精密转台4中心安装可拆卸光源，可伸缩调整用于零件内部轮廓照明，精密转台4通过二维调节机构3与L形承载架6连接，L形承载架6与摆动轴5连接，精密转台4的工作台上端面均分有6处T型槽以及6处定位块可对被测零件8进行快速装夹定心，通过二维调节机构3外部微动螺母可对被测零件8进行平移俯仰找正零件；后侧电机驱动摆动轴5，±90度带动L形承载架6运动，最终带动精密转台4运动，可实现旋转工作台2的精密转台4水平360度旋转，垂直±90度旋转定位。
集成精度标定
(1)几何精度标定：使用精密角尺、测微计标定显微镜7与精密转台4之间几何参数；
(2)晃动标定：使用高精度标准球固定精密转台4中心，通过测微计调试并标定旋转轴晃动；
(3)精密转台4与万能工具显微镜轴心标定：通过使用标准球，使用万能工具显微镜进行标定；
(4)定位及重复精度标定：精密转台4中心固定23面体，使用自准直仪标定精密转台4及摆动轴5定位、重复精度并进行补偿。
步骤二：接触式传感测头组合及标定
步骤21：如图1所示，接触式传感测头由横向探针9、纵向探针10、测量臂11、横臂12、驱动块13、龙门架14组成。横向探针9、纵向探针10安装于测量臂11前端，用于零件外轮廓接触以获取表面微小变化信息；两侧驱动块13可实现测量臂11、横臂12上下前后移动，龙门架14用于整个接触测量装置的支撑稳定；
步骤22：如图1所示，利用标准尺标定测量臂11上下移动对旋转工作台2水平姿态与垂直姿态的旋转轴线平行，万能工具显微镜基准旋转工作台2放置标准角尺标定测量臂11前后两者之间的垂直度；使用直线度仪标定测量臂11及横臂12直线性。
步骤三：测量方法
步骤31：如图1、3所示，将被测零件8擦拭后垂直(或水平)固定精密转台4中心，打开精密转台4中心照明，调节高度及亮度，利用万能工具显微镜进行调焦使用微调机构对零件进行找正方可对零件表面参数投影测量，电机驱动摆动轴5旋转±90度使其零件轴线与万能工具显微镜X轴水平，调整精密转台4中心隔热光源及物镜使其被测平面或圆柱表面轮廓清晰，控制精密转台4带动零件可360°任意位置回转定位，使用万能工具显微镜投影精密测量，同时利用横向探针9测量零件水平方向的几何参数；
步骤32：如图1、2所示调试精密转台4位于水平状态，通过精密转台4将被测零件8装夹定心并做回转运动，利用纵向探针10接触零件表轮廓通过探针获取的数据对被测件8进行调整找正使其被测零件8上端面与精密转台4回转基准面平行，使被测零件8外圆轴线与精密转台4轴线调试同心，此时使用纵向探针10获取被测零件8内、外圆及端面等轮廓信息分析零件的圆度、圆柱、平面度等形位误差。
本发明未详细阐述部分属于本领域公知技术。
以上所述，仅为本发明部分具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种基于万能工具显微镜、测头测量精密零件几何参数的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：旋转工作台安装及标定
（11）：旋转工作台（2）由二维调节机构（3）、精密转台（4）、摆动轴（5）、L形承载架（6）共同组成，旋转工作台（2）作为测量工作台安装于万能工具显微镜光轴中心区域用于被测零件（8）装夹定位，精密转台（4）通过二维调节机构（3）与L形承载架（6）连接，L形承载架（6）与摆动轴（5）连接，精密转台（4）中心集成可拆卸光源，可伸缩调整用于被测零件（8）内部轮廓照明；二维调节机构（3）用于被测零件（8）找正时平移、俯仰调整；精密转台（4）用于带动被测零件（8）水平360度旋转定位；摆动轴（5）用于连接并带动精密转台（4）垂直±90度姿态旋转；
（12）：安装旋转工作台（2）需对精密转台（4）几何精度、晃动进行标定；精密转台（4）应与万能工具显微镜光轴同心，标定精密转台（4）、摆动轴（5）定位及重复精度并进行补偿；
集成精度标定
（1）几何精度标定：使用精密角尺、测微计标定显微镜（7）与精密转台（4）之间几何参数；
（2）晃动标定：使用高精度标准球固定精密转台（4）中心，通过测微计调试并标定旋转轴晃动；
（3）精密转台（4）与万能工具显微镜轴心标定：通过使用标准球，使用万能工具显微镜进行标定；
（4）定位及重复精度标定：精密转台（4）中心固定面体，使用自准直仪标定精密转台（4）及摆动轴（5）定位、重复精度并进行补偿；
步骤二：安装接触式传感测头及标定
（21）：接触式传感测头由横向探针（9）、纵向探针（10）、测量臂（11）、横臂（12）、驱动块（13）、龙门架（14）组成，横向探针（9）、纵向探针（10）分别连接测量臂（11）测量端、用于零件接触测量；两侧驱动块（13）可实现测量臂（11）、横臂（12）上下前后移动，龙门架（14）用于整个接触测量装置的支撑稳定；
（22）：标定接触式传感测头导轨运动范围与旋转工作台（2）的几何精度；
步骤三：测量方法
（31）：轴孔类或异形类零件几何参数投影测量：将被测零件（8）擦拭后放置精密转台（4）中心进行装夹定位，根据被测参数所需可利用摆动轴（5）旋转±90度使其被测零件（8）轴线与X轴水平，调整精密转台（4）中心隔热光源及物镜使其被测表面轮廓清晰，控制精密转台（4）带动被测零件（8）可360度任意位置精确回转定位，利用万能工具显微镜投影测量零件几何参数，同时利用横向探针（9）测量零件水平方向的几何参数；
（32）：轴孔类零件轮廓形状精度测量：将被测零件（8）擦拭后放置精密转台（4）定位夹具固定带动被测零件360度回转运动，利用纵向探针（10）与被测零件（8）表面轮廓接触，获取轮廓信息分析圆度及圆柱度形位误差。
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