專利名稱：圓柱體直徑與形位誤差綜合測量儀的制作方法
技術領域：
本發明屬于精密測試與計量技術領域，尤其涉及一種圓柱體直徑與形位誤 差綜合測量儀。
技術背景幾何產品技術規范(Dimensional and Geometrical Product Specification, 簡稱GPS)是機械制造業的重要基礎標準，對于圓柱體零件，其尺寸、形位 誤差和表面粗糙度等對產品的性能(包括使用性能和壽命)有著重要的影響。 因此，自從70年代末以來，在國際標準化組織相關技術委員會發布的國際標 準基礎上，制定了一系列國際標準，即第一代GPS標準。第一代GPS標準存 在的主要問題是圖紙技術的規范不完整，設計、制造和檢驗標準的基礎理論 不統一，設計、制造以及計量工程師之間沒有共同的技術語言，無法有效地 溝通，其主要原因是國際標準化組織的ISO/TC3 (極限與配合，尺寸公差及相 關檢測)、TC10/SC5 (幾何公差及相關檢測)和TC57 (表面紋理及相關檢測) 等獨立的技術委員會在制定相關GPS標準中缺乏有效的協調與合作。第一代 GPS標準都是建立在幾何學意義上的，其后果已導致產品的平均成本增加占 生產費用的20%。隨著生產技術和工藝水平的不斷提高第一代GPS標準已不 適應于產品質量和生產效率進一步提高和生產成本進一步降低的現代化生產 的需要，因此，國際標準化組織于1996年將ISO/TC3、 ISO/TC57禾口 ISO/TC10/SC5三個技術委員會進行合并，成立了ISO/TC213技術委員會， 由該委員會全面負責新一代GPS國際標準體系工作。新一代GPS標準是以數學為基礎語言結構，以計量數學為根基，給出產 品功能、技術規范、制造與計量之間的量值傳遞的數學方法，對設計人員提出了更高的要求，要求設計人員在設計過程中不僅能夠根據零件的功能要求 對產品零件的尺寸、形位和表面粗糙度等給出合理的參數，而且了解相應的 測量與評定方法。根據新一代GPS標準所規定的各種輪廓的定義，對現有測量儀器提出了挑戰，盡管用輪廓測量儀可以測量尺寸和形位誤差，由于其不是輪廓誤差測 量的專用設備，其測量精度相對較低不能滿足各相關領域的需求。根據ISO/DIS 14405中對圓柱體尺寸的定義及其測量要求，目前只有三坐標 測量機可以實現對圓柱體直徑尺寸的測量，但三坐標測量機的測點較少，易漏 采特征點，造成測量失真，并且測量效率低，不能作為測量圓柱體直徑的通用 測量儀器。雖然現在市場上己有比較成熟的圓度儀和圓柱度儀，并且采用了準 柱坐標式的測量方法，但只是用來測量圓柱體工件的形位誤差，不能滿足 ISO/DIS14405的要求。新一代GPS標準的實施，是國際上制造水平提升的重要 舉措，也是我國各相關領域制造能力提升的重要環節。為保證新一代GPS標準 在我國的順利實施，保證國家相關制造領域的輪廓測量問題水利解決，研制適 用的圓柱體直徑與形位誤差綜合測量儀是必要的。 發明內容本發明的目的在于克服現有技術中存在的不足而提供一種高精度圓柱體直 徑與形位誤差綜合測量儀，實現對圓柱體直徑全局尺寸即包括最小二乘直徑、 最小外接直徑和最大內接直徑和計算尺寸即包括周長直徑、面積直徑和體積直 徑、形狀誤差即包括圓度、圓柱度、素線直線度、軸線直線度和平面度)、位置 誤差即包括同軸度、面對軸線的垂直度、軸線對面的垂直度、端面全跳動和徑 向全跳動、錐度、非球面特征參數和非球面面輪廓度等測量項目的檢測。為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是本發明包括底座、安裝在底座上的立柱、安裝在立柱上的橫梁，在橫梁上 粘貼有光柵尺，在橫梁的上下前后四個側面上安裝有氣浮塊，氣浮塊通過螺紋 與支撐板相連接，在支撐板上固定安裝有與底座垂直的Z軸支撐塊，在Z軸支 撐塊上部安裝有伺服電機，伺服電機通過同步帶與同步帶輪相連接，同步帶輪 與主動摩擦輪同軸連接，主動摩擦輪和從動摩擦輪夾持著摩擦桿，摩擦桿與Z軸剛性連接，z軸通過汽缸桿與支架相連接，支架固定在z軸支撐塊上，z軸* 撐塊內部安裝有四個氣浮塊，四個氣浮塊夾持著z軸，在z軸的側面上粘貼有超精密光柵尺，在橫梁的右端安裝有伺服電機，伺服電機通過同步帶與同步帶輪相連接，同步帶輪通過同步帶與同步帶輪相連接，同步帶與z軸支撐塊相連接，在底座內部安裝有轉臺座，轉臺座與傳動軸軸承座通過緊配合相連接，傳動軸軸承座內部安裝有隔套和第i軸承、第ii軸承,第i軸承、第n軸承與傳 動軸配合連接，傳動軸下端部安裝有同步帶輪，同步帶輪通過同步帶與伺服電 機相連接，伺服電機固定在連接座上，連接座與轉臺座相連接，連接座左端安 裝有角度編碼器，角度編碼器下端部安裝有同步帶輪，同步帶輪通過同步帶與 同步帶輪相連接，同步帶輪與傳動軸連接，連接座固定在傳動軸上端，連接座通過銷與氣浮軸相連接，端蓋通過螺釘 與連接盤相連接，連接盤通過螺釘與連接盤相連接，連接盤通過螺釘固定在轉 臺座上。底座、立柱、橫梁、z軸采用天然花崗巖材料。z軸為長方形立柱。立柱 和安裝在立柱上的橫梁組成龍門式支承結構。本發明不僅滿足ISO/DIS14405中對圓柱體直徑全局尺寸和計算尺寸、形狀 誤差(圓柱度、圓度、平面度、素線直線度、軸線直線度)、位置誤差、錐度、的絕對距離的測量問題，對新一代GPS標準的推廣及應用起到巨大的推動作 甩。
圖1是本發明的實施例的系統結構側視圖。 圖2是本發明的實施例的系統結構主視圖 圖3是本發明的實施例中A-A、 B-B、 C-C剖面圖。
具體實施方式
本發明是設計一種能滿足圓柱體全局尺寸、計算尺寸、形狀誤差、位置 誤差、錐度、非球面特征參數和非球面面輪廓度等測量要求的圓柱體直徑與 形位誤差綜合測量機(儀)，包括以下環節1、 圓柱體直徑與形位誤差綜合測量機(儀)的底座、橫梁、立柱、Z軸 的材料采用天然花崗巖。2、 如圖1所示，兩個立柱和橫梁組成圓柱體直徑與形位誤差綜合測量機 (儀)的龍門式測量結構，Z軸通過四個氣浮塊與橫梁相連，并在四個氣浮塊的支承下可以沿橫梁自由移動以實現X方向的運動。Z軸本身也同樣通過四 個氣浮塊支承，即氣浮導軌，可以保證Z軸運動的平穩性及其素線直線度。3、 Z軸的運動是這樣實現的如圖l、 2、 3所示，伺服電機通過同步帶 帶動主動摩擦輪，摩擦桿被主動摩擦輪和從動摩擦輪所夾持，主動和從動摩 擦輪通過剛性摩擦驅動摩擦桿，摩擦桿和Z軸之間為剛性連接，這樣摩擦桿 和Z軸同步運動。Z軸形狀為長方體，在其四個側壁上配置有四個氣浮塊， 在Z軸運動過程中，氣浮塊與其側壁之間存在微薄氣膜，可以保證Z軸的運 動直線度，提高運動平穩性，大大降低運動中的摩擦力；同時Z軸的運動直輪29，同步帶輪29通過同步帶30與伺服電機31相連接，伺服電機31固定在 連接座32上，連接座32與轉臺座23相連接，連接座32左端安裝有角度編碼 器33,角度編碼器33下端部安裝有同步帶輪34，同步帶輪34通過同步帶35 與同步帶輪36相連接，同步帶輪36與傳動軸28連接，連接座37固定在傳動 軸28上端，連接座37通過銷38與氣浮軸39相連接，端蓋40通過螺釘與連接 盤41相連接，連接盤41通過螺釘與連接盤42相連接，連接盤42通過螺釘固 定在轉臺座23上。底座1、立柱2、橫梁3、 Z軸14采用天然花崗巖材料。Z軸 14為長方形立柱。立柱2和安裝在立柱2上的橫梁3組成龍門式支承結構。本發明的技術思路是采用天然花崗巖作為測量儀底座、橫梁、立柱、Z軸 材料，使測量儀具有長時間的精度穩定性，實現高精度的測量；測量X軸、Z 軸的測量系統均采用超精密光柵位移測量系統；所有運動軸都采用氣體靜壓支 承方式，保證導軌的高精度。1、 測量儀測頭為高精度電感傳感器接觸測頭。2、 X向、Z向光柵傳感器分辨率為O.l,,為安裝方便，光柵尺采用粘貼方 式安裝。3、 測量儀配置轉臺模塊，采用氣靜壓軸承，以保證所要求的旋轉精度，在 旋轉驅動系統中，安裝角度編碼器，以保證等角度采樣。4、 采用龍門式支撐結構以保證X軸的精度及穩定性。X、 Z導軌及測量機 主軸均采用超精密氣體靜壓系統，以保證X向和Z向測頭移動的直線精度。5、 電感傳感器的X向和Z向移動由伺服電機驅動，有手動和計算機兩種控制 方式。 '本發明是設計一種能滿足圓柱體全局尺寸、計算尺寸、形狀誤差、位置誤 差、錐度、非球面特征參數和非球面面輪廓度等測量要求的圓柱體直徑與形位誤差綜合測量機(儀)，包括以下環節1、 圓柱體直徑與形位誤差綜合測量機(儀)的底座、^t梁、立柱、Z軸的 材料采用天然花崗巖。2、 如圖1所示，兩個立柱和橫梁組成圓柱體直徑與形位誤差綜合測量機(儀) 的龍門式測量結構，Z軸通過四個氣浮塊與橫梁相連，并在四個氣浮塊的支承下 可以沿橫梁自由移動以實現X方向的運動。Z軸本身也同樣通過四個氣浮塊支 承，即氣浮導軌，可以保證Z軸運動的平穩性及其素線直線度。3、 Z軸的運動是這樣實現的如圖l、 2、 3所示，伺服電機通過同步帶帶 動主動摩擦輪，摩擦桿被主動摩擦輪和從動摩擦輪所夾持，主動和從動摩擦輪 通過剛性摩擦驅動摩擦桿，摩擦桿和Z軸之間為剛性連接，這樣摩擦桿和Z軸 同步運動。Z軸形狀為長方體，在其四個側壁上配置有四個氣浮塊，在Z軸運 動過程中，氣浮塊與其側壁之間存在微薄氣膜，可以保證Z軸的運動直線度， 提高運動平穩性，大大降低運動中的摩擦力；同時Z軸的運動直線度調整也可 以通過調節氣浮塊與側壁的間隙來實現。為進一步保證Z向運動的直線度及其 平穩性，還配置了Z向氣缸導向機構。4、 在橫梁和Z軸上均粘貼有分辨率達到0.1pm的光柵尺，組成超精密光柵 線位移測量系統作閉環測量反饋系統，以檢測X軸及Z軸的運動位移，實現X、 Z兩個直線運動軸高直線度、最小微進給的要求。其中Z軸的定量行進控制方 式為.在Z軸移動之前，通過光柵尺讀取Z軸的當前位移；在Z軸移動時，光 柵讀取Z軸的位移增量，當位移增量等于設定的行程時，計算機會使伺服電機 停轉，完成Z軸的定量行進。 ，5、 主軸結構為高精密氣浮結構，既可以保證高精度，又可以提高其承載能力。
權利要求
1、一種圓柱體直徑與形位誤差綜合測量儀，包括底座(1)、安裝在底座(1)上的立柱(2)、安裝在立柱(2)上的橫梁(3)，其特征在于在橫梁(3)上粘貼有光柵尺(4)，在橫梁(3)的上下前后四個側面上安裝有氣浮塊(5)，氣浮塊(5)通過螺紋與支撐板(6)相連接，在支撐板(6)上固定安裝有與底座(1)垂直的Z軸支撐塊(7)，在Z軸支撐塊(7)上部安裝有伺服電機(8)，伺服電機(8)通過同步帶(9)與同步帶輪(10)相連接，同步帶輪(10)與主動摩擦輪(11)同軸連接，主動摩擦輪(11)和從動摩擦輪(12)夾持著摩擦桿(13)，摩擦桿(13)與Z軸(14)剛性連接，Z軸(14)通過汽缸桿(15)與支架(16)相連接，支架(16)固定在Z軸支撐塊(7)上，Z軸支撐塊(7)內部安裝有四個氣浮塊(17)，四個氣浮塊(17)夾持著Z軸(14)，在Z軸(14)的側面上粘貼有超精密光柵尺(43)，在橫梁(3)的右端安裝有伺服電機(18)，伺服電機(18)通過同步帶(19)與同步帶輪(20)相連接，同步帶輪(20)通過同步帶(21)與同步帶輪(22)相連接，同步帶(21)與Z軸支撐塊(7)相連接，在底座(1)內部安裝有轉臺座(23)，轉臺座(23)與傳動軸軸承座(24)通過緊配合相連接，傳動軸軸承座(24)內部安裝有隔套(25)和第I軸承(26)、第II軸承(27)，第I軸承(26)、第II軸承(27)與傳動軸(28)配合連接，傳動軸(28)下端部安裝有同步帶輪(29)，同步帶輪(29)通過同步帶(30)與伺服電機(31)相連接，伺服電機(31)固定在連接座(32)上，連接座(32)與轉臺座(23)相連接，連接座(32)左端安裝有角度編碼器(33)，角度編碼器(33)下端部安裝有同步帶輪(34)，同步帶輪(34)通過同步帶(35)與同步帶輪(36)相連接，同步帶輪(36)與傳動軸(28)連接，連接座(37)固定在傳動軸(28)上端，連接座(37)通過銷(38)與氣浮軸(39)相連接，端蓋(40)通過螺釘與連接盤(41)相連接，連接盤(41)通過螺釘與連接盤(42)相連接，連接盤(42)通過螺釘固定在轉臺座(23)上。
2、 根據權利要求l所述的圓柱體直徑與形位誤差綜合測量儀，其特征在 于底座(1)、立柱(2)、橫梁(3)、 Z軸(14)采用天然花崗巖材料。
3、 根據權利要求l所述的圓柱體直徑與形位誤差綜合測量儀，其特征在 于Z軸(14)為長方形立柱。
4、 根據權利要求l所述的圓柱體直徑與形位誤差綜合測量儀，其特征在 于立柱(2)和安裝在立柱(2)上的橫梁(3)組成龍門式支承結構。
全文摘要
本發明涉及一種圓柱體直徑與形位誤差綜合測量儀，由X、Z移動軸及超精密轉臺軸構成，能滿足圓柱體全局尺寸、計算尺寸、形狀誤差、位置誤差、錐度、非球面特征參數和非球面面輪廓度等測量要求。采用天然花崗巖作為測量儀底座、橫梁、立柱、Z軸材料，由橫梁、立柱組成龍門式支承結構，X、Z軸均安裝光柵尺等組成閉環的超精密光柵位移測量系統，該發明不僅滿足圓度圓柱度的高精度測量，而且利用高精度圓柱度儀的柱坐標測量精度方面的優勢，可進行一些相關尺寸和形位的超精密零件的測量，不僅解決了一些超精密零件的相關形位和尺寸的超精密精度測量問題，還為精密超精密加工工藝現場增加一種關鍵的測量手段。
文檔編號G01B11/08GK101236070SQ200810049300
公開日2008年8月6日 申請日期2008年3月4日 優先權日2008年3月4日
發明者喬雪濤, 周曉群, 席建普, 彬 李, 楊和清, 王作鈞, 趙則祥, 趙惠英 申請人:中原工學院