專利名稱：螺旋轉(zhuǎn)子型面輪廓誤差測量儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是涉及一種測量裝置，更具體地說是用于測量具有螺旋特征的各種曲面的相關(guān)參數(shù)，可應(yīng)用在螺旋齒輪、精密絲桿、壓縮機螺旋轉(zhuǎn)子、螺旋泵轉(zhuǎn)子、齒輪加工刀具等零部件的精密測量中的裝置。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代機械工業(yè)中，涉及到很多種具有螺旋特征的型面誤差測量問題。比如螺桿壓縮機的核心部件螺桿轉(zhuǎn)子，其形狀和精度直接影響著壓縮機的工作效率、噪音振動水平和使用壽命；比如加工齒輪的滾刀，其輪廓型面誤差會直接周期性地復(fù)印在被加工的齒輪上。因此，具有螺旋特征的型面誤差測量技術(shù)及評定技術(shù)日益受到國內(nèi)學(xué)術(shù)界和企業(yè)界的關(guān)注和重視。目前，國內(nèi)大部分企業(yè)的檢測方法是采用通用三坐標測量機，通過檢測轉(zhuǎn)子不同軸截面位置上的截面型線，來反映整個螺桿轉(zhuǎn)子的質(zhì)量。這種測量方法存在以下問題1、三坐標測量機價格高，轉(zhuǎn)子測量要求配備相應(yīng)的專用檢測軟件。軟件價格也高， 且操作比較復(fù)雜，對操作者的技術(shù)要求也比較高。這些都制約了方法本身的普及和推廣。2、三坐標測量機一般采用高精度觸發(fā)球測頭，由于端面型線結(jié)構(gòu)復(fù)雜，曲率變化大，使得測頭球半徑的誤差補償變得復(fù)雜，至今在學(xué)術(shù)上仍存在理論上的困難和不足；3、測量時間長，只適合抽檢，不適合快速檢測和在線檢測，很難適應(yīng)轉(zhuǎn)子制造企業(yè)的需求。4、只能測量轉(zhuǎn)子軸截面內(nèi)的二維截面輪廓的線型誤差，不能從三維空間的角度實現(xiàn)對整個螺旋型面的輪廓測量，更無法評定被測轉(zhuǎn)子面輪廓度誤差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足之處，提供一種螺旋轉(zhuǎn)子型面輪廓誤差測量儀，以實現(xiàn)螺旋轉(zhuǎn)子型面誤差參數(shù)高效、自動和準確的檢測，促進相關(guān)三維型面面輪廓度誤差評定理論的進一步發(fā)展。本發(fā)明解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案本發(fā)明螺旋轉(zhuǎn)子型面輪廓誤差測量儀的結(jié)構(gòu)特點是在底座上，位于沿X向設(shè)置的“T”型長槽的兩端分別設(shè)置頭架和尾架，在所述頭架和尾架之間相對的端面上、處在同一軸線上分別設(shè)置有頭架頂針和尾架頂針，被測轉(zhuǎn)子支承在所述頭架頂針和尾架頂針之間；在所述頭架上固定設(shè)置一電動旋轉(zhuǎn)臺，位于所述電動旋轉(zhuǎn)臺中、可在電動旋轉(zhuǎn)臺驅(qū)動下轉(zhuǎn)動的回轉(zhuǎn)工作臺的回轉(zhuǎn)中心與所述頭架頂針的軸線重合，在所述回轉(zhuǎn)臺的前端面上通過一撥桿連接一撥叉，在所述撥叉的一對叉頭上分別設(shè)置用于帶動被測螺旋轉(zhuǎn)子的夾持螺釘，所述夾持螺釘沿徑向夾持在被測螺旋轉(zhuǎn)子的第一軸端；在所述底座上設(shè)置一電動平移臺，在所述電動平移臺上設(shè)置由步進電機通過滾珠絲杠副驅(qū)動可在直線軌道上滑移的移動工作臺，所述直線軌道與“T”型長槽平行設(shè)置；在所述移動工作臺上呈Z向固定設(shè)置立柱，所述立柱的頂部呈懸臂設(shè)置一橫梁，所述橫梁的前端處在被測轉(zhuǎn)子的上方；在所述橫梁的前端設(shè)置一電動轉(zhuǎn)盤，所述電動轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)軸呈X 向設(shè)置；設(shè)置測量單元，包括在所述電動旋轉(zhuǎn)臺中配置圓光柵傳感器，用于對回轉(zhuǎn)臺的回轉(zhuǎn)角度的測量；在所述電動平移臺上設(shè)置用于檢測移動工作臺所在位置的長光柵傳感器； 在所述電動轉(zhuǎn)盤上固定設(shè)置激光位移傳感器；所述激光位移傳感器的光軸經(jīng)過電動轉(zhuǎn)盤的回轉(zhuǎn)軸線。本發(fā)明螺旋轉(zhuǎn)子型面輪廓誤差測量儀的結(jié)構(gòu)特點也在于設(shè)置一尾架定位機構(gòu)，是在尾架的一側(cè)設(shè)置拉桿軸套，拉桿貫穿所述拉桿軸套、并可在拉桿軸套中軸向滑動，在所述拉桿的前端固定連接有壓塊，拉桿后端固定連接有手柄， 在所述拉桿軸套與手柄之間裝有壓簧，以壓簧的壓力使壓塊抵壓在底座中的定位槽中；設(shè)置一防轉(zhuǎn)銷，所述防轉(zhuǎn)銷一端與壓塊螺紋連接，另一端插入在尾架底面的銷孔中。在所述底座上設(shè)置各定位面，包括相互平行的第一立面A和第二立面D ；等高的第一平面E、第二平面F和第三平面G，且各立面與各平面為相互垂直；所述電動平移臺通過螺栓固定在第三平面G上，電動平移臺的側(cè)面與第二立面D相抵并定位；頭架和尾架分別固定在第一平面E和第二平面F上，頭架和尾架的側(cè)面與第一立面A面相抵。本發(fā)明利用激光位移傳感器，在兩個旋轉(zhuǎn)工作臺和一維平移臺的運動配合下獲取有關(guān)螺旋轉(zhuǎn)子型面特征的原始測量數(shù)據(jù)，再經(jīng)過相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理和坐標變換得出螺旋轉(zhuǎn)子型面輪廓度誤差數(shù)據(jù)并給出誤差評定結(jié)果。與已有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在1、本發(fā)明將轉(zhuǎn)子測量由二維線輪廓測量及評定提升至三維空間內(nèi)轉(zhuǎn)子全螺旋面的面輪廓度誤差測量和評定，所獲取的測量數(shù)據(jù)可實現(xiàn)轉(zhuǎn)子型面的三維重構(gòu)。2、本發(fā)明采用機器視覺非接觸測量，實現(xiàn)螺旋轉(zhuǎn)子關(guān)鍵輪廓參數(shù)的自動高精度測量，避免了三坐標測量機測量中的測頭半徑補償問題，有利于提高測量精度。3、本發(fā)明采用撥叉驅(qū)動被測轉(zhuǎn)子，用兩個死頂尖定位被測轉(zhuǎn)子，與主軸直接驅(qū)動相比，很好地消除了主軸運動誤差對測量精度的影響。4、本發(fā)明不僅可以測量任意軸截面內(nèi)轉(zhuǎn)子的二維線型輪廓，還可以測量和評定三維空間內(nèi)的轉(zhuǎn)子螺旋面的面輪廓度誤差，實現(xiàn)螺旋特征表面的三維重構(gòu)。5、本發(fā)明在撤去激光位移傳感器、換裝電感傳感器或其它類型傳感器時，可用于測量螺旋面上任意一條螺旋線的誤差，這種測量方式與被測轉(zhuǎn)子在精密加工時球形銑刀的運動方式一致，對于分析加工工藝有直接的意義和價值。6、本發(fā)明可以廣泛用于螺旋齒輪、精密螺旋絲桿、齒輪加工刀具等精密機械部件的測量；包括用于完成螺旋面導(dǎo)程、升角、節(jié)圓直徑等參數(shù)的測量。7、本發(fā)明檢測重復(fù)性好、精度高、檢測效率高。


圖1是本發(fā)明總體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1的俯視圖；圖3是圖1的左視圖4是圖1的右視圖；圖5是本發(fā)明中頭架結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是圖5的左視圖；圖7是本發(fā)明中尾架結(jié)構(gòu)圖；圖8是圖7的左視圖；圖9是本發(fā)明中底座定位面示意圖；圖10是本發(fā)明中激光位移傳感器測量原理圖；圖11是本發(fā)明中柱坐標測量系統(tǒng)示意圖。圖中標號1頭架；2被測轉(zhuǎn)子；3尾架；4底座；5調(diào)平地腳；6電動平移臺；7螺釘； 8為T型螺栓；9電動轉(zhuǎn)盤；10激光位移傳感器；11橫梁；12立柱、13移動工作臺；14撥叉； 15撥桿；16頭架頂針；17電動旋轉(zhuǎn)臺；18夾緊螺釘、19回轉(zhuǎn)工作臺、20電動旋轉(zhuǎn)臺底座、21 尾架頂針、22防轉(zhuǎn)銷、23手柄、M拉桿、25壓簧J6拉桿軸套、27壓塊、觀標準圓弧面；四標準件支架。
具體實施例方式參見圖1、圖2和圖3，頭架1的前端圓錐孔與頭架頂針16為錐面精密配合，頭架 1用T型螺釘8固定在底座4上，底座4的底部設(shè)置調(diào)平地腳5，用于調(diào)整底座4的水平度； 撥桿15通過前端的外螺紋固連在回轉(zhuǎn)工作臺19上，撥叉14上端面圓柱孔與撥桿15間隙配合，下端布置一對與被測轉(zhuǎn)子軸線位置平齊的螺紋孔，夾緊螺釘18旋合并穿過該螺紋孔將被測螺旋轉(zhuǎn)子夾緊，以便電動旋轉(zhuǎn)臺17帶動被測轉(zhuǎn)子2旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)精確分度。參見圖5和圖6，由電動旋轉(zhuǎn)臺底座20固定設(shè)置在頭架前端面上的電動旋轉(zhuǎn)臺17 為市售的標準組件，由步進電機驅(qū)動，經(jīng)由蝸桿蝸輪傳動，帶動其回轉(zhuǎn)工作臺19的轉(zhuǎn)動，電動旋轉(zhuǎn)臺17中配有精密圓光柵傳感器，實現(xiàn)角度測量和精確分度。具體實施中，電動旋轉(zhuǎn)臺17是用螺釘固定在頭架1的前端面上，其回轉(zhuǎn)軸線與頭架頂針16的軸線重合。參見圖4、圖7和圖8，尾架頂針21的錐面與尾架3前端圓錐孔精密配合；設(shè)置一尾架定位機構(gòu)，是在尾架3的一側(cè)用螺釘設(shè)置拉桿軸套沈，拉桿M貫穿拉桿軸套沈，拉桿 24的圓柱面與拉桿軸套沈的圓柱孔間隙配合，拉桿M可在拉桿軸套沈中軸向滑動，在拉桿M的前端固定連接有壓塊27，拉桿M后端通過螺紋固定連接有手柄23，在拉桿軸套沈與手柄23之間裝有壓簧25，以壓簧25的壓力使壓塊27抵壓在底座4中的定位槽中；設(shè)置一防轉(zhuǎn)銷22，防轉(zhuǎn)銷22 —端與壓塊27螺紋連接，另一端插入在尾架3底面的銷孔中，壓塊 27在手柄23轉(zhuǎn)動下伸縮，從而夾緊或釋放尾架，同時防止壓塊27轉(zhuǎn)動。參見圖2，在底座4上設(shè)置一電動平移臺6，在電動平移臺6上設(shè)置由步進電機通過滾珠絲杠副驅(qū)動可在直線軌道上滑移的移動工作臺13，直線軌道與“T”型長槽平行設(shè)置；在移動工作臺13上呈Z向固定設(shè)置立柱12，立柱12的頂部呈懸臂設(shè)置一橫梁11，橫梁 11的前端處在被測轉(zhuǎn)子的上方；在橫梁U的前端設(shè)置一電動轉(zhuǎn)盤9，電動轉(zhuǎn)盤9的轉(zhuǎn)軸呈 X向設(shè)置；如圖2所示，本實施例中，滾動導(dǎo)軌副對稱布置在滾珠絲杠的兩側(cè)，與滾珠絲杠軸線平行，精密測長光柵尺布置在兩條導(dǎo)軌之間，光柵讀數(shù)頭固定在移動工作臺13的下方， 與導(dǎo)軌滑塊及滾動螺母為鄰；移動工作臺13通過螺釘與滾動導(dǎo)軌上的滑塊連接和與滾動螺母連接，立柱12通過螺釘垂直緊固在移動工作臺13上。圖4所示，立柱12的底端法蘭沿橫向開有四個腰形孔，與電動平移臺6上的移動工作臺13螺紋連接，橫梁11的尾部帶有開口，用螺釘7夾緊在立柱12上，以使橫梁11的高度可根據(jù)測量需要進行調(diào)節(jié)；在電動轉(zhuǎn)盤9上通過中間轉(zhuǎn)接板固定設(shè)置激光位移傳感器 10 ；激光位移傳感器10的光軸經(jīng)過電動轉(zhuǎn)盤9的回轉(zhuǎn)軸線；激光位移傳感器10的測量原理是三角法，發(fā)出一束激光至被測面上一點，光線折返后被CCD接收即可獲知該點到傳感器的位移。參見圖9，本實施例中，在底座4上設(shè)置各定位面，包括相互平行的第一立面A和第二立面D ；等高的第一平面E、第二平面F和第三平面G，且各立面與各平面為相互垂直； 電動平移臺6通過螺栓固定在第三平面G上，電動平移臺6的側(cè)面與第二立面D相抵并定位；頭架1和尾架3分別固定在第一平面E和第二平面F上，頭架1的側(cè)面作為基準面B與是與底座4上的第一立面A相抵，尾架3在處于鎖緊狀態(tài)時，其作為基準面C的側(cè)面與底座 4的第一立面面A相抵；頭架1和尾架3擁有共同的定位面，以便保證頭架頂針16與尾架頂針21的軸線重合；本實施例中，電動平移臺6的第三平面G與頭架1和尾架3的定位面即第一平面E和第二平面F是共面的，這樣就能保證測量單元在電動平移臺驅(qū)動下的運動方向與頭架頂尖和尾架頂尖所決定的軸線平行，形成測量所需的基準運動。計算機處理單元硬件部分具有數(shù)據(jù)采集卡、運動控制卡和調(diào)理電路；軟件部件包括測量軟件和界面操作軟件，測量軟件實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、坐標變化處理和測量結(jié)果評定；操作界面主要包括三只步進電機的運動控制設(shè)置，測量過程操作控制等部分。測量方法檢測前需用標準件的標準圓弧面觀對儀器進行校準；標準件可以用標準件支架 29直接放置在底座4的一側(cè)，便于使用；也可以另行放置。檢測時，將被測轉(zhuǎn)子安裝在頭架頂針與尾架頂針之間，鎖緊尾架。將移動工作臺13 移動至被測轉(zhuǎn)子的一端，轉(zhuǎn)動電動旋轉(zhuǎn)臺17，使激光位移傳感器的激光束對準被測轉(zhuǎn)子軸截面起點，測量開始后，電動旋轉(zhuǎn)臺17帶動被測轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，同時電動平移臺6帶動移動工作臺13從被測轉(zhuǎn)子的一端往另一段移動，電動旋轉(zhuǎn)臺14的轉(zhuǎn)動和電動平移臺6的移動由計算機控制并保證兩者的速比；被測轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周，移動工作臺移動螺旋轉(zhuǎn)子的一個導(dǎo)程。根據(jù)螺旋轉(zhuǎn)子的實際測量需要，可以設(shè)定在一個導(dǎo)程內(nèi)的測量截面?zhèn)€數(shù)。比如某型號陽轉(zhuǎn)子有五個齒，導(dǎo)程角為240度，導(dǎo)程為278毫米，若設(shè)定每個齒內(nèi)選取m個截面進行測量，則在被測轉(zhuǎn)子一端第一個截面內(nèi)開始測量，測量時電動旋轉(zhuǎn)臺17步進旋轉(zhuǎn)，比如每轉(zhuǎn)0. Γ，線性位移傳感器獲得它到被測面上一個點的距離這樣電動旋轉(zhuǎn)臺17的旋轉(zhuǎn)角度θ i和ri 一一對應(yīng)形成一組極坐標，可以精確描述在一個截面內(nèi)螺旋轉(zhuǎn)子的型線特征，第一個截面測試完畢后，電動旋轉(zhuǎn)臺和電動位移臺同步運動，使第二個被測截面進入測量位置，實現(xiàn)第二個型線輪廓測量，如此循環(huán)直到m個截面全部測完。第一個齒測量完畢后，電動回轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)η° (η = 360/齒數(shù))，進行第二個齒的測量，直至五個齒全部測畢。測量完畢后，所設(shè)計的測量及誤差評定軟件首先將一個齒內(nèi)的m個截面的輪廓度誤差評定完畢并給出結(jié)果。此時給出的結(jié)果是反映單個軸截面內(nèi)轉(zhuǎn)子輪廓線的線輪廓度。 事實上，由頭架、尾架的頂尖構(gòu)成的回轉(zhuǎn)軸線O1O2可看做X軸，頭架上同心配置的電動旋轉(zhuǎn)臺(17)內(nèi)部的圓光柵傳感器會實時記錄和測量轉(zhuǎn)子的回轉(zhuǎn)角度作同時一維電動位移臺內(nèi)的長光柵會記錄測頭的位移值，這樣就構(gòu)成了一個柱坐標測量系統(tǒng)，如圖10和圖11所示。 在評定一個齒內(nèi)的螺旋面的面輪廓度誤差時，需要將前面所測得的每個截面內(nèi)的極坐標參數(shù)Ov Θ》經(jīng)過坐標轉(zhuǎn)換，統(tǒng)一到柱坐標內(nèi)再進行單齒螺旋面的面輪廓度誤差評定，同時也可以分析和判斷出各齒面之間相互的位置誤差。這種面輪廓度的評定和齒面相互位置誤差的分析和測量是采用三坐標測量機無法辦到的。也正是因為需要在兩個坐標系之間進行轉(zhuǎn)換和統(tǒng)一，為了保證測量精度的需要，儀器才需要用標準件進行上述的標定和校準。也可以利用一個齒內(nèi)m個截面的輪廓參數(shù)重構(gòu)出該齒的三維輪廓，從面輪廓度層面上對誤差進行評定。甚至可以實現(xiàn)五個齒輪廓相對位置誤差的評定和計算。
權(quán)利要求
1.一種螺旋轉(zhuǎn)子型面輪廓誤差測量儀，其特征是在底座(4)上，位于沿X向設(shè)置的“T”型長槽的兩端分別設(shè)置頭架(1)和尾架(3)，在所述頭架和尾架之間相對的端面上、處在同一軸線上分別設(shè)置有頭架頂針(16)和尾架頂針(21)，被測轉(zhuǎn)子( 支承在所述頭架頂針和尾架頂針之間；在所述頭架(1)上固定設(shè)置一電動旋轉(zhuǎn)臺(17)，位于所述電動旋轉(zhuǎn)臺(17)中、可在電動旋轉(zhuǎn)臺(17)驅(qū)動下轉(zhuǎn)動的回轉(zhuǎn)工作臺(19)的回轉(zhuǎn)中心與所述頭架頂針(16)的軸線重合，在所述回轉(zhuǎn)臺(19)的前端面上通過一撥桿(1 連接一撥叉(14)，在所述撥叉(14)的一對叉頭上分別設(shè)置用于帶動被測螺旋轉(zhuǎn)子的夾持螺釘(18)，所述夾持螺釘(18)沿徑向夾持在被測螺旋轉(zhuǎn)子的第一軸端；在所述底座(4)上設(shè)置一電動平移臺(6)，在所述電動平移臺(6)上設(shè)置由步進電機通過滾珠絲杠副驅(qū)動可在直線軌道上滑移的移動工作臺(13)，所述直線軌道與“T”型長槽平行設(shè)置；在所述移動工作臺(1 上呈Z向固定設(shè)置立柱(12)，所述立柱(1 的頂部呈懸臂設(shè)置一橫梁(11)，所述橫梁(11)的前端處在被測轉(zhuǎn)子的上方；在所述橫梁(11)的前端設(shè)置一電動轉(zhuǎn)盤(9)，所述電動轉(zhuǎn)盤(9)的轉(zhuǎn)軸呈X向設(shè)置；設(shè)置測量單元，包括在所述電動旋轉(zhuǎn)臺(17)中配置圓光柵傳感器，用于對回轉(zhuǎn)臺(19) 的回轉(zhuǎn)角度的測量；在所述電動平移臺(6)上設(shè)置用于檢測移動工作臺(1 所在位置的長光柵傳感器；在所述電動轉(zhuǎn)盤(9)上固定設(shè)置激光位移傳感器(10)；所述激光位移傳感器 (10)的光軸經(jīng)過電動轉(zhuǎn)盤(9)的回轉(zhuǎn)軸線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺旋轉(zhuǎn)子型面輪廓誤差測量儀，其特征是設(shè)置一尾架定位機構(gòu)，是在尾架(3)的一側(cè)設(shè)置拉桿軸套( )，拉桿04)貫穿所述拉桿軸套( )、并可在拉桿軸套06)中軸向滑動，在所述拉桿04)的前端固定連接有壓塊(27)，拉桿04)后端固定連接有手柄(23)，在所述拉桿軸套06)與手柄之間裝有壓簧(25)，以壓簧05)的壓力使壓塊(XT)抵壓在底座中的定位槽中；設(shè)置一防轉(zhuǎn)銷(22)，所述防轉(zhuǎn)銷02) — 端與壓塊(XT)螺紋連接，另一端插入在尾架C3)底面的銷孔中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺旋轉(zhuǎn)子型面輪廓誤差測量儀，其特征是在所述底座(5)上設(shè)置各定位面，包括相互平行的第一立面A和第二立面D ；等高的第一平面E、第二平面F 和第三平面G，且各立面與各平面為相互垂直；所述電動平移臺(6)通過螺栓固定在第三平面G上，電動平移臺(6)的側(cè)面與第二立面D相抵并定位；頭架(1)和尾架C3)分別固定在第一平面E和第二平面F上，頭架(1)和尾架(3)的側(cè)面與第一立面A面相抵。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種螺旋轉(zhuǎn)子型面輪廓誤差測量儀，其特征是被測轉(zhuǎn)子支承在頭架頂針和尾架頂針之間，以回轉(zhuǎn)工作臺帶動被測螺旋轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動；設(shè)置一移動工作臺，在移動工作臺上設(shè)置測量單元，測量單元中設(shè)置用于檢測移動工作臺所在位置的長光柵傳感器，并在電動轉(zhuǎn)盤上固定設(shè)置激光位移傳感器。本發(fā)明利用激光位移傳感器，在兩個旋轉(zhuǎn)工作臺和一維平移臺的運動配合下獲取有關(guān)螺旋轉(zhuǎn)子型面特征的原始測量數(shù)據(jù)，再經(jīng)過相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理和坐標變換即可得出螺旋轉(zhuǎn)子型面輪廓度誤差數(shù)據(jù)并給出誤差評定結(jié)果，其結(jié)構(gòu)簡單、加工裝配性好，可實現(xiàn)對各種螺旋面的面型輪廓誤差測量，可兼容配備其他類型的傳感器用于其他參數(shù)的精密測量。
文檔編號G01B11/24GK102538700SQ201110396408
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月2日
發(fā)明者黨學(xué)明, 劉善林, 王會生, 胡鵬浩 申請人:合肥工業(yè)大學(xué)