CN213646862U - 一种辊筒模具圆度误差在位测量装置 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种辊筒模具圆度误差在位测量装置，包括：微动位移平台；微动位移平台上设置有柔性铰链和用于驱动柔性铰链进行直线运动的驱动电机；柔性铰链上安装有一个测头；柔性铰链上贴附有光栅尺；光栅尺、驱动电机和测头位于同一直线上；微动位移平台上对应设置有用于将光栅尺的光信号转化为电信号的读数头；读数头连接有控制器。本实用新型有效降低了测量的难度，提高了测量的精度。

Description

一种辊筒模具圆度误差在位测量装置

技术领域

本申请涉及圆度误差在位测量技术领域，尤其涉及一种辊筒模具圆度误差在位测量装置。

背景技术

辊筒模具的超精密加工是辊筒模压技术的关键难点之一。为了加工出高精密、大尺寸的辊筒模具，就需要对加工的辊筒模具的形状精度进行评定，辊筒模具形状精度反映的是辊筒模具形状的实际轮廓与理想轮廓的相对偏差量，对不符合精度要求的辊筒模具需要进行补偿加工。圆度误差是辊筒模具的形状误差中关键一环，一般情况下，加工工件的圆度误差是通过高精度测量仪器进行测量，但是，辊筒模具由于其自身尺寸较大，辊筒模具的形状精度难以从机床卸下离线后用特定的测量仪器进行测量。现有辊筒机床可加工长达2m、直径达0.6m以上辊筒模具，重量达3吨以上，加工精度达数微米。若采用离线测量和补偿加工需要拆卸和重新装夹，这显然非常困难，同时这样会耗时耗力，使加工效率低下，因此必须研究大型辊筒模具的超精密在位测量技术。

目前，现有的圆度误差在位测量方法测量困难，且测量误差较大。为此，本实用新型提出一种辊筒模具圆度误差在位测量装置。

实用新型内容

本申请实施例提供了一种辊筒模具圆度误差在位测量装置，使得有效降低了测量的难度，提高了测量的精度。

有鉴于此，本申请提供了一种辊筒模具圆度误差在位测量装置，包括：微动位移平台；

所述微动位移平台上设置有柔性铰链和用于驱动所述柔性铰链进行直线运动的驱动电机；

所述柔性铰链上安装有一个测头；

所述柔性铰链上贴附有光栅尺；

所述光栅尺、所述驱动电机和所述测头位于同一直线上；

所述微动位移平台上对应设置有用于将所述光栅尺的光信号转化为电信号的读数头；

所述读数头连接有控制器。

可选地，所述读数头位于所述光栅尺的正上方，且所述读数头与所述光栅尺平行。

可选地，所述读数头与所述光栅尺之间的距离小于0.6mm。

可选地，所述微动位移平台安装于机床的工作台上。

可选地，所述机床包括转轴；

所述转轴上设置有被测工件；

所述测头正对所述被测工件。

可选地，所述机床的工作台上还设置有用于对工件进行加工的刀架。

可选地，所述柔性铰链上设置有用于安装所述测头的安装孔。

可选地，所述驱动电机为音圈电机。

可选地，所述驱动电机为压电陶瓷。

从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：包括微动位移平台，微动位移平台上设置有柔性铰链和用于驱动柔性铰链进行直线运动的驱动电机，柔性铰链上安装有一个测头，柔性铰链上贴附有光栅尺，光栅尺、驱动电机和测头位于同一直线上，微动位移平台上对应设置有用于将光栅尺的光信号转化为电信号的读数头，读数头连接有控制器。本装置通过将测头安装在柔性铰链上，并通过驱动电机驱动柔性铰链进行直线运动，形成一个虚拟多测头系统，采用一个测头代替多个测头，避免了多个测头各向异性的影响，并且在扫描过程中，不仅仅只限于测量三点数据，能够把被测工件截面轮廓进行完整重构，测量精度更高，能适应各种半径工件的圆度测量，同时，本装置采用直线定位代替角度定位，减少了标定位的困难。

附图说明

图1为本申请实施例中辊筒模具圆度误差在位测量装置的正视图；

图2为本申请实施例中辊筒模具圆度误差在位测量装置的侧视图；

图3为本申请实施例中辊筒模具圆度误差在位测量装置安装在机床上的结构示意图；

图4为本申请实施例中辊筒模具圆度误差在位测量装置的测量原理图；

其中，附图标记为：

1-驱动电机，2-柔性铰链，3-安装孔，4-读数头，5-光栅尺，6-转轴，7-微动位移平台，8-刀架，9-被测工件，10-工作台。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

发明人发现：现有的圆度误差在位测量方法主要有反转法、多步法和多测头法。其中反转法虽然理论上能够进行完全的误差分离，但是其需要反复安装测头，会带入多次装夹误差，此外，这些误差分离方法不能用于机器测量。相比之下，多测头法是可行的，可以满足在位测量工件圆度误差的需要，无需重新安装，但是使用多测头时测头之间的角度标定极其困难，且只要有细微的角度定位误差就可能会造成非常严重的谐波抑制。传统的三测头误差分离方法要进行正反傅里叶变换，数学运算较为繁琐。针对谐波抑制有学者提出了解目标方程法，解目标方程法是在时域进行计算，不会产生谐波抑制且数学运算相对简单很多，但是随之也带来了新的问题即矩阵奇异问题。

本申请提供了一种辊筒模具圆度误差在位测量装置的一个实施例，具体请参阅图1和图2。

本实施例中的辊筒模具圆度误差在位测量装置包括：微动位移平台7，微动位移平台7上设置有柔性铰链2和用于驱动柔性铰链2进行直线运动的驱动电机1，柔性铰链2上安装有一个测头，柔性铰链2上贴附有光栅尺5，光栅尺5、驱动电机1和测头位于同一直线上，微动位移平台7上对应设置有用于将光栅尺5的光信号转化为电信号的读数头4，读数头4连接有控制器。

需要说明的是：本装置通过将测头安装在柔性铰链2上，并通过驱动电机1驱动柔性铰链2进行直线运动，形成一个虚拟多测头系统，采用一个测头代替多个测头，避免了多个测头各向异性的影响，并且在扫描过程中，不仅仅只限于测量三点数据，能够把被测工件9截面轮廓进行完整重构，测量精度更高，能适应各种半径工件的圆度测量，同时，本装置采用直线定位代替角度定位，减少了标定位的困难。

以上为本申请实施例提供的一种辊筒模具圆度误差在位测量装置的实施例一，以下为本申请实施例提供的一种辊筒模具圆度误差在位测量装置的实施例二，具体请参阅图1至图4。

本实施例中的辊筒模具圆度误差在位测量装置包括：微动位移平台7，微动位移平台7上设置有柔性铰链2和用于驱动柔性铰链2进行直线运动的驱动电机1，柔性铰链2上安装有一个测头，柔性铰链2上贴附有光栅尺5，光栅尺5、驱动电机1和测头位于同一直线上，微动位移平台7上对应设置有用于将光栅尺5的光信号转化为电信号的读数头4，读数头4通过将光栅尺5的光信号转化为电信号，为光栅计数和电子细分提供原始信号以反馈位置；读数头4连接有控制器，由于光栅尺5贴附于柔性铰链2上，当读数头4检测到光栅尺5产生位移后，会将位置信息反馈给控制器。

需要说明的是：柔性铰链2具有高重复性、良好运动直线性，在外力作用下发生弹性变形，做直线运动，当外力撤销后由于自身的回复性能又恢复至初始位置。将测头固定在柔性铰链2上，通过驱动电机1驱动柔性铰链2，借助微动位移平台7的重复性，产生的位移作为采样间距，可采集多个数据点，利用多个数据点进行后处理获得更高的轮廓精度以及精准的直线度误差。

具体的，如图1所示，柔性铰链2上设置有用于安装测头的安装孔3。

如图2所示，读数头4位于光栅尺5的正上方，且读数头4与光栅尺5平行。读数头4与光栅尺5之间的距离小于0.6mm。具体的，读数头4通过L形带螺纹孔过渡板固定在微动位移平台7上。需要说明的是：在安装读数头4时，首先应保证读数头4的基面达到安装要求，然后再安装读数头4。

如图3所示，微动位移平台7安装于机床的工作台10上。机床包括转轴6，转轴6上设置有被测工件9，测头正对被测工件9，用于对被测工件9的圆度误差进行测量。机床的工作台10上还设置有用于对工件进行加工的刀架8。

驱动电机1可以为音圈电机或压电陶瓷。优选的，采用音圈电机，音圈电机定位准确、无抖动、可靠性好，具有行程大、滞后的优点。音圈电机通过改变线圈电流大小和方向，使圈体在永磁铁的作用下产生精确的直线位移，定位精度可达到1μm，利用音圈电机驱动柔性铰链2运动产生精准位移，通过光栅尺5将位置信息反馈给控制器，给一定的脉冲后会在所需位置精准定位。

具体实施时，将微动位移平台7安装在机床的工作台10上，在被测工件9上选择某一截面开始测量；控制机床转轴6转动，在机床转轴6每转过一个角度时，控制驱动电机1驱动测头进行扫描测量，采集测头在当前测量位置进行直线运动中三个位置距离的检测数据，直到采集完整个截面；采集完成后，采用预设的误差分离算法将各个位置得到的距离检测数据进行误差分离，得到最终被测工件9的圆度测量结果，采用新的误差分离方法，可有效解决矩阵奇异问题。

可以理解的是，被测工件9经机床加工完成后不需要拆下，可直接将本装置安装在机床的工作台10上对被测工件9进行测量，使用方便。

以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种辊筒模具圆度误差在位测量装置，其特征在于，包括：微动位移平台；

所述微动位移平台上设置有柔性铰链和用于驱动所述柔性铰链进行直线运动的驱动电机；

所述柔性铰链上安装有一个测头；

所述柔性铰链上贴附有光栅尺；

所述光栅尺、所述驱动电机和所述测头位于同一直线上；

所述微动位移平台上对应设置有用于将所述光栅尺的光信号转化为电信号的读数头；

所述读数头连接有控制器。

2.根据权利要求1所述的辊筒模具圆度误差在位测量装置，其特征在于，所述读数头位于所述光栅尺的正上方，且所述读数头与所述光栅尺平行。

3.根据权利要求1所述的辊筒模具圆度误差在位测量装置，其特征在于，所述读数头与所述光栅尺之间的距离小于0.6mm。

4.根据权利要求1所述的辊筒模具圆度误差在位测量装置，其特征在于，所述微动位移平台安装于机床的工作台上。

5.根据权利要求4所述的辊筒模具圆度误差在位测量装置，其特征在于，所述机床包括转轴；

所述转轴上设置有被测工件；

所述测头正对所述被测工件。

6.根据权利要求4所述的辊筒模具圆度误差在位测量装置，其特征在于，所述机床的工作台上还设置有用于对工件进行加工的刀架。

7.根据权利要求1所述的辊筒模具圆度误差在位测量装置，其特征在于，所述柔性铰链上设置有用于安装所述测头的安装孔。

8.根据权利要求1所述的辊筒模具圆度误差在位测量装置，其特征在于，所述驱动电机为音圈电机。

9.根据权利要求1所述的辊筒模具圆度误差在位测量装置，其特征在于，所述驱动电机为压电陶瓷。

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