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专利名称：触针式三维粗糙度测量仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及触针式三维粗糙度测量仪。
背景技术：
零件表面质量的测量与评定通常由粗糙度测量仪完成，现在广泛使用触针式粗糙度测量仪，尽管它存在一些缺陷，但仍是目前最常用，最可靠的表面粗糙度测量仪，并且一直是国际标准及各国国家标准制定的依据。这类仪器基于感应式位移传感的原理，由触针以一定速度在被测表面移动，由于表面的微观不平度引起触针的上下运动，从而跟踪描述出被测轮廓的几何形状，连续的一段轮廓(通常为4mm)信息经滤波、A/D转换、放大后，得到x，y两个方向的二维数值，经计算获得粗糙度参数值，一般包括算术平均偏差Ra、轮廓最大高度Ry、十点高度Rz、轮廓微观不平度的平均间距Sm等十几个参数，所有这些参数都是基于一段二维轮廓。
随着制造技术的飞速发展、工艺水平的不断提高，特别是零件表面本身特殊功能属性的要求，对零件表面质量的评定提出了更高的要求，如制件表面的耐磨性、密封性、传热性、导电性以及对光线和声波的反射性，液体和气体在壁面的流动性、腐蚀性，薄膜，集成电路元件以及人造器官的表面性能等；另外，许多厂家希望通过表面型貌特征反映其工艺过程的问题，如加工表面的金属变形与褶皱等缺陷，表面粗大峰的密度对油漆性能、反光性能的影响，电子元器件表面的导电、导磁、导热性能等。于是针对零件个性化性能的三维特征，出现了大量的行业和企业的评价需求，如气缸套内表面平台珩磨网纹的测量等。这些技术性能的评价常常依赖于制件表面特征的状况，与表面的微观几何结构有密切联系，而传统用于表面特征测量评定的粗糙度测量仪，只能采样表面一段二维轮廓，二维粗糙度评定参数由于信息量的限制，它不能全面准确地反映零件表面的性态，不能评定上述大量制件的表面性能。

发明内容
本实用新型的目的在于设计了一种触针式三维粗糙度测量仪，实现表面的三维评定，描述零件整体特性，全面准确地反映零件表面的性态，提高加工工艺水平。
本实用新型的技术解决方案是触针式三维粗糙度测量仪是在触针式粗糙度测量仪的基础上，把工作台面分为上下两部分，上部分为旋转工作台，可以绕平行于x轴的某一轴心线转动，转动范围+10°～-10°，并可精确分度，相当于一万能角度尺；工作台下部分安装伺服装置，带动整个工作台沿Z轴方向精确自动进给。
对于平面的测量，触针在完成一次快速扫描采样后，由控制系统实现自动返回扫描起点，工作台伺服装置带动工件沿Z轴移动一给定距离，具体数值视精度要求要求选定，一般取0.02mm，触针进行第二次快速扫描，以此类推，直到完成n次扫描，每次扫描结束自动保存本次采样的x、y、z数值，这样就获得某一区域表面三维数据。
对于回转体内外表面的测量，可通过V形铁把轴类、套类零件固定于工作台上，不同直径的回转体零件，通过调节V形铁高度，使零件轴心线与旋转工作台轴心线基本重合。旋转工作台可以绕平行于x轴的某一固定轴线旋转，并可精确分度，相当于一万能角度尺，通过旋转工作台的精确分度，可以实现对旋转体内外表面某一区域的数据采样。


图1为触针式二维粗糙度测量仪示意图图2为触针式三维粗糙度测量仪示意图图3为使用触针式三维粗糙度测量仪测量气缸套内表面平台珩磨网纹评定指标系列图图中1立柱、2驱动箱、3传感器、4触针、5工件、6旋转工作台、7工作台、8工作台伺服装置、9基础平台
具体实施方式
如图2所示，该测量仪主要由立柱1、驱动箱2、传感器3、触针4、旋转工作台6、工作台7、伺服装置8组成，立柱1安装基础平台9上，驱动箱2连接立柱1上，触针4连接驱动箱2，触针与驱动箱间安装传感器3，由旋转工作台6和工作台7组成工作台面，工作台面安装基础平台9上，安装基础平台9上的工作台伺服装置8连接工作台7。
对于平面的测量，触针在完成一次快速扫描采样后，由控制系统实现自动返回扫描起点，工作台伺服装置带动工件沿Z轴移动一给定距离，具体数值视精度要求要求选定，一般取0.02mm，触针进行第二次快速扫描，以此类推，直到完成n次扫描，每次扫描结束自动保存本次采样的x、y、z数值，获得某一区域表面三维数据。以触针扫描长度的常用值4mm为基准，确定最大采样区域为4mm×4mm＝16mm2，根据表面精度及功能属性的要求，评定区域可通过Z轴采样长度的选择及三维数据的取舍在1mm2到16mm2之间选择。
对于回转体内外表面的测量，可通过V形铁把轴类、套类零件固定于工作台上，不同直径的回转体零件，通过调节V形铁高度，使零件轴心线与旋转工作台轴心线基本重合。旋转工作台可以绕平行于x轴的某一固定轴线旋转，并可精确分度，相当于一万能角度尺，通过旋转工作台的精确分度，可以实现对旋转体内外表面某一区域的数据采样。
采样后的三维数据通过专门的数据处理软件，可以得到完整的表面三维立体图，并可以按公式计算表面三维算术平均偏差R3a，三维均方根偏差R3q及三维轮廓支承长度t3p等常规参数，以及设定的一系列非标准参数。实现三维表面再现，其意义已不在是几个通用参数，而是可以实现不同表面个性化功能属性的描述。
如图3所示，我们对汽车发动机的气缸套内表面珩磨平台网纹进行了测试，通过三维信息，可以对珩磨汽缸套内表面的网纹角度及分布进行定量描述，对表面由于金属变形而造成的深沟槽的覆盖进行描述，进而指导加工工艺过程的改进，可以设定基准面，定量描述某一基准面上方的峰谷数量与分布，以评定缸套表面磨合期的长短，以及表面的反光性能，油漆性能等。对于人造器官表面及集成电路元件等可以通过有限元、分形理论等方法进行深入分析。
触针式三维粗糙度测量仪与三坐标测量机有着明显的区别。三坐标测量机主要是通过扫描采集表面数据，对复杂工件几何形状及轮廓进行测量与分析，如检测机翼、涡轮叶片、凸轮、专用模具等。也可以利用采样样件的表面点，使用逆向工程功能，把采样点导入CAD工作站，从而产生零件几何形状的数字化描述。相对于三维粗糙度而言，它是宏观的几何尺寸、形状的测量与反求，不涉及微观粗糙度参数的测量与评价。
表面形貌评定的核心在于特征信号的无失真提取和对使用性能的量化评定，对用户开放原始三维数据通讯口，触针式三维粗糙度测量仪将成为科研工作者进行粗糙度基础理论研究的有力工具。随着当今微机处理技术、集成电路技术、机电一体化技术等的发展，可对表面进行分离与重构，应用分形理论、Motif法、功能参数集法、时间序列技术分析法、最小二乘多项式拟合法、滤波法等各种评定理论与方法进行研究。
触针式三维粗糙度测量仪具有以下优点1.由于是在二维粗糙度测量仪的基础上改进而成，三维测量仪保留了原仪器所有的功能。
2.可以实现平面、斜面、回转体内外表面的三维形貌再现与评定，突破传统二维形貌的限制，三维评定具有整体特性，能够全面准确地反映零件表面的性态，描述零件表面特性。
3.触针式三维粗糙度测量仪的功能和测量对象得到巨大扩展，可面对各类金属切削表面与非金属表面，如建筑、装饰材料、电子元器件等，仪器不再是单一功能、单一用途、单一用户的产品。
权利要求1.触针式三维粗糙度测量仪，其特征在于该测量仪主要由立柱(1)、驱动箱(2)、传感器(3)、触针(4)、旋转工作台(6)、工作台(7)、伺服装置(8)组成，立柱(1)安装基础平台(9)上，驱动箱(2)连接立柱(1)上，触针(4)连接驱动箱(2)，触针与驱动箱间安装传感器(3)，由旋转工作台(6)和工作台(7)组成工作台面，工作台面安装基础平台(9)上，安装基础平台(9)上的工作台伺服装置(8)连接工作台(7)。
专利摘要本实用新型公开了触针式三维粗糙度测量仪，该测量仪主要由立柱(1)、驱动箱(2)、传感器(3)、触针(4)、旋转工作台(6)、工作台(7)、伺服装置(8)组成，立柱(1)安装基础平台(9)上，驱动箱(2)连接立柱(1)上，触针(4)连接驱动箱(2)，触针与驱动箱间安装传感器(3)，由旋转工作台(6)和工作台(7)组成工作台面，工作台面安装基础平台(9)上，安装基础平台(9)上的工作台伺服装置(8)连接工作台(7)。可以实现平面、斜面、回转体内外表面的三维形貌再现与评定，突破传统二维形貌的限制，三维评定具有整体特性，能够全面准确地反映零件表面的性态，描述零件表面特性。
文档编号G01B5/28GK2786552SQ20042002571
公开日2006年6月7日 申请日期2004年3月23日 优先权日2004年3月23日
发明者李伯奎, 刘远伟, 王林高 申请人:淮阴工学院