CN201828245U - 基于LabVIEW软件的数控机床形位误差精密测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于LabVIEW软件的数控机床形位误差精密测量装置，光栅尺通过大理石平尺及支架安装在被检机床导轨上，通过微调螺栓调整至与被检机床导轨在垂直方向及水平方向上平行，扭簧表通过磁性表座安装在被检机床工作平台上，扭簧表的表头分别与大理石平尺的顶面和侧面刚好接触，移动被检机床工作平台带动光栅尺读数头在光栅尺上移动及扭簧表同步运动，扭簧表读数的变化量即为被检机床导轨的直线度；光栅尺读数头采集的数据经数据采集卡传递到PC机，应用LabVIEW软件进行数据处理，与被检机床工作平台获得的数据计算出被检机床工作平台运动的定位精度、重复定位精度、反向差值。本实用新型能较高效地一次性测量被检机床工作平台移动的定位精度、重复定位精度、反向差值和被检机床导轨的直线度等机床形位误差指标。

Description

基于LabVIEW软件的数控机床形位误差精密测量装置

技术领域

本实用新型涉及一种数控机床形位误差精密测量装置，尤其是一种基于LabVIEW软件的数控机床形位误差精密测量装置。

背景技术

机床的被检机床导轨直线度误差、被检机床工作平台定位误差是机床工艺系统几何误差的重要组成部分，其数值的大小直接影响机械零件的加工精度。

目前，检验机床的被检机床导轨直线度用自准直仪测量，检验机床定位精度、重复定位精度、反向差值用激光干涉仪测量，购买这两种设备合计人民币约20万元，同时，使用这两种仪器，需要消耗大量人力资源及检测成本。

本实用新型的检测装置结构简单，安装方便，将PC机及LabVIEW软件引入到机床的精度检测中，能较高效地一次性测量被检机床工作平台移动的定位精度、重复定位精度、反向差值和被检机床导轨的直线度等检验指标，是计量、检测等部门特别是数控机床生产企业质量检验部门所需检测工具的较佳选择。

发明内容

针对目前机床导轨直线度和机床定位精度、重复定位精度、反向差值的检验是分别用自准直仪和激光干涉仪独立进行测量的，成本高，效率低，本实用新型检测装置能较高效地一次性测量被检机床工作平台移动的定位精度、重复定位精度、反向差值和被检机床导轨的直线度等检验指标。

本测量装置包括支架，大理石平尺，光栅尺，扭簧表，数据采集卡，PC机。

在被检机床导轨的两端极限位置上通过四块V型块安装有支架，大理石平尺上有四个的螺纹孔通过微调螺栓与支架连接，通过调整四个微调螺栓可以使得大理石平尺与被检机床导轨在水平方向和垂直方向上平行。

所述的支架由两根固定柱、两根Z字形调节柱及底座组成，固定柱的一端与安装在被检机床导轨一侧的V型块连接，Z字形调节柱的一端与安装在被检机床导轨另一侧的V型块连接，固定柱及Z字形调节柱的另一端分别连接底座的四个角，Z字形调节柱可以分别围绕V型块和底座的安装中心孔回转，因此转动Z字形调节柱可以调节支架适用于不同的宽度的被检机床导轨。

底座上有四个螺纹孔，这四个螺纹孔与连接微调螺栓大理石平尺上的四个螺纹孔一一对应，它们之间通过微调螺栓连接，微调螺栓固定大理石平尺的同时，也可调整大理石平尺与底座之间的距离，从而调整大理石平尺与被检机床导轨在水平方向和垂直方向上平行。

大理石平尺一侧的上端安装有光栅尺，光栅尺的顶面与大理石平尺的顶部平齐，所以光栅尺也与被检机床导轨在水平方向和垂直方向上平行，光栅尺读数头安装在光栅尺上，大理石平尺同一侧的下端安装有导向导轨，导轨滑块安装在导向导轨上，导轨滑块上又安装着固定块，连接杆的中部连接在固定块上，下部安装在被检机床工作平台上，上部与光栅尺读数头连接，因此移动被检机床工作平台可以带动导轨滑块、光栅尺读数头分别在导向导轨及光栅尺上移动，光栅尺读数头采集移动的数据。

扭簧表通过磁性表座固定在被检机床工作平台上大理石平尺的另一侧，扭簧表的表头刚好与大理石平尺的顶面和侧面接触，因此移动被检机床工作平台也会带动扭簧表作同步运动，由于导轨存在直线度误差，因此扭簧表的表头产生伸缩，扭簧表的数值会产生变化，扭簧表的变化量即为被检机床导轨的直线度。

光栅尺读数头采集的数据经数据采集卡传递到PC机，与被检机床工作平台获得的数据应用LabVIEW软件进行数据处理，被检机床工作平台移动的定位精度、重复定位精度、反向差值。

所述的大理石平尺的顶面和侧面是光滑的，当大理石平尺的顶面与扭簧表的表头接触时，测量得出的是被检机床导轨在垂直方向上的直线度；当大理石平尺的侧面与扭簧表的表头接触时，测量得出的是被检机床导轨在水平方向上的直线度。

本实用新型的有益效果是：

1、同时具备测量机床的被检机床导轨直线度及被检机床工作平台移动的定位精度、重复定位精度、反向差值的功能。

2、技术指标：20℃环境条件下，定位精度：(3+3L/500)μm；直线度：2μm/500mm。

附图说明

图1是本实用新型的总体结构图。

图2是本实用新型的硬件结构及原理图。

图中：1是被检机床导轨，2是V型块，3是Z字形调节柱，4是固定柱，5是底座，6是导向导轨，7是光栅尺，8是大理石平尺，9是光栅尺读数头，10是固定块，11是导轨滑块，12是扭簧表，13是磁性表座，14是连接杆，15是被检机床工作平台。

具体实施方式

以下结合附图和实施方式对本实用新型作进一步的描述。

如图1所示，本测量装置包括支架，大理石平尺8，光栅尺7，扭簧表12，数据采集卡，PC机。

在被检机床导轨1的两端极限位置上通过V型块2安装有支架，这样被检机床工作平台15就可以尽可能的在整个被检机床导轨1范围内移动，从而检测被检机床导轨1全长范围内的精度。

所述的支架由两根固定柱4、两根Z字形调节柱3及底座5组成，固定柱4的一端与安装在被检机床导轨1一侧的V型块2连接，Z字形调节柱3的一端与安装在被检机床导轨1另一侧的V型块2连接，固定柱4及Z字形调节柱3的另一端分别连接底座5的四个角，由于底座5用两根Z字形调节柱3固定，所以转动Z字形调节柱3，可以调节本装置适用于被检机床导轨1宽度不同的机床。

底座5上有四个螺纹孔，大理石平尺8上也有四个的螺纹孔，它们的位置一一对应，并且通过微调螺栓将底座5与大理石平尺8连接，微调螺栓固定大理石平尺8的同时，也可以通过这四颗微调螺栓可以调整大理石平尺8与被检机床导轨1在水平方向和垂直方向上平行。

大理石平尺8一侧的上端安装有光栅尺7，光栅尺7的顶面与大理石平尺8的顶部平齐，所以光栅尺7也与被检机床导轨1在水平方向和垂直方向上平行，光栅尺读数头9安装在光栅尺7上，光栅尺读数头9可以在光栅尺7上移动，并测量出移动的距离，大理石平尺8同一侧的下端安装有导向导轨6，导轨滑块11安装在导向导轨6上，因此导轨滑块11可以在导向导轨6上滑动，导轨滑块11上又安装着固定块10，连接杆14的中部连接在固定块10上，下部安装在被检机床工作平台15上，上部与光栅尺读数头9连接，因此被检机床工作平台15的移动会带动连接杆14移动，并带动导轨滑块11及光栅尺读数头9分别在导向导轨6及光栅尺7上移动，光栅尺读数头9采集移动的数据。

被检机床工作平台15上又通过磁性表座13将扭簧表12固定，并且布置在相对于大理石平尺8的另一侧，大理石平尺8的顶面和侧面均为平面，分别调整扭簧表12的表头与大理石平尺8的顶面和侧面刚好接触，移动被检机床工作平台15，调整大理石平尺8，使大理石平尺8与被检机床导轨1在水平方向和垂直方向上平行，在被检机床导轨1全行程范围内移动被检机床工作平台15，由于导轨总存在直线度误差，因此扭簧表12的表头产生伸缩，扭簧表12的数值会产生变化，扭簧表12表示值的变化量即为被检机床导轨1的直线度。

所述的大理石平尺8的顶面和至少一个侧面是光滑的平面，当大理石平尺8的顶面的顶面与扭簧表12的表头接触时，测量得出的是被检机床导轨在垂直方向上的直线度；当大理石平尺的顶面的侧面与扭簧表的表头接触时，测量得出的是被检机床导轨在水平方向上的直线度。

优选地，分别安装两个扭簧表12，两个扭簧表12的表头分别与大理石平尺8的顶面和侧面相好接触，这样，当工作移动一次，被检机床导轨1垂直方向和水平方向上的直线度同时被测出。

光栅尺读数头9、扭簧表12采集的数据经数据采集卡传递到PC机，与被检机床工作平台15获得的数据应用LabVIEW软件进行数据处理，被检机床工作平台15移动的定位精度、重复定位精度、反向差值和被检机床导轨1的直线度。

如图2所示，大理石平尺8调整至与被检机床导轨1在水平方向和垂直方向上平行后，被检机床工作平台15带动扭簧表12的表头在大理石平尺8的顶面及侧面接触，扭簧表12读数的变化量即为被检机床导轨1的直线度；被检机床工作平台15带动光栅尺读数头9在固定在大理石平尺8的光栅尺7上移动，光栅尺7采集的信号数据通过数据采集卡，数据采集卡采集的数据自动保存到PC机，应用LabVIEW软件运算，可以获得被检机床导轨1的直线度，被检机床工作平台15的定位精度、重复定位精度、反向差值。

所述的光栅尺，用于检测数据的采集。可以测量指定机械部件移动的几何量(相对位移)。装置测量采用德国HEIDENHAIN生产的绝对式直线光栅尺。该直线光栅尺动态性能好，运动可靠性高，沿测量方向的运动加速度大，这些特性使它满足常规轴动态性能要求。采用型号为LC400系列：测量步距为0.1um(分辨率达0.005um)，采用Endat信号接口，编码器通电时就立即得到位置信息并提供给后续电子设备供其随时读取，而无需移动机床轴去找参考点位置。

所述的数据采集卡，将光栅脉冲信息转化为数字量，并传送给计算机。采用串行数据(RS-485)传输方式。

所述的PC机，用于接收从数据采集卡传送过来的数据，并与被检机床工作平台获得的数据采用LabVIEW软件对这些数据进行处理保存，然后给出结果及生成报告。

整个装置的测量流程如下：

1、将本装置的硬件组装到机床上；

2、分别调整扭簧表12的表头与大理石平尺8的顶面和侧面刚好接触，移动被检机床工作平台15，通过调整底座5与大理石平尺8之间连接的四颗微调螺栓，使大理石平尺8与机床的被检机床导轨1在水平和垂直方向相平行；

3、移动被检机床工作平台15并带动光栅尺读数头9沿着光栅尺7运动，并带动扭簧表12同步运动，光栅尺读数头9采集的数据经数据采集卡传递到PC机，与被检机床工作平台15获得的数据应用LabVIEW软件进行数据处理，计算出被检机床工作平台15运动的定位精度、重复定位精度、反向差值等项目，扭簧表12读数的变化即为被检机床导轨1在垂直方向的直线度；

4、再将扭簧表12的表头与大理石平尺8的侧面刚好接触，扭簧表读数的变化即为被检机床导轨1在水平方向的直线度。

Claims (2)

1.一种基于LabVIEW软件的数控机床形位误差精密测量装置，包括支架，大理石平尺，光栅尺，扭簧表，数据采集卡，PC机，其特征在于：在被检机床导轨(1)的两端极限位置上通过V型块(2)安装有支架，大理石平尺(8)上有四个的螺纹孔通过微调螺栓与支架连接，大理石平尺(8)一侧的上端安装有光栅尺(7)，光栅尺(7)的顶面与大理石平尺(8)的顶部平齐，光栅尺读数头(9)安装在光栅尺(7)上，大理石平尺(8)同一侧的下端安装有导向导轨(6)，导轨滑块(11)安装在导向导轨(6)上，导轨滑块(11)上又安装着固定块(10)，连接杆(14)的中部连接在固定块(10)上，下部安装在被检机床工作平台(15)上，上部与光栅尺读数头(9)连接，扭簧表(12)通过磁性表座(13)固定在被检机床工作平台(15)上大理石平尺(8)的另一侧，光栅尺读数头(9)及扭簧表(12)经数据采集卡传递到PC机，与被检机床工作平台(15)获得的数据应用LabVIEW软件进行数据处理。

2.根据权利要求1所述的一种基于LabVIEW软件的数控机床形位误差精密测量装置，其特征在于：所述的支架由两根固定柱(4)、两根Z字形调节柱(3)及底座(5)组成，固定柱(4)的一端与安装在被检机床导轨(1)一侧的V型块(2)连接，Z字形调节柱(3)的一端与安装在被检机床导轨(1)另一侧的V型块(2)连接，固定柱(4)及Z字形调节柱(3)的另一端分别连接底座(5)的四个角，Z字形调节柱(3)可以分别围绕V型块(2)和底座(5)的安装中心孔回转，底座(5)上有四个螺纹孔连接微调螺栓。

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