螺旋轉子型面輪廓誤差測量儀的製作方法

2023-06-16 03:38:41

專利名稱：螺旋轉子型面輪廓誤差測量儀的製作方法
技術領域：
本發明是涉及一種測量裝置，更具體地說是用於測量具有螺旋特徵的各種曲面的相關參數，可應用在螺旋齒輪、精密絲杆、壓縮機螺旋轉子、螺旋泵轉子、齒輪加工刀具等零部件的精密測量中的裝置。
背景技術：
在現代機械工業中，涉及到很多種具有螺旋特徵的型面誤差測量問題。比如螺杆壓縮機的核心部件螺杆轉子，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複印在被加工的齒輪上。因此，具有螺旋特徵的型面誤差測量技術及評定技術日益受到國內學術界和企業界的關注和重視。目前，國內大部分企業的檢測方法是採用通用三坐標測量機，通過檢測轉子不同軸截面位置上的截面型線，來反映整個螺杆轉子的質量。這種測量方法存在以下問題1、三坐標測量機價格高，轉子測量要求配備相應的專用檢測軟體。軟體價格也高， 且操作比較複雜，對操作者的技術要求也比較高。這些都制約了方法本身的普及和推廣。2、三坐標測量機一般採用高精度觸發球測頭，由於端面型線結構複雜，曲率變化大，使得測頭球半徑的誤差補償變得複雜，至今在學術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，很難適應轉子製造企業的需求。4、只能測量轉子軸截面內的二維截面輪廓的線型誤差，不能從三維空間的角度實現對整個螺旋型面的輪廓測量，更無法評定被測轉子面輪廓度誤差。

發明內容
本發明是為避免上述現有技術所存在的不足之處，提供一種螺旋轉子型面輪廓誤差測量儀，以實現螺旋轉子型面誤差參數高效、自動和準確的檢測，促進相關三維型面面輪廓度誤差評定理論的進一步發展。本發明解決技術問題採用如下技術方案本發明螺旋轉子型面輪廓誤差測量儀的結構特點是在底座上，位於沿X向設置的「T」型長槽的兩端分別設置頭架和尾架，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置有頭架頂針和尾架頂針，被測轉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置一電動旋轉臺，位於所述電動旋轉臺中、可在電動旋轉臺驅動下轉動的迴轉工作檯的迴轉中心與所述頭架頂針的軸線重合，在所述迴轉臺的前端面上通過一撥杆連接一撥叉，在所述撥叉的一對叉頭上分別設置用於帶動被測螺旋轉子的夾持螺釘，所述夾持螺釘沿徑向夾持在被測螺旋轉子的第一軸端；在所述底座上設置一電動平移臺，在所述電動平移臺上設置由步進電機通過滾珠絲槓副驅動可在直線軌道上滑移的移動工作檯，所述直線軌道與「T」型長槽平行設置；在所述移動工作檯上呈Z向固定設置立柱，所述立柱的頂部呈懸臂設置一橫梁，所述橫梁的前端處在被測轉子的上方；在所述橫梁的前端設置一電動轉盤，所述電動轉盤的轉軸呈X 向設置；設置測量單元，包括在所述電動旋轉臺中配置圓光柵傳感器，用於對迴轉臺的迴轉角度的測量；在所述電動平移臺上設置用於檢測移動工作檯所在位置的長光柵傳感器； 在所述電動轉盤上固定設置雷射位移傳感器；所述雷射位移傳感器的光軸經過電動轉盤的迴轉軸線。本發明螺旋轉子型面輪廓誤差測量儀的結構特點也在於設置一尾架定位機構，是在尾架的一側設置拉杆軸套，拉杆貫穿所述拉杆軸套、並可在拉杆軸套中軸向滑動，在所述拉杆的前端固定連接有壓塊，拉杆後端固定連接有手柄， 在所述拉杆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；設置一防轉銷，所述防轉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，電動平移臺的側面與第二立面D相抵並定位；頭架和尾架分別固定在第一平面E和第二平面F上，頭架和尾架的側面與第一立面A面相抵。本發明利用雷射位移傳感器，在兩個旋轉工作檯和一維平移臺的運動配合下獲取有關螺旋轉子型面特徵的原始測量數據，再經過相應的數據處理和坐標變換得出螺旋轉子型面輪廓度誤差數據並給出誤差評定結果。與已有技術相比，本發明的有益效果體現在1、本發明將轉子測量由二維線輪廓測量及評定提升至三維空間內轉子全螺旋面的面輪廓度誤差測量和評定，所獲取的測量數據可實現轉子型面的三維重構。2、本發明採用機器視覺非接觸測量，實現螺旋轉子關鍵輪廓參數的自動高精度測量，避免了三坐標測量機測量中的測頭半徑補償問題，有利於提高測量精度。3、本發明採用撥叉驅動被測轉子，用兩個死頂尖定位被測轉子，與主軸直接驅動相比，很好地消除了主軸運動誤差對測量精度的影響。4、本發明不僅可以測量任意軸截面內轉子的二維線型輪廓，還可以測量和評定三維空間內的轉子螺旋面的面輪廓度誤差，實現螺旋特徵表面的三維重構。5、本發明在撤去雷射位移傳感器、換裝電感傳感器或其它類型傳感器時，可用於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子在精密加工時球形銑刀的運動方式一致，對於分析加工工藝有直接的意義和價值。6、本發明可以廣泛用於螺旋齒輪、精密螺旋絲杆、齒輪加工刀具等精密機械部件的測量；包括用於完成螺旋面導程、升角、節圓直徑等參數的測量。7、本發明檢測重複性好、精度高、檢測效率高。


圖1是本發明總體結構示意圖；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是本發明中頭架結構示意圖；圖6是圖5的左視圖；圖7是本發明中尾架結構圖；圖8是圖7的左視圖；圖9是本發明中底座定位面示意圖；圖10是本發明中雷射位移傳感器測量原理圖；圖11是本發明中柱坐標測量系統示意圖。圖中標號1頭架；2被測轉子；3尾架；4底座；5調平地腳；6電動平移臺；7螺釘； 8為T型螺栓；9電動轉盤；10雷射位移傳感器；11橫梁；12立柱、13移動工作檯；14撥叉； 15撥杆；16頭架頂針；17電動旋轉臺；18夾緊螺釘、19迴轉工作檯、20電動旋轉臺底座、21 尾架頂針、22防轉銷、23手柄、M拉杆、25壓簧J6拉杆軸套、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的底部設置調平地腳5，用於調整底座4的水平度； 撥杆15通過前端的外螺紋固連在迴轉工作檯19上，撥叉14上端面圓柱孔與撥杆15間隙配合，下端布置一對與被測轉子軸線位置平齊的螺紋孔，夾緊螺釘18旋合併穿過該螺紋孔將被測螺旋轉子夾緊，以便電動旋轉臺17帶動被測轉子2旋轉，實現精確分度。參見圖5和圖6，由電動旋轉臺底座20固定設置在頭架前端面上的電動旋轉臺17 為市售的標準組件，由步進電機驅動，經由蝸杆蝸輪傳動，帶動其迴轉工作檯19的轉動，電動旋轉臺17中配有精密圓光柵傳感器，實現角度測量和精確分度。具體實施中，電動旋轉臺17是用螺釘固定在頭架1的前端面上，其迴轉軸線與頭架頂針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；設置一尾架定位機構，是在尾架3的一側用螺釘設置拉杆軸套沈，拉杆M貫穿拉杆軸套沈，拉杆 24的圓柱面與拉杆軸套沈的圓柱孔間隙配合，拉杆M可在拉杆軸套沈中軸向滑動，在拉杆M的前端固定連接有壓塊27，拉杆M後端通過螺紋固定連接有手柄23，在拉杆軸套沈與手柄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；設置一防轉銷22，防轉銷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轉動下伸縮，從而夾緊或釋放尾架，同時防止壓塊27轉動。參見圖2，在底座4上設置一電動平移臺6，在電動平移臺6上設置由步進電機通過滾珠絲槓副驅動可在直線軌道上滑移的移動工作檯13，直線軌道與「T」型長槽平行設置；在移動工作檯13上呈Z向固定設置立柱12，立柱12的頂部呈懸臂設置一橫梁11，橫梁 11的前端處在被測轉子的上方；在橫梁U的前端設置一電動轉盤9，電動轉盤9的轉軸呈 X向設置；如圖2所示，本實施例中，滾動導軌副對稱布置在滾珠絲槓的兩側，與滾珠絲槓軸線平行，精密測長光柵尺布置在兩條導軌之間，光柵讀數頭固定在移動工作檯13的下方， 與導軌滑塊及滾動螺母為鄰；移動工作檯13通過螺釘與滾動導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檯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上的移動工作檯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的高度可根據測量需要進行調節；在電動轉盤9上通過中間轉接板固定設置雷射位移傳感器 10 ；雷射位移傳感器10的光軸經過電動轉盤9的迴轉軸線；雷射位移傳感器10的測量原理是三角法，發出一束雷射至被測面上一點，光線折返後被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的側面與第二立面D相抵並定位；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在處於鎖緊狀態時，其作為基準面C的側面與底座 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。計算機處理單元硬體部分具有數據採集卡、運動控制卡和調理電路；軟體部件包括測量軟體和界面操作軟體，測量軟體實現數據採集、坐標變化處理和測量結果評定；操作界面主要包括三隻步進電機的運動控制設置，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，便於使用；也可以另行放置。檢測時，將被測轉子安裝在頭架頂針與尾架頂針之間，鎖緊尾架。將移動工作檯13 移動至被測轉子的一端，轉動電動旋轉臺17，使雷射位移傳感器的雷射束對準被測轉子軸截面起點，測量開始後，電動旋轉臺17帶動被測轉子旋轉，同時電動平移臺6帶動移動工作檯13從被測轉子的一端往另一段移動，電動旋轉臺14的轉動和電動平移臺6的移動由計算機控制並保證兩者的速比；被測轉子旋轉一周，移動工作檯移動螺旋轉子的一個導程。根據螺旋轉子的實際測量需要，可以設定在一個導程內的測量截面個數。比如某型號陽轉子有五個齒，導程角為240度，導程為278毫米，若設定每個齒內選取m個截面進行測量，則在被測轉子一端第一個截面內開始測量，測量時電動旋轉臺17步進旋轉，比如每轉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臺17的旋轉角度θ i和ri 一一對應形成一組極坐標，可以精確描述在一個截面內螺旋轉子的型線特徵，第一個截面測試完畢後，電動旋轉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，實現第二個型線輪廓測量，如此循環直到m個截面全部測完。第一個齒測量完畢後，電動迴轉臺旋轉η° (η = 360/齒數)，進行第二個齒的測量，直至五個齒全部測畢。測量完畢後，所設計的測量及誤差評定軟體首先將一個齒內的m個截面的輪廓度誤差評定完畢並給出結果。此時給出的結果是反映單個軸截面內轉子輪廓線的線輪廓度。 事實上，由頭架、尾架的頂尖構成的迴轉軸線O1O2可看做X軸，頭架上同心配置的電動旋轉臺(17)內部的圓光柵傳感器會實時記錄和測量轉子的迴轉角度作同時一維電動位移臺內的長光柵會記錄測頭的位移值，這樣就構成了一個柱坐標測量系統，如圖10和圖11所示。 在評定一個齒內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的極坐標參數Ov Θ》經過坐標轉換，統一到柱坐標內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採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換和統一，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m個截面的輪廓參數重構出該齒的三維輪廓，從面輪廓度層面上對誤差進行評定。甚至可以實現五個齒輪廓相對位置誤差的評定和計算。
權利要求
1.一種螺旋轉子型面輪廓誤差測量儀，其特徵是在底座(4)上，位於沿X向設置的「T」型長槽的兩端分別設置頭架(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置有頭架頂針(16)和尾架頂針(21)，被測轉子( 支承在所述頭架頂針和尾架頂針之間；在所述頭架(1)上固定設置一電動旋轉臺(17)，位於所述電動旋轉臺(17)中、可在電動旋轉臺(17)驅動下轉動的迴轉工作檯(19)的迴轉中心與所述頭架頂針(16)的軸線重合，在所述迴轉臺(19)的前端面上通過一撥杆(1 連接一撥叉(14)，在所述撥叉(14)的一對叉頭上分別設置用於帶動被測螺旋轉子的夾持螺釘(18)，所述夾持螺釘(18)沿徑向夾持在被測螺旋轉子的第一軸端；在所述底座(4)上設置一電動平移臺(6)，在所述電動平移臺(6)上設置由步進電機通過滾珠絲槓副驅動可在直線軌道上滑移的移動工作檯(13)，所述直線軌道與「T」型長槽平行設置；在所述移動工作檯(1 上呈Z向固定設置立柱(12)，所述立柱(1 的頂部呈懸臂設置一橫梁(11)，所述橫梁(11)的前端處在被測轉子的上方；在所述橫梁(11)的前端設置一電動轉盤(9)，所述電動轉盤(9)的轉軸呈X向設置；設置測量單元，包括在所述電動旋轉臺(17)中配置圓光柵傳感器，用於對迴轉臺(19) 的迴轉角度的測量；在所述電動平移臺(6)上設置用於檢測移動工作檯(1 所在位置的長光柵傳感器；在所述電動轉盤(9)上固定設置雷射位移傳感器(10)；所述雷射位移傳感器 (10)的光軸經過電動轉盤(9)的迴轉軸線。
2.根據權利要求1所述的螺旋轉子型面輪廓誤差測量儀，其特徵是設置一尾架定位機構，是在尾架(3)的一側設置拉杆軸套( )，拉杆04)貫穿所述拉杆軸套( )、並可在拉杆軸套06)中軸向滑動，在所述拉杆04)的前端固定連接有壓塊(27)，拉杆04)後端固定連接有手柄(23)，在所述拉杆軸套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；設置一防轉銷(22)，所述防轉銷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.根據權利要求1所述的螺旋轉子型面輪廓誤差測量儀，其特徵是在所述底座(5)上設置各定位面，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)的側面與第二立面D相抵並定位；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)的側面與第一立面A面相抵。
全文摘要
本發明公開了一種螺旋轉子型面輪廓誤差測量儀，其特徵是被測轉子支承在頭架頂針和尾架頂針之間，以迴轉工作檯帶動被測螺旋轉子轉動；設置一移動工作檯，在移動工作檯上設置測量單元，測量單元中設置用於檢測移動工作檯所在位置的長光柵傳感器，並在電動轉盤上固定設置雷射位移傳感器。本發明利用雷射位移傳感器，在兩個旋轉工作檯和一維平移臺的運動配合下獲取有關螺旋轉子型面特徵的原始測量數據，再經過相應的數據處理和坐標變換即可得出螺旋轉子型面輪廓度誤差數據並給出誤差評定結果，其結構簡單、加工裝配性好，可實現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於其他參數的精密測量。
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 優先權日2011年12月2日
發明者黨學明, 劉善林, 王會生, 胡鵬浩 申請人:合肥工業大學