专利名称：小阿贝误差三维测量系统的制作方法
技术领域：
本发明是涉及一种测量热变形的小阿贝误差三维测量系统。
背景技术：
在现代精密机械与仪器工程技术中，温度引起的热误差占仪器精度全误差的 40 70%，已成为影响其性能及精度的关键因素。准确测量出实验对象的热变形特性，是机械热误差理论与应用研究的根本保障。为实现在温度场环境下精确测量机械零件热变形，本申请的发明人此前已提出过两项中国专利一申请，一项是申请号为99211681. 3，名称为精密零件热变形高精度测量装置的专利申请，但是，该装置一方面只能用于二维测量，另一方面无法实现数控，因而限制了其测量功能；另一项是申请号为200410014822. 1，名称为三维高精度多功能热变形实验装置的专利申请，该装置可以实现三维测量，恒温箱具有温度数显功能。但是，由于人工操作工作台X向、Y向与Z向运动使操作复杂，人工读数的测量工作量大，实验费时，数据统计缓慢，数学建模效率较低。测量精度具有时效性的特点，即恒温箱内实验装置以铁为主体结构，主体结构具有温度变形特征，实验装置自身热误差难以避免；不仅如此，该装置的主体结构采用了传统叠加式三维工作台的结构方式，阿贝误差影响严重；也由于结构叠加， 存在工作台运动到导轨边缘力变形影响严重的现象，导致实验装置本体综合误差较大。为保持高精度，需定期给予整个实验装置进行误差修正，由此带来维护成本的增加。此外，装置对于不同恒温箱提供不同温度场环境时，由于实验装置无法移动，从而不具有通用性，限制了实际使用。
发明内容
本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种应用于热变形检测中的高效、准确、简单的小阿贝误差三维测量系统，以期能够在机械加工制造企业中得到广泛的实际应用。本发明小阿贝误差三维测量系统的结构特点是设置机械传动单元中具有X向组件，是在X向导轨座上固定设置X向导轨，并有X向滑块与所述X向导轨滑动配合，在所述X向滑块上固定设置X向滑座；Y向组件，在Y向导轨座上固定设置Y向导轨，并有Y向滑座与所述Y向导轨滑动配合；所述Y向导轨座与X向滑座为固联；所述X向导轨的上表面与Y向导轨的上表面处在同一平面上；Z向组件，是在Z向底座上固定设置安装有Z向导轨的Z向导轨座，Z向滑块与Z 向导轨滑动配合，Z向滑座固定设置在Z向滑块上；用于夹持传感器的Z向夹头固定设置在 Z向滑座上；平衡组件，在Z向导轨座的顶部固定设置转向滚轮，支承在所述转向滚轮上的钢丝绳一端连接Z向滑座，另一端设置悬吊平衡锤，以所述平衡锤作为Z向滑座及Z向夹头的配重块；设置测量单元中由光栅尺和光栅头构成的各光栅组件分别是X向光栅组件，在所述X向导轨座的侧部设置X向400光栅尺，对应设置的X向光栅头固定设置在所述X向滑座的侧部；Y向光栅组件，在所述Y向导轨座的侧部设置Y向250光栅尺，对应设置的Y向光栅头固定设置在Y向滑座的侧部；Z向光栅组件，在所述Z向导轨座上设置Z向250光栅尺，对应设置的Z向光栅头固定设置在Z向滑座的侧部。传感器是采用传感器自身具有0 2mm测量行程的微量运动位移测量装置。与已有技术相比，本发明的有益效果体现在1、本发明测量装置在测量时，传感器中心线延长线与X、Y轴相互垂直并相交，即三线共点，相对于二维共平面工作台，可有效减小X、Y方向阿贝误差。2、本发明X向导轨12与Y向导轨5的导轨面在同一个水平面内，不仅可以有效的减小Z向阿贝误差，而且由于Y向组件内嵌于X向组件中，使工作台在Y向导轨上运行时刚度得到增强，减小了力变形误差影响。3、本发明测量装置使用了平衡锤与Z向导轨组件相连接，使得传感器在做上下运动时更加快捷方便，同时减低了能耗。4、本发明检测重复性好、精度高、误差小、检测效率高、测量范围广。
图1为本发明结构示意图；图2为本发明平衡组件结构示意图；图3为本发明计算机信号处理单元方框图；图中标号1为Z向滚珠丝杆、2为Z向滑座、3传感器、4为Z向夹头、5为Y向导轨、6为Y向电机、7为Y向滚珠丝杆、8为X向滑块、9工作台、10为Y向滑座、11为Y向250 光栅尺、12为X向导轨、13为Y向光栅头、14为X向滚珠丝杆、15为Z向电机、16为Z向导轨、17为Z向滑块、18为Z向光栅头、19为X向电机、20为Z向250光栅尺、21为Z向导轨座、22为Z向底座、23为X向滑座、24为X向光栅头、25为X向400光栅尺、26为X向导轨座、27转向滚轮、观钢绳、四钢丝绳挂钩、30平衡锤、31为Y向导轨座。
具体实施例方式参见图1、图2，本实施例中设置机械传动单元中具有X向组件，是在X向导轨座沈上固定设置X向导轨12，并有X向滑块8与X向导轨12滑动配合，在X向滑块8上固定设置X向滑座23 ；Y向组件，在Y向导轨座31上固定设置Y向导轨5，并有Y向滑座10与Y向导轨 5滑动配合；Y向导轨座31与X向滑座23为固联；X向导轨12的上表面与Y向导轨5的上表面处在同一平面上；Z向组件，是在Z向底座22上固定设置安装有Z向导轨16的Z向导轨座21，Z向滑块17与Z向导轨16滑动配合，Z向滑座2固定设置在Z向滑块17上；用于夹持传感器 3的Z向夹头4固定设置在Z向滑座2上；平衡组件，在Z向导轨座21的顶部固定设置转向滚轮27，支承在转向滚轮27上的钢丝绳28 一端通过钢丝绳挂钩四连接Z向滑座2，另一端悬吊有平衡锤30，以平衡锤30 作为Z向滑座2及Z向夹头4的配重块；设置测量单元中由光栅尺和光栅头构成的各光栅组件分别是X向光栅组件，在X向导轨座沈的侧部设置X向400光栅尺25，对应设置的X向光栅头M固定设置在X向滑座23的侧部；Y向光栅组件，在Y向导轨座31的侧部设置Y向250光栅尺11，对应设置的Y向光栅头13固定设置在Y向滑座10的侧部；Z向光栅组件，在Z向导轨座21上设置Z向250光栅尺20，对应设置的Z向光栅头18固定设置在Z向滑座2的侧部。各光栅头与光栅尺之间的间隙保持在1 1. 5mm图1所示，由带行星减速器的X向电机19通过X向滚珠丝杠14带动X向滑座23 在X向导轨12上滑移；由带行星减速器的Y向电机6通过Y向滚珠丝杠7带动Y向滑座 10在Y向导轨5上滑移；由带行星减速器的Z向电机15通过Z向滚珠丝杠1带动Z向滑块17在Z向导轨16上滑移。传感器3通过Z向夹头4固定在Z向滑座2上，Z向组件的运动带动传感器3上下移动，使得传感器3与测量表面接触并有一定行程的压缩；设置传感器3是量程为0 2mm的微量程传感器，用于测量工件表面热变形变化值；工作台9固定在Y向滑座31上，由 X向组件和Y向组件带动工作台9在水平面内运动，工作台9与Y向导轨的导轨面平行，传感器3与工作台9垂直，传感器3是采用传感器自身具有0 2mm测量行程的微量运动位移测量。具体实施中，设置计算机信号处理单元，由数据采集卡、调理电路、运动控制、开关控制、状态指示以及传感器组成。整个程序采用windows操作界面，由计算机菜单及按钮实现不同的测量控制方式，根据测量控制方式，实时地控制数据采集卡对数据测量单元的测量数据进行采集，并能够根据用户操作进行数据分析处理以及数据打印及存储(图3所示)°测量时，Z向滑座2带动传感器3实现Z向大尺寸运动，在测量工件Z向热变形表面时，Z向滑座2静止，由传感器3自身的0 2mm测量行程的微量运动实现热变形Z向位移测量，以此减小或消除测量装置由于Z向夹头造成的阿贝误差。为了减小试验误差，加工制造测量装置的材料以及各光栅尺全部采用铟钢，铟钢是在一定的温度范围内尺寸几乎不随温度变化的合金，因此在使用测量装置做实验时，所测的数据不受仪器设备本身热变形的影响，Z向电机15、X向电机19和Y向电机6采用高温电机，在环境温度-30 120°C的变化范围内具有正常的工作特性，相对于常用电机的0 40°C环境温度要求范围能够很好的满足本实验装置的实验要求，有利于实现对测量对象进行热变形实验研究。测量时，将测量装置放置于恒温箱中，将被测工件放置于工作台9上，并对被测工件加以固定。工件安装完毕后，将带行星减速器各电机的控制线引出连接至工控机。用工控机调节电机的运转，从而控制工作台在水平面的运动和传感器在竖直方向的运动，实现对被测工件热变形的三坐标测量。测量数据由光栅头引出的数据线传送至工控机，由工控机对测量数据进行分析并保存，最后打印出结果，完成一个被测工件的热变形测量。
权利要求
1.小阿贝误差三维测量系统，其特征是 设置机械传动单元中具有X向组件，是在X向导轨座06)上固定设置X向导轨(12)，并有X向滑块(8)与所述 X向导轨(12)滑动配合，在所述X向滑块(8)上固定设置X向滑座03)；Y向组件，在Y向导轨座(31)上固定设置Y向导轨(5)，并有Y向滑座(10)与所述Y 向导轨( 滑动配合；所述Y向导轨座(31)与X向滑座为固联；所述X向导轨(12) 的上表面与Y向导轨(5)的上表面处在同一平面上；Z向组件，是在Z向底座02)上固定设置安装有Z向导轨(16)的Z向导轨座01)，Z 向滑块(17)与Z向导轨(16)滑动配合，Z向滑座固定设置在Z向滑块(17)上；用于夹持传感器⑶的Z向夹头(4)固定设置在Z向滑座⑵上；平衡组件，在Z向导轨座的顶部固定设置转向滚轮(27)，支承在所述转向滚轮 (27)上的钢丝绳一端连接Z向滑座0)，另一端设置悬吊平衡锤(30)，以所述平衡锤(30) 作为Z向滑座⑵及Z向夹头(4)的配重块；设置测量单元中由光栅尺和光栅头构成的各光栅组件分别是 X向光栅组件，在所述X向导轨座06)的侧部设置X向400光栅尺(25)，对应设置的 X向光栅头04)固定设置在所述X向滑座03)的侧部；Y向光栅组件，在所述Y向导轨座(31)的侧部设置Y向250光栅尺(11)，对应设置的 Y向光栅头(1 固定设置在Y向滑座(10)的侧部；Z向光栅组件，在所述Z向导轨座上设置Z向250光栅尺00)，对应设置的Z向光栅头(18)固定设置在Z向滑座O)的侧部。
2.根据权利要求1所述的小阿贝误差三维测量系统，其特征是所述传感器C3)是采用传感器自身具有O 2mm测量行程的微量运动位移测量装置。
全文摘要
本发明公开了一种小阿贝误差三维测量系统，其特征是设置机械传动单元中具有X向组件、Y向组件和Z向组件，用于夹持传感器的Z向夹头固定设置在Z向组件中的Z向滑座上；设置由光栅尺和光栅头构成的各光栅组件分别是X向光栅组件、Y向光栅组件和Z向光栅组件。本发明应用于热变形检测中具有高效、准确和简单的技术效果，能有效减小阿贝误差。
文档编号G01B11/16GK102322812SQ20111025358
公开日2012年1月18日 申请日期2011年8月30日 优先权日2011年8月30日
发明者刘善林, 洪占勇, 苗恩铭, 郭裕聪 申请人:合肥工业大学
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
