CN217111481U - 一种蜗杆加工误差的检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种蜗杆加工误差的检测装置，包括底座、移动平台、平台驱动机构、顶尖模块、测量单元和旋转驱动机构，顶尖模块、旋转驱动机构安装在移动平台上，且分别与待测蜗杆的两端配合，旋转驱动机构能带动待测蜗杆旋转；平台驱动机构能驱动移动平台在底座上沿待测蜗杆的轴向移动；测量单元包括角度编码器、直线编码器、两个测头、数据采集模块、数据处理模块、误差计算模块和运动控制模块，两个测头分别与待测蜗杆的一个螺旋齿槽的两个相对的齿面接触。采用本实用新型能在保证检测精度的同时提高检测效率。

Description

一种蜗杆加工误差的检测装置

技术领域

本实用新型涉及一种蜗杆检测装置，具体涉及一种蜗杆加工误差的检测装置。

背景技术

蜗杆传动具有传动比大、结构紧凑、传动平稳以及在一定的条件下具有可靠的自锁性等优点。但蜗杆传动效率较低，且相互摩擦面积较大导致其容易发热。因此，对蜗杆零件的加工精度有较高要求，蜗杆的加工精度对其传动效率以及使用寿命影响很大，蜗杆加工精度检测是保证蜗杆加工质量的重要生产步骤。

目前，常用的蜗杆检测方法为单齿面啮合法或坐标测量法。单齿面啮合法在测量过程中会带来附加误差；坐标测量法根据待测蜗杆参数预先规划测头运动轨迹，此方法精度较高，但测量效率较低。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种蜗杆加工误差的检测装置，以在保证检测精度的同时提高检测效率。

本实用新型所述的蜗杆加工误差的检测装置，包括底座、移动平台、平台驱动机构、顶尖模块、测量单元和旋转驱动机构。顶尖模块、旋转驱动机构安装在移动平台上，且分别与待测蜗杆的两端配合，支撑（顶住）待测蜗杆，旋转驱动机构能带动待测蜗杆旋转；平台驱动机构能驱动移动平台在底座上沿待测蜗杆的轴向移动；测量单元包括角度编码器、直线编码器、两个测头、数据采集模块、数据处理模块、误差计算模块和运动控制模块，角度编码器设置在旋转驱动机构内，直线编码器的动尺通过第一支架固定在移动平台上，直线编码器的定尺通过第二支架固定在底座上，两个测头通过第三支架固定在底座上，两个测头分别与待测蜗杆的一个螺旋齿槽的两个相对的齿面接触，角度编码器、直线编码器与运动控制模块连接，运动控制模块与平台驱动机构、旋转驱动机构连接，角度编码器、直线编码器、两个测头都与数据采集模块连接，数据采集模块与数据处理模块连接，数据处理模块与误差计算模块连接。

运动控制模块用于控制平台驱动机构和旋转驱动机构工作，角度编码器用于检测待测蜗杆的角位移（即旋转角度），直线编码器用于检测待测蜗杆的轴向直线位移，角度编码器、直线编码器将检测的待测蜗杆的角位移和轴向直线位移反馈给运动控制模块，两个测头用于检测待测蜗杆的位移偏差，数据采集模块用于采集角度编码器、直线编码器和两个测头检测的数据，数据处理模块用于对采集的数据进行处理，误差计算模块用于计算待测蜗杆的加工误差。

优选的，所述旋转驱动机构包括蜗杆电机、蜗杆电机座、左顶尖联轴器、左顶尖座、左顶尖、角度编码器底座、连接筒和蜗杆联轴器，左顶尖座固定安装在移动平台上，蜗杆电机固定连接在蜗杆电机座上，蜗杆电机座固定连接在左顶尖座的左侧，角度编码器底座固定连接在左顶尖座的右侧，角度编码器的定子固定连接在角度编码器底座上，角度编码器的转子位于角度编码器的定子内且与连接筒固定连接，蜗杆电机的输出轴通过左顶尖联轴器与左顶尖的左端连接，左顶尖穿过左顶尖座、角度编码器的转子、连接筒，且右端与待测蜗杆的左端配合，连接筒与左顶尖键连接，蜗杆联轴器与待测蜗杆的左端部键连接，蜗杆联轴器的左端与连接筒固定连接；蜗杆电机能通过左顶尖联轴器带动左顶尖旋转，左顶尖能通过键带动连接筒旋转，连接筒能带动角度编码器的转子、蜗杆联轴器旋转，蜗杆联轴器能通过键带动待测蜗杆旋转。

优选的，所述顶尖模块包括右顶尖座、手轮、第一丝杆、套筒、右顶尖和套筒锁紧装置；右顶尖座固定安装在移动平台上，右顶尖座的上部开设有沿待测蜗杆的轴向贯穿且具有缺口的套筒安装槽，套筒位于套筒安装槽内，套筒锁紧装置安装在右顶尖座上与套筒安装槽配合，能放松/夹紧套筒；右顶尖的左端与待测蜗杆的右端配合，右顶尖的右部伸入套筒内与套筒过盈配合，套筒的中部及右部开设有内螺纹，第一丝杆的左部伸入套筒内与套筒螺接，第一丝杆的右部位于套筒安装槽外与手轮固定连接。利用套筒锁紧装置放松套筒，转动手轮通过第一丝杆可以调节套筒在套筒安装槽内的位置，进而调节右顶尖的位置，以适应不同长度的待测蜗杆。右顶尖的位置确定后，利用套筒锁紧装置配合套筒安装槽夹紧套筒，从而固定右顶尖。

优选的，所述平台驱动机构包括平台电机、丝杆联轴器、平台电机座、第二丝杆和丝杆座，平台电机座固定安装在底座的一端，丝杆座固定安装在底座的另一端，平台电机固定连接在平台电机座上，平台电机的输出轴通过丝杆联轴器与第二丝杆的一端连接，第二丝杆的一另端位于丝杆座内。所述底座上对应于移动平台的位置设置有导轨；所述移动平台的底面设置有丝杆螺母和滑块，丝杆螺母套在第二丝杆上，滑块与导轨配合。平台电机能通过丝杆联轴器带动第二丝杆旋转，第二丝杆能通过丝杆螺母带动移动平台沿待测蜗杆的轴向移动，滑块沿导轨移动。

优选的，所述第一支架包括呈“┛”形的第一连接板和呈“┗”形的第二连接板，第一连接板的竖直部外侧固定连接所述动尺，所述动尺正对位于所述定尺下方，第一连接板的水平部与第二连接板的水平部固定连接，第二连接板的竖直部与移动平台的侧壁固定连接。

优选的，所述第二支架为呈“┗”形的连接座，连接座的竖直部外侧固定连接所述定尺，连接座的水平部与底座固定连接。

优选的，所述第三支架包括支撑板、呈“┗”形的支撑座、呈“┏”形的第三连接板和呈“┓”形的第四连接板，支撑板竖直固定连接在底座上，支撑座的竖直部与支撑板的上部固定连接，第三连接板、第四连接板位于支撑座的水平部下方，第三连接板的水平部、第四连接板的水平部都与支撑座的水平部固定连接，第三连接板的竖直部与第四连接板的竖直部之间形成容置空间，其中一个测头与第三连接板的竖直部固定连接，且位于该容置空间内，另一个测头与第四连接板的竖直部固定连接，且位于该容置空间内，所述待测蜗杆穿过该容置空间，且其部分螺旋齿位于该容置空间内，两个测头分别与待测蜗杆的一个螺旋齿槽的两个相对的齿面接触。

采用本实用新型进行蜗杆加工误差检测的具体方法包括：

根据待测蜗杆的长度调整旋转驱动机构与顶尖模块的相对距离，将待测蜗杆水平装夹到旋转驱动机构与顶尖模块之间，根据待测蜗杆的法向尺寸调节两个测头的位置，使两个测头分别与待测蜗杆的一个螺旋齿槽的两个相对的齿面接触。

运动控制模块根据理论螺旋线（即标准蜗杆螺旋线），确定待测蜗杆相对两个测头的旋转角度和直线位移；运动控制模块根据该旋转角度和反馈的角位移伺服控制旋转驱动机构的转速，以使旋转驱动机构带动待测蜗杆相对两个测头做旋转运动；运动控制模块根据该直线位移和反馈的轴向直线位移伺服控制平台驱动机构的转速，以使平台驱动机构驱动移动平台做直线运动，从而使得待测蜗杆相对两个测头做直线运动。通过待测蜗杆相对两个测头的旋转运动以及相对两个测头的直线运动，可合成待测蜗杆相对测头的螺旋线运动（理论上是标准蜗杆螺旋线运动）。

假设待测蜗杆不存在加工误差，则两个测头不会检测出细小位移（即位移偏差）；反之，若待测蜗杆与标准蜗杆尺寸存在偏差，则两个测头会检测出各时刻偏差细小位移，通过数据采集模块采集，数据处理模块处理，同时综合角度编码器和直线编码器的信号进行数据分析，从而获得实测螺旋线。

误差计算模块将实测螺旋线与理论螺旋线进行对比分析，即可获得待测蜗杆的加工误差。

本实用新型与现有技术相比具有如下效果：

（1）与传统的单齿面啮合测量法比较，本实用新型采用测头对待测蜗杆进行测量，从而避免了啮合测量带来的附加误差。

（2）与传统的坐标测量法比较，本实用新型采用双测头（即两个测头）同时对待测蜗杆的螺旋齿槽的两个相对的齿面进行测量，两个测头相对底座静止，通过搭建待测蜗杆的移动平台，利用待测蜗杆的旋转运动和水平移动合成待测蜗杆相对于双测头的螺旋线运动，避免了传统检测过程中的逐点测量，在保证检测精度的同时提高了检测效率。

附图说明

图1为本实施例中蜗杆加工误差的检测装置的检测原理图。

图2为本实施例中蜗杆加工误差的检测装置的结构示意图。

图3为本实施例中旋转驱动机构的部分结构示意图。

图4为图3的A-A剖视图。

图5为本实施例中顶尖模块的剖视图。

图6为本实施中底座、移动平台、平台驱动机构的配合示意图。

图7为本实施例中直线编码器的动尺、定尺的装配示意图。

图8为本实施例中两个测头装配在第三支架上的示意图。

具体实施方式

如图1至图8所示，本实施例中蜗杆加工误差的检测装置，包括底座1、移动平台2、平台驱动机构、顶尖模块、测量单元和旋转驱动机构。

如图5所示，顶尖模块包括右顶尖座61、手轮62、第一丝杆63、套筒64、右顶尖65和套筒锁紧装置66，右顶尖座61通过螺接件68（即螺栓和螺母）固定安装在移动平台2上，右顶尖座61的上部开设有沿待测蜗杆3的轴向贯穿且具有缺口的套筒安装槽67，套筒64位于套筒安装槽67内，套筒锁紧装置66安装在右顶尖座61上与套筒安装槽67配合，能放松/夹紧套筒，右顶尖65的左端与待测蜗杆3的右端配合，右顶尖65的右部伸入套筒64内与套筒64过盈配合，套筒64的中部及右部开设有内螺纹，第一丝杆63的左部伸入套筒64内与套筒64螺接，第一丝杆63的右部位于套筒安装槽67外与手轮62固定连接。利用套筒锁紧装置66放松套筒64，转动手轮62通过第一丝杆63可以调节套筒64在套筒安装槽67内的位置，进而调节右顶尖65的位置，以适应不同长度的待测蜗杆。右顶尖65的位置确定后，利用套筒锁紧装置66配合套筒安装槽67夹紧套筒64，从而固定右顶尖65。

如图2、图3、图4所示，旋转驱动机构包括蜗杆电机51、蜗杆电机座52、左顶尖联轴器、左顶尖座54、左顶尖55、角度编码器底座56、连接筒57和蜗杆联轴器58，左顶尖座54通过螺栓及螺母与移动平台2的顶面的T型槽配合，而固定安装在移动平台2上，蜗杆电机51通过螺钉固定连接在蜗杆电机座52上，蜗杆电机座52通过螺钉固定连接在左顶尖座54的左侧，角度编码器底座56通过螺钉固定连接在左顶尖座54的右侧，角度编码器的定子59通过螺钉固定连接在角度编码器底座56上，角度编码器的转子53位于角度编码器的定子59内且通过螺钉与连接筒57固定连接，蜗杆电机51的输出轴通过左顶尖联轴器与左顶尖55的左端连接，左顶尖55穿过左顶尖座54、角度编码器的转子53、连接筒57，左顶尖55的右端与待测蜗杆3的左端配合，左顶尖55、右顶尖65配合支撑（顶住）待测蜗杆3，连接筒57与左顶尖55键连接，蜗杆联轴器58与待测蜗杆3的左端部键连接，蜗杆联轴器58的左端通过螺钉与连接筒57固定连接。蜗杆电机51能通过左顶尖联轴器带动左顶尖55旋转，左顶尖55能通过键带动连接筒57旋转，连接筒57能带动角度编码器的转子53、蜗杆联轴器58旋转，蜗杆联轴器58能通过键带动待测蜗杆3旋转。

如图2、图6所示，平台驱动机构包括平台电机71、丝杆联轴器72、平台电机座73、第二丝杆74和丝杆座75，平台电机座73固定安装在底座1的一端，丝杆座75固定安装在底座1的另一端，平台电机71通过螺钉固定连接在平台电机座73上，平台电机71的输出轴通过丝杆联轴器72与第二丝杆74的一端连接，第二丝杆74的一另端位于丝杆座75内。底座1上对应于移动平台2的位置设置有导轨11。移动平2的底面设置有丝杆螺母和滑块22，丝杆螺母套在第二丝杆74上，滑块22与导轨11配合。平台电机71能通过丝杆联轴器72带动第二丝杆74旋转，第二丝杆74能通过丝杆螺母带动移动平台2沿待测蜗杆3的轴向移动，滑块22沿导轨11移动。

如图1、图2、图7、图8所示，测量单元包括角度编码器、直线编码器、两个测头80、数据采集模块、数据处理模块、误差计算模块和运动控制模块。运动控制模块用于控制平台电机71和蜗杆电机51工作，角度编码器（包括转子53和定子59）用于检测待测蜗杆3的角位移（即旋转角度），直线编码器（包括定尺42和动尺41）用于检测待测蜗杆3的轴向直线位移，两个测头80用于检测待测蜗杆3的位移偏差，数据采集模块用于采集角度编码器、直线编码器和两个测头检测的数据，数据处理模块用于对采集的数据进行处理，误差计算模块用于计算待测蜗杆的加工误差。角度编码器、直线编码器与运动控制模块连接，将检测的待测蜗杆3的角位移和轴向直线位移反馈给运动控制模块，运动控制模块与平台电机71、蜗杆电机51连接，角度编码器、直线编码器、两个测头80都与数据采集模块连接，数据采集模块与数据处理模块连接，数据处理模块与误差计算模块连接。

如图7所示，第一支架包括呈“┛”形的第一连接板43和呈“┗”形的第二连接板44，第一连接板43的竖直部外侧固定连接动尺41，动尺41正对位于定尺42下方，第一连接板43的水平部与第二连接板44的水平部固定连接，第二连接板44的竖直部通过螺栓及螺母与移动平台2的侧壁上的T型槽配合而实现固定连接。第二支架为呈“┗”形的连接座45，连接座45的竖直部外侧通过螺钉固定连接定尺42，连接座45的水平部通过螺栓及螺母与底座1上的T型槽配合而实现固定连接。

如图8所示，第三支架包括支撑板81、呈“┗”形的支撑座82、呈“┏”形的第三连接板83和呈“┓”形的第四连接板84，支撑板81竖直固定连接在底座1上，支撑座82的竖直部通过螺栓及螺母与支撑板81的上部固定连接，第三连接板83、第四连接板84位于支撑座82的水平部下方，第三连接板83的水平部、第四连接板84的水平部都通过螺栓及螺母与支撑座82的水平部固定连接，第三连接板83的竖直部与第四连接板84的竖直部之间形成容置空间。第三连接板83的竖直部开设有五个安装孔（用于改变测头安装位置），其中一个测头80通过螺钉与其中一个安装孔的配合而与第三连接板83的竖直部固定连接，该测头80位于该容置空间内。第四连接板84的竖直部开设有五个安装孔（用于改变测头安装位置），另一个测头80通过螺钉与其中一个安装孔的配合而与第四连接板84的竖直部固定连接，该测头80也位于该容置空间内。待测蜗杆3穿过该容置空间，待测蜗杆3的部分螺旋齿位于该容置空间内，两个测头80分别与待测蜗杆3的一个螺旋齿槽的两个相对的齿面接触。

采用上述蜗杆加工误差的检测装置进行蜗杆加工误差检测的具体方法包括：

根据待测蜗杆3的长度调整左顶尖55与右顶尖65的相对距离，将待测蜗杆3水平装夹到左顶尖55与右顶尖65之间，根据待测蜗杆3的法向尺寸调节两个测头80的位置，使两个测头80分别与待测蜗杆3的一个螺旋齿槽的两个相对的齿面接触。

运动控制模块根据理论螺旋线（即标准蜗杆螺旋线），确定待测蜗杆3相对两个测头80的旋转角度和直线位移；运动控制模块根据该旋转角度和反馈的角位移伺服控制蜗杆电机51的转速，以使旋转驱动机构带动待测蜗杆3相对两个测头80做旋转运动，角度编码器测得待测蜗杆3的角位移（即旋转角度）；运动控制模块根据该直线位移和反馈的轴向直线位移伺服控制平台电机71的转速，以使平台驱动机构驱动移动平台2做直线运动，从而使得待测蜗杆3相对两个测头80做直线运动，直线编码器测得待测蜗杆3的轴向直线位移。通过待测蜗杆3相对两个测头80的旋转运动以及相对两个测头80的直线运动，可合成待测蜗杆3相对测头80的螺旋线运动（理论上是标准蜗杆螺旋线运动）。

假设待测蜗杆3不存在加工误差，则两个测头80不会检测出细小位移（即位移偏差）；反之，若待测蜗杆与标准蜗杆尺寸存在偏差，则两个测头80会检测出各时刻偏差细小位移，通过数据采集模块采集，数据处理模块处理，同时综合角度编码器和直线编码器的信号进行数据分析，从而获得实测螺旋线（实测螺旋线的获得方式属于现有技术）。

误差计算模块将实测螺旋线与理论螺旋线进行对比分析（分析方式属于现有技术），即可获得待测蜗杆的加工误差。

Claims (7)

1.一种蜗杆加工误差的检测装置，其特征在于：包括底座（1）、移动平台（2）、平台驱动机构、顶尖模块、测量单元和旋转驱动机构；顶尖模块、旋转驱动机构安装在移动平台（2）上，且分别与待测蜗杆（3）的两端配合，支撑待测蜗杆（3），旋转驱动机构能带动待测蜗杆（3）旋转；平台驱动机构能驱动移动平台（2）在底座（1）上沿待测蜗杆（3）的轴向移动；测量单元包括角度编码器、直线编码器、两个测头、数据采集模块、数据处理模块、误差计算模块和运动控制模块，角度编码器设置在旋转驱动机构内，直线编码器的动尺（41）通过第一支架固定在移动平台（2）上，直线编码器的定尺（42）通过第二支架固定在底座（1）上，两个测头（80）通过第三支架固定在底座（1）上，且分别与待测蜗杆的一个螺旋齿槽的两个相对的齿面接触，角度编码器、直线编码器与运动控制模块连接，运动控制模块与平台驱动机构、旋转驱动机构连接，角度编码器、直线编码器、两个测头都与数据采集模块连接，数据采集模块与数据处理模块连接，数据处理模块与误差计算模块连接。

2.根据权利要求1所述的蜗杆加工误差的检测装置，其特征在于：所述旋转驱动机构包括蜗杆电机（51）、蜗杆电机座（52）、左顶尖联轴器、左顶尖座（54）、左顶尖（55）、角度编码器底座（56）、连接筒（57）和蜗杆联轴器（58），左顶尖座（54）固定安装在移动平台（2）上，蜗杆电机（51）固定连接在蜗杆电机座（52）上，蜗杆电机座（52）固定连接在左顶尖座（54）的左侧，角度编码器底座（56）固定连接在左顶尖座（54）的右侧，角度编码器的定子（59）固定连接在角度编码器底座（56）上，角度编码器的转子（53）位于角度编码器的定子（59）内且与连接筒（57）固定连接，蜗杆电机（51）的输出轴通过左顶尖联轴器与左顶尖（55）的左端连接，左顶尖（55）穿过左顶尖座（54）、角度编码器的转子（53）、连接筒（57），且右端与待测蜗杆（3）的左端配合，连接筒（57）与左顶尖（55）键连接，蜗杆联轴器（58）与待测蜗杆（3）的左端部键连接，蜗杆联轴器（58）的左端与连接筒（57）固定连接；蜗杆电机（51）能通过左顶尖联轴器带动左顶尖（55）旋转，左顶尖（55）能通过键带动连接筒（57）旋转，连接筒（57）能带动角度编码器的转子（53）、蜗杆联轴器（58）旋转，蜗杆联轴器（58）能通过键带动待测蜗杆（3）旋转。

3.根据权利要求1所述的蜗杆加工误差的检测装置，其特征在于：所述顶尖模块包括右顶尖座（61）、手轮（62）、第一丝杆（63）、套筒（64）、右顶尖（65）和套筒锁紧装置（66），右顶尖座（61）固定安装在移动平台（2）上，右顶尖座（61）的上部开设有沿待测蜗杆（3）的轴向贯穿且具有缺口的套筒安装槽（67），套筒（64）位于套筒安装槽内，套筒锁紧装置（66）安装在右顶尖座（61）上与套筒安装槽配合，能放松/夹紧套筒，右顶尖（65）的左端与待测蜗杆（3）的右端配合，右顶尖（65）的右部伸入套筒（64）内与套筒（64）过盈配合，套筒（64）的中部及右部开设有内螺纹，第一丝杆（63）的左部伸入套筒内与套筒螺接，第一丝杆（63）的右部位于套筒安装槽外与手轮（62）固定连接。

4.根据权利要求1至3任一项所述的蜗杆加工误差的检测装置，其特征在于：

所述平台驱动机构包括平台电机（71）、丝杆联轴器（72）、平台电机座（73）、第二丝杆（74）和丝杆座（75），平台电机座（73）固定安装在底座（1）的一端，丝杆座（75）固定安装在底座（1）的另一端，平台电机（71）固定连接在平台电机座（73）上，平台电机（71）的输出轴通过丝杆联轴器（72）与第二丝杆（74）的一端连接，第二丝杆（74）的一另端位于丝杆座（75）内；

所述底座（1）上对应于移动平台（2）的位置设置有导轨（11）；所述移动平台（2）的底面设置有丝杆螺母和滑块（22），丝杆螺母套在第二丝杆（74）上，滑块（22）与导轨（11）配合；

平台电机（71）能通过丝杆联轴器（72）带动第二丝杆（74）旋转，第二丝杆（74）能通过丝杆螺母带动移动平台（2）沿待测蜗杆（3）的轴向移动，滑块（22）沿导轨（11）移动。

5.根据权利要求4所述的蜗杆加工误差的检测装置，其特征在于：所述第一支架包括呈“┛”形的第一连接板（43）和呈“┗”形的第二连接板（44），第一连接板（43）的竖直部外侧固定连接所述动尺（41），所述动尺（41）正对位于所述定尺（42）下方，第一连接板（43）的水平部与第二连接板（44）的水平部固定连接，第二连接板（44）的竖直部与移动平台（2）的侧壁固定连接。

6.根据权利要求5所述的蜗杆加工误差的检测装置，其特征在于：所述第二支架为呈“┗”形的连接座（45），连接座（45）的竖直部外侧固定连接所述定尺（42），连接座（45）的水平部与底座（1）固定连接。

7.根据权利要求6所述的蜗杆加工误差的检测装置，其特征在于：所述第三支架包括支撑板（81）、呈“┗”形的支撑座（82）、呈“┏”形的第三连接板（83）和呈“┓”形的第四连接板（84），支撑板（81）竖直固定连接在底座（1）上，支撑座（82）的竖直部与支撑板（81）的上部固定连接，第三连接板（83）、第四连接板（84）位于支撑座（82）的水平部下方，第三连接板（83）的水平部、第四连接板（84）的水平部都与支撑座（82）的水平部固定连接，第三连接板（83）的竖直部与第四连接板（84）的竖直部之间形成容置空间，其中一个测头（80）与第三连接板（83）的竖直部固定连接，且位于该容置空间内，另一个测头（80）与第四连接板（84）的竖直部固定连接，且位于该容置空间内，所述待测蜗杆（3）穿过该容置空间，且其部分螺旋齿位于该容置空间内，两个测头（80）分别与待测蜗杆（3）的一个螺旋齿槽的两个相对的齿面接触。

Images