CN215725727U - 一种环形薄壁工件内外壁测量系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于测量设备技术领域，特指一种环形薄壁工件内外壁测量系统。其包括：XY定位平台，具有X方向移动的X向驱动平台以及Y方向移动的Y向驱动平台；旋转台，设置在XY定位平台上，用于Z向旋转；XY手调台，设置在旋转台上，且XY手调台上设置有装夹环形薄壁工件的工件载具；所述XY手调台用于微调环形薄壁工件的X方向和Y方向位置；以及距离传感器，用于测量距离传感器到环形薄壁工件内壁或/和外壁的距离。本实用新型通过距离传感器得到环形薄壁工件中心轴的偏移量，并且通过XY手调台来消除该偏移量，使中心轴与旋转台的旋转轴线重合，以达到对心的目的，减少工件轴线与旋转轴线不重合导致的误差，从而实现高精度检测。

Description

一种环形薄壁工件内外壁测量系统

技术领域

本实用新型属于测量设备技术领域，特指一种环形薄壁工件内外壁测量系统。

背景技术

环形薄壁工件是国防、航空、信息电子、光学系统中不可或缺的组件，环形薄壁工件的圆柱度、面型误差、形貌误差等极大地影响了系统的性能。实现对环形薄壁工件壁面精确、稳定地的测量，从而提高环形薄壁工件的加工精度是提高系统性能的重要有效手段。

在环形薄壁工件的测量系统中，环形薄壁工件的对心误差是重要的误差来源，环形薄壁工件的对心误差直接导致了环形薄壁工件的测量误差，这种误差在精密测量系统中更为显著与关键。有效的抑制与分解环形薄壁工件的对心误差，对于环形薄壁工件的精密测量有着更为重要的意义。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种结构简单，测量精度高的环形薄壁工件内外壁测量系统。

本实用新型的目的是这样实现的：

一种环形薄壁工件内外壁测量系统，包括：

XY定位平台，具有X方向移动的X向驱动平台以及Y方向移动的Y向驱动平台；

旋转台，设置在XY定位平台上，用于Z向旋转；

XY手调台，设置在旋转台上，且XY手调台上设置有装夹环形薄壁工件的工件载具；所述XY手调台用于微调环形薄壁工件的X方向和Y方向位置；以及

距离传感器，用于测量距离传感器到环形薄壁工件内壁或/和外壁的距离。

本实用新型进一步设置有，所述距离传感器为色散共焦传感器。

本实用新型进一步设置有，所述XY手调台和工件载具之间还设置有工件调倾装置，工件调倾装置包括绕X向旋转的X向倾角台和绕Y向旋转的Y向倾角台。

本实用新型进一步设置有，还包括用于Z方向上移动的Z向驱动平台，Z向驱动平台上通过传感器安装架设置有所述距离传感器。

本实用新型进一步设置有，所述传感器安装架上分别设置有一对所述距离传感器，两个距离传感器的光路相互对齐。

本实用新型进一步设置有，所述传感器安装架上对称设置有用于调节距离传感器位置的传感器调节装置，传感器调节装置包括用于Z向移动的Z向平动微调组件以及用于X向移动的X向平动微调组件。

本实用新型进一步设置有，所述传感器调节装置还包括绕Z向角度微调组件和绕Y向角度微调组件。

本实用新型相比现有技术突出且有益的技术效果是：

1、本实用新型通过距离传感器测量环形薄壁工件的内壁或/和外壁，并得到出环形薄壁工件的中心轴和旋转台的旋转轴线之间的X向和Y向的偏移量，最后通过XY手调台来消除X向和Y向的偏移量，使环形薄壁工件的中心轴与旋转台的旋转轴线重合，以达到对心的目的，减少工件轴线与旋转轴线不重合导致的误差，从而实现高精度检测。

2、本实用新型的双距离传感器不仅可以测量环形薄壁工件的中心轴和旋转台的旋转轴线之间的X向和Y向的偏移量，还可以测量环形薄壁工件的中心轴的空间倾斜角度，并可以通过工件调倾装置来消除中心轴的空间倾斜角度，从而实现中心轴倾斜的环形薄壁工件的对心目的，提高检测精度。

附图说明

图1是本实用新型第一种实施例的结构示意图。

图2是本实用新型第一种实施例传感器测量距离的原理示意图。

图3是本实用新型第一种实施例原理示意图之一。

图4是本实用新型第一种实施例原理示意图之二。

图5是本实用新型第二种实施例的结构示意图。

图6是本实用新型第三种实施例的结构示意图。

图中标号所表示的含义：

101-Y向驱动机构；102-X向驱动机构；103-旋转台；104-手调安装位；105-XY手调台；106-环形薄壁工件；107-距离传感器；108-传感器安装架；109-Z向驱动平台；110-X向倾角台；111-Y向倾角台；112-Z向平动微调组件；113-X向平动微调组件；114-Z向角度微调组件；115-Y向角度微调组件。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型作进一步描述：

实施例一：

如图1所示，一种环形薄壁工件内外壁测量系统，用于环形薄壁工件106的测量与对心其包括XY定位平台、旋转台10、XY手调台105、Z向驱动平台109以及距离传感器107。

所述XY定位平台具有X方向移动的X向驱动平台102以及Y方向移动的Y向驱动平台101。在XY定位平台上设置有用于Z向旋转的旋转台103，所述旋转台103上设置有手调安装位104，手调安装位104安装有XY手调台105，XY手调台105上设置有装夹环形薄壁工件106的工件载具，所述XY手调台105包括用于X向移动的X向平移微调组件和用于Y向移动的Y向平移微调组件，分别用于微调环形薄壁工件106的X方向和Y方向位置。在本实施例，所述手调安装位104为一固定在XY手调台105底部的安装板，安装板通过螺钉固定在所述旋转台103上。所述工件载具为一环形座，环形薄壁工件106的底部安装在所述环形座的内圈，并通过紧固件实现装夹。

所述Z向驱动平台109用于Z方向上移动，其上通过传感器安装架108设置有距离传感器107，用于测量距离传感器107到环形薄壁工件106内壁或/和外壁的距离。本实施例中，所述距离传感器107为色散共焦传感器，竖直设置在所述传感器安装架108，并具有90°出光的光源，可以测量环形薄壁工件106的面形、圆度、圆柱度等。

本实施例中，X向驱动平台102、Y向驱动平台101以及Z向驱动平台109均包括伺服电机、丝杆传动结构以及滑台，伺服电机通过丝杆传动结构带动滑台做直线运动。所述XY定位平台的行程在数十mm，定位精度在um级别；旋转台103的定位精度在角秒等级，回转精度在um级别。

本实施例主要用于测量中心轴与底面相互垂直的环形薄壁工件。

原理：

由于工件载具存在装夹等误差，导致环形薄壁工件106的中心轴与旋转台103的旋转轴线并不重合。

本实施例通过距离传感器107测量环形薄壁工件106的内壁或者外壁，然后分别得到环形薄壁工件106的中心轴在X向和Y向的偏移量，最后通过XY手调台105来消除X向和Y向的偏移量，使环形薄壁工件106的中心轴与旋转台103的旋转轴线重合，以达到对心的目的，从而实现高精度检测。

下面对测量系统的操作方法具体说明：

首先说明，如图2所示，开启色散共焦传感器，沿一个方向移动环形薄壁工件，色散共焦传感器可以实时测量其到环形薄壁工件外壁的距离，其中，距离传感器107在起始位置的距离为S_begin，结束位置的距离为S_end，最小测量值位置的距离为S_min。

其次说明，该测量系统的对心方法包括以下步骤：

步骤一，将环形薄壁工件106安装到旋转台103上，控制XY定位平台，将环形薄壁工件106移动至距离传感器107的行程范围内；此时，设定旋转台103的中心坐标为(0,0)，环形薄壁工件106的外径为r，设定环形薄壁工件106中心在X和Y方向上偏心值分别为x₀和y₀，即环形薄壁工件106中心的起始坐标为(x₀,y₀)。

步骤二，沿Y方向移动XY定位平台，使距离传感器107测量其到环形薄壁工件106外壁的距离，同时记录距离传感器107的读数，其中，最小测量值位置的读数为s₁，并移动至最小测量值位置。如图3所示，传感器的0°位置即为此时距离传感器107位于最小测量位置。

步骤三，驱动旋转台103，使环形薄壁工件106顺时针转动180°。

为了更方便的展示下面步骤中距离传感器107的位置，假定旋转台103相对静止，那么相当于距离传感器107绕着旋转台103中心转动，其中，该转动半径R为距离传感器107到旋转台103中心的距离。

此时，在图3中可以看出，传感器的180°位置即为环形薄壁工件106顺时针转动180°之后，距离传感器107的相对位置。

然后，沿Y方向移动XY定位平台，使距离传感器107测量其到环形薄壁工件106外壁的距离，同时记录距离传感器107的读数，其中，起始位置的读数为s₂，最小测量值位置的读数为s₃。

由于此过程中距离传感器107在x方向的坐标始终没有改变，可得：

s₁+r+x₀＝s₃+r-x₀ (1)

继而，

步骤四，调节XY手调台105，使环形薄壁工件106在X方向上运动Δx＝x₀的距离，并消除环形薄壁工件106在X方向上面的偏心距离。

步骤五，驱动旋转台103逆时针转动90°，沿Y方向移动XY定位平台，使距离传感器107测量其到环形薄壁工件106外壁的距离，同时记录距离传感器107的读数，其中，最小测量值位置的读数为s₄，并移动至最小测量值位置。如图4所示，传感器的90°位置即为此时距离传感器107的相对位置。

步骤六，驱动旋转台103，使环形薄壁工件106转动180°，然后，沿Y方向移动XY定位平台，使距离传感器107测量其到环形薄壁工件106外壁的距离，同时记录距离传感器107的读数，其中，记录最小测量值位置的读数为s₅,如图4所示，传感器的270°位置即为此时距离传感器107的相对位置。由此可得：

s₄+r+y₀＝s₅+r-y₀ (3)

继而，

步骤七，调节XY手调台105，使环形薄壁工件106在Y方向上运动Δy＝y₀的距离，并消除待环形薄壁工件106在Y方向上面的偏心距离，对心完成。

步骤八，重复步骤二-步骤七，用于进一步减小环形薄壁工件106在XY方向上的偏心误差。

该方法通过距离传感器107的多次测量与XY手调台调心过程，可以减小环形工件对心误差至亚微米级别，提高环形薄壁工件内外壁测量系统测量的准确性。

另外，步骤四也可以设置在步骤六之后，与步骤七一起，即可以同时消除环形薄壁工件106在XY方向上面的偏心距离。

实施例二：

本实施例和实施例一的结构基本相同，其不同点在于优化了距离传感器的安装结构：

如图5所示，所述传感器安装架108上对称设置有两组用于调节距离传感器107的传感器调节装置，传感器调节装置上安装有对应的所述距离传感器10，两个距离传感器107的光路相互对齐。具体地，所述距离传感器107均为色散共焦传感器，并具有90°出光的光源，两光源面对面对齐。

所述传感器调节装置包括用于Z向移动的Z向平动微调组件112、用于X向移动的X向平动微调组件113、绕Z向旋转的Z向角度微调组件114以及绕Y向旋转的Y向角度微调组件115。所述传感器调节装置用于调节距离传感器107的位置，方便两光路的相互对齐。

本实施例通过双距离传感器107测量环形薄壁工件106的内壁或者外壁，然后分别得到环形薄壁工件106的中心轴在X向和Y向的偏移量，最后通过XY手调台105来消除X向和Y向的偏移量，使环形薄壁工件106的中心轴与旋转台103的旋转轴线重合，以达到对心的目的，从而实现高精度检测。

本实施例主要用于测量中心轴与底面相互垂直的环形薄壁工件，并通过双传感器的形式对环形薄壁工件106的内外壁进行螺旋线式扫描测量。

实施例三：

本实施例和实施例二基本相同，其不同点在于优化了XY手调台105的结构：

如图6所示，所述XY手调台105和工件载具之间还设置有工件调倾装置，工件调倾装置包括绕X向旋转的X向倾角台110和绕Y向旋转的Y向倾角台111。

本实施例不仅具备实施例二的功能，还此基础上进行了升级，具体地，不仅可以得出环形薄壁工件106的中心轴在X向和Y向的偏移量，还可以得出环形薄壁工件106的中心轴的空间倾斜角度，然后通过XY手调台105来消除X向和Y向的偏移量、通过工件调倾装置来消除环形薄壁工件106所在的空间倾斜角度，确保环形薄壁工件106的中心轴是重合旋转台103的旋转轴线，以便于提高测量精度。

该实施例主要用于测量中心轴与底面倾斜的环形薄壁工件，但同样适用于中心轴与底面垂直的环形薄壁工件。

另外，在本实施例中，X向驱动平台102、Y向驱动平台101以及Z向驱动平台109均包括伺服电机、丝杆传动结构以及滑台，伺服电机通过丝杆传动结构带动滑台做直线运动，一般其行程在1000mm以内，精度在μm级。

X向平移微调组件、Y向平移微调组件、Z向平动微调组件112以及X向平动微调组件113的结构均与驱动平台结构类似，一般手动控制丝杆传动结构带动滑台做直线运动，其行程在mm级别，调节精度在μm级别。

X向倾角台110、Y向倾角台111、Z向角度微调组件114以及Y向角度微调组件115的结构均类似，均包括开设有弧形槽的安装座、设置有弧形底面的转动块以及微调组件，转动块通过微调组件转动设置在安装座上，使转动块可以绕着弧形槽的轴线转动，从而实现角度调节。所述角度调节范围在±10°，调节精度在0.01°。

本实施例还设置有标准球，其直径8mm，加工精度为30nm，可拆卸安装在XY手调台105上。测量前，标准球116安装在XY手调台105上，通过调节X向驱动平台102、Y向驱动平台101、Z向驱动平台109调整标准球116的位置，以及通过传感器调节装置调整距离传感器107的光路位置，当距离传感器107的光路对准标准球116的球心时，光路即为对齐。光路对齐后，拆除标准球116即可。

上述实施例仅为本实用新型的较佳实施例，并非依此限制本实用新型的保护范围，故：凡依本实用新型的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种环形薄壁工件内外壁测量系统，其特征在于，包括：

XY定位平台，具有X方向移动的X向驱动平台(102)以及Y方向移动的Y向驱动平台(101)；

旋转台(103)，设置在XY定位平台上，用于Z向旋转；

XY手调台(105)，设置在旋转台(103)上，且XY手调台(105)上设置有装夹环形薄壁工件(106)的工件载具；所述XY手调台(105)用于微调环形薄壁工件(106)的X方向和Y方向位置；以及

距离传感器(107)，用于测量距离传感器(107)到环形薄壁工件(106)内壁或/和外壁的距离。

2.根据权利要求1所述的一种环形薄壁工件内外壁测量系统，其特征在于：所述距离传感器(107)为色散共焦传感器。

3.根据权利要求1所述的一种环形薄壁工件内外壁测量系统，其特征在于：所述XY手调台(105)和工件载具之间还设置有工件调倾装置，工件调倾装置包括绕X向旋转的X向倾角台(110)和绕Y向旋转的Y向倾角台(111)。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种环形薄壁工件内外壁测量系统，其特征在于：还包括用于Z方向上移动的Z向驱动平台(109)，Z向驱动平台(109)上通过传感器安装架(108)设置有所述距离传感器(107)。

5.根据权利要求4所述的一种环形薄壁工件内外壁测量系统，其特征在于：所述传感器安装架(108)上分别设置有一对所述距离传感器(107)，两个距离传感器(107)的光路相互对齐。

6.根据权利要求5所述的一种环形薄壁工件内外壁测量系统，其特征在于：所述传感器安装架(108)上对称设置有用于调节距离传感器(107)位置的传感器调节装置，传感器调节装置包括用于Z向移动的Z向平动微调组件(112)以及用于X向移动的X向平动微调组件(113)。

7.根据权利要求6所述的一种环形薄壁工件内外壁测量系统，其特征在于：所述传感器调节装置还包括绕Z向旋转的Z向角度微调组件(114)和绕Y向旋转的Y向角度微调组件(115)。

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