本發(fā)明屬于計量領(lǐng)域，具體涉及一種用于圓盤類零件平面度和平行度計量的裝置。

背景技術(shù)：

隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，對于精密零件的需求越來越迫切，特別是盤類、回轉(zhuǎn)類機(jī)械運動零部件。表征該類零件精度的常用指標(biāo)是平面度、平行度。目前許多盤類零件的平面度、平行度計量依賴于三坐標(biāo)測量機(jī)和激光干涉儀。

三坐標(biāo)測量機(jī)在平面度、平行度測量中的使用最為廣泛。三坐標(biāo)測量機(jī)通過空間采點測量擬合工件表面形貌，能夠適應(yīng)絕大部分形位精度計量。但是由于其X、Y、Z三軸通過串聯(lián)關(guān)系連接，導(dǎo)致誤差傳遞和累積，因此其測量精度很難進(jìn)一步提高，而且測量設(shè)備本身依靠精密光柵尺反饋數(shù)據(jù)，對安裝環(huán)境溫度和濕度均有較高的要求。

激光干涉儀能夠勝任絕大部分精密平面測量，測量精度可達(dá)納米級，并且是全域測量，測量結(jié)果更加客觀，置信度更高。但是其測量范圍受平晶大小限制，而大尺寸、高精度平晶一直是業(yè)界的瓶頸。同時激光干涉儀對環(huán)境濕度、溫度和振動也都提出了很高的要求，使用、維護(hù)成本高，操作復(fù)雜，無法測量非透明零件的平行度，導(dǎo)致激光干涉儀一般只應(yīng)用于特定的精密光學(xué)元件測量領(lǐng)域。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種用于圓盤類零件平面度和平行度計量的裝置。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，適用于復(fù)雜工業(yè)環(huán)境下，現(xiàn)場計量圓盤類零件平面度、平行度。

本發(fā)明的用于圓盤類零件平面度和平行度計量的裝置，其特點是，所述的裝置包括基座、氣體靜壓直線導(dǎo)軌單元、氣體靜壓轉(zhuǎn)臺單元和位移傳感器，其中，所述的氣體靜壓直線導(dǎo)軌單元含有側(cè)導(dǎo)軌條、上導(dǎo)軌條、載物板、連接板、滑塊、柔性連接器和滾珠絲杠。氣體靜壓轉(zhuǎn)臺單元含有殼體、上止推板、節(jié)流器、轉(zhuǎn)子、下止推板、帶輪Ⅰ、同步帶和帶輪Ⅱ。其連接關(guān)系是，所述的氣體靜壓直線導(dǎo)軌單元、氣體靜壓轉(zhuǎn)臺單元并列固定在基座上。位移傳感器固定在氣體靜壓直線導(dǎo)軌單元的載物板上。

所述的兩條側(cè)導(dǎo)軌條平行固定在基座上，兩條上導(dǎo)軌條分別與側(cè)導(dǎo)軌條對應(yīng)設(shè)置，并固定連接在側(cè)導(dǎo)軌條上。所述的側(cè)導(dǎo)軌條與上導(dǎo)軌條之間構(gòu)成“[ ]”型半封閉區(qū)，滑塊置于“[ ]”型半封閉區(qū)內(nèi)，位于基座的上表面。所述的滑塊分別與基座上表面、上導(dǎo)軌條下表面、側(cè)導(dǎo)軌條側(cè)面滑動連接，滑塊的四周與“[ ]”型半封閉區(qū)中間設(shè)置有間隙Ⅰ。所述的基座的表面開有凹槽，滾珠絲杠固定在凹槽的底部，滾珠絲杠上連接有柔性連接器，柔性連接器與滑塊下表面固定連接，滾珠絲杠通過柔性連接器帶動滑塊滑動，用于滑塊的定位與驅(qū)動。所述的滑塊上表面與連接板固定連接，連接板上固定連接有載物板。

所述的轉(zhuǎn)子的上、下表面平行，轉(zhuǎn)子的上表面固定有圓形的上止推板，轉(zhuǎn)子的下表面固定有圓形的下止推板，節(jié)流器固定在殼體內(nèi)，轉(zhuǎn)子穿過節(jié)流器的內(nèi)孔，轉(zhuǎn)子的外圓面與節(jié)流器的內(nèi)孔面之間設(shè)置有間隙Ⅱ。所述的上止推板下表面與節(jié)流器的上表面之間，下止推板上表面與節(jié)流器的下表面之間均設(shè)置有間隙Ⅲ。所述的帶輪Ⅰ與下止推板固定連接，伺服電機(jī)固定在殼體側(cè)面，帶輪Ⅱ與伺服電機(jī)轉(zhuǎn)軸固定，同步帶分別與帶輪Ⅰ、帶輪Ⅱ連接，同步帶、帶輪Ⅰ、帶輪Ⅱ之間形成傳動副，通過伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)軸帶動下止推板、轉(zhuǎn)子和上止推板的旋轉(zhuǎn)。

所述的間隙Ⅰ、間隙Ⅱ和間隙Ⅲ為均勻間隙。所述的滑塊中開有內(nèi)部導(dǎo)氣孔和節(jié)流孔，壓縮空氣通過滑塊內(nèi)部導(dǎo)氣孔經(jīng)過節(jié)流孔流出，在間隙Ⅰ中形成氣膜用于支撐滑塊的無摩擦滑移運動。所述的節(jié)流器中開有內(nèi)部導(dǎo)氣孔和節(jié)流孔，壓縮空氣通過節(jié)流器的內(nèi)部導(dǎo)氣孔經(jīng)過節(jié)流孔流出，在間隙Ⅱ和間隙Ⅲ中形成氣膜用于支撐下止推板、轉(zhuǎn)子和上止推板的無摩擦旋轉(zhuǎn)運動。

所述的連接板的上表面高于上導(dǎo)軌條的上表面。

所述的上止推板、節(jié)流器、轉(zhuǎn)子、下止推板為同軸心設(shè)置。

所述的位移傳感器為接觸式位移傳感器、非接觸式位移傳感器中的一種。

所述的基座材料采用花崗巖、鑄鐵或人造大理石中的一種。

本發(fā)明的用于圓盤類零件平面度和平行度計量的裝置是基于極坐標(biāo)系下的運動采點計量。極坐標(biāo)系下的極徑運動由氣體靜壓直線導(dǎo)軌單元實現(xiàn)；極坐標(biāo)系下的極角運動由氣體靜壓轉(zhuǎn)臺單元實現(xiàn)。測量時工件置于氣體靜壓轉(zhuǎn)臺，位移傳感器置于導(dǎo)軌，兩者保持相對獨立，避免誤差耦合影響。利用位移傳感器獲取工件表面形貌的相對高度數(shù)據(jù)，省去了絕對式長度基準(zhǔn)，即光柵的應(yīng)用。測量過程工件做回轉(zhuǎn)運動，位移傳感器保持靜止，避免普通測量過程中位移傳感器運動帶來的回程差影響。

本發(fā)明的用于圓盤類零件平面度和平行度計量的裝置采用氣體靜壓支撐，無摩擦，無振動，同時能夠均化結(jié)構(gòu)件面形誤差實現(xiàn)精密運動，氣體靜壓直線導(dǎo)軌運動直線度0.5um/400mm，氣體靜壓轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)精度0.08um，端跳0.05um。其中滑塊通過柔性連接器與滾珠絲杠連接，柔性連接器經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計，在運動方向上具有高剛度，垂直于運動方向具有高柔性，從而避免滾珠絲杠精度影響氣體靜壓直線導(dǎo)軌運動精度。氣體靜壓轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)經(jīng)過減薄設(shè)計，徑向采用單排小孔節(jié)流定心，外置伺服電機(jī)驅(qū)動，高度顯著降低，提高了整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性?；跉怏w靜壓直線導(dǎo)軌和氣體靜壓轉(zhuǎn)臺建立起的平面極坐標(biāo)系具備高精度、高剛度特征。

本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，可用于圓盤類零件平面度和平行度的現(xiàn)場計量，能夠適應(yīng)復(fù)雜的工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境，計量精度與普通三坐標(biāo)測量機(jī)處于同等水平，適用于精度低于1.5um的計量場合。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的用于圓盤類零件平面度和平行度計量的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明中的氣體靜壓轉(zhuǎn)臺單元結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中，1.基座 2.氣體靜壓轉(zhuǎn)臺 3.側(cè)導(dǎo)軌條 4.上導(dǎo)軌條 5.載物板 6.連接板 7.滑塊 8.柔性連接器 9.滾珠絲杠 21.殼體 22.上止推板 23節(jié)流器 24.轉(zhuǎn)子 25.下止推板 26.伺服電機(jī) 27.帶輪Ⅰ 28.同步帶 29.帶輪Ⅱ。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)描述：

實施例1

圖1為本發(fā)明的用于圓盤類零件平面度和平行度計量的裝置結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為本發(fā)明中的氣體靜壓轉(zhuǎn)臺單元結(jié)構(gòu)示意圖。在圖1、2中，本發(fā)明的一種用于圓盤類零件平面度和平行度計量的裝置包括基座1、氣體靜壓直線導(dǎo)軌單元、氣體靜壓轉(zhuǎn)臺單元2和位移傳感器，其中，所述的氣體靜壓直線導(dǎo)軌單元含有側(cè)導(dǎo)軌條3、上導(dǎo)軌條4、載物板5、連接板6、滑塊7、柔性連接器8和滾珠絲杠9。氣體靜壓轉(zhuǎn)臺單元2含有殼體21、上止推板22、節(jié)流器23、轉(zhuǎn)子24、下止推板25、帶輪Ⅰ27、同步帶28和帶輪Ⅱ29。其連接關(guān)系是，所述的氣體靜壓直線導(dǎo)軌單元、氣體靜壓轉(zhuǎn)臺單元2并列固定在基座1上。位移傳感器固定在氣體靜壓直線導(dǎo)軌單元的載物板5上。

所述的兩條側(cè)導(dǎo)軌條3平行固定在基座1上，兩條上導(dǎo)軌條4分別與側(cè)導(dǎo)軌條3對應(yīng)設(shè)置，并固定連接在側(cè)導(dǎo)軌條3上。所述的側(cè)導(dǎo)軌條3與上導(dǎo)軌條4之間構(gòu)成“[ ]”型半封閉區(qū)，滑塊7置于“[ ]”型半封閉區(qū)內(nèi)，位于基座1的上表面。所述的滑塊7分別與基座1上表面、上導(dǎo)軌條4下表面、側(cè)導(dǎo)軌條3側(cè)面滑動連接，滑塊7的四周與“[ ]”型半封閉區(qū)中間設(shè)置有間隙Ⅰ。所述的基座1的表面開有凹槽，滾珠絲杠9固定在凹槽的底部，滾珠絲杠9上連接有柔性連接器8，柔性連接器8與滑塊7下表面固定連接，滾珠絲杠9通過柔性連接器8帶動滑塊7滑動，用于滑塊7的定位與驅(qū)動。所述的滑塊7上表面與連接板6固定連接，連接板6上固定連接有載物板5。

所述的轉(zhuǎn)子24的上、下表面平行，轉(zhuǎn)子24的上表面固定有圓形的上止推板22，轉(zhuǎn)子24的下表面固定有圓形的下止推板25，節(jié)流器23固定在殼體21內(nèi)，轉(zhuǎn)子24穿過節(jié)流器23的內(nèi)孔，轉(zhuǎn)子24的外圓面與節(jié)流器23的內(nèi)孔面之間設(shè)置有間隙Ⅱ。所述的上止推板22下表面與節(jié)流器23的上表面之間，下止推板25上表面與節(jié)流器23的下表面之間均設(shè)置有間隙Ⅲ。所述的帶輪Ⅰ27與下止推板25固定連接，伺服電機(jī)26固定在殼體21側(cè)面，帶輪Ⅱ29與伺服電機(jī)26轉(zhuǎn)軸固定，同步帶28分別與帶輪Ⅰ27、帶輪Ⅱ29連接，同步帶28、帶輪Ⅰ27、帶輪Ⅱ29之間形成傳動副，通過伺服電機(jī)26的轉(zhuǎn)軸帶動下止推板25、轉(zhuǎn)子24和上止推板22的旋轉(zhuǎn)。

所述的間隙Ⅰ、間隙Ⅱ和間隙Ⅲ為均勻間隙。所述的滑塊7中開有內(nèi)部導(dǎo)氣孔和節(jié)流孔，壓縮空氣通過滑塊7內(nèi)部導(dǎo)氣孔經(jīng)過節(jié)流孔流出，在間隙Ⅰ中形成氣膜用于支撐滑塊7的無摩擦滑移運動。所述的節(jié)流器23中開有內(nèi)部導(dǎo)氣孔和節(jié)流孔，壓縮空氣通過節(jié)流器23的內(nèi)部導(dǎo)氣孔經(jīng)過節(jié)流孔流出，在間隙Ⅱ和間隙Ⅲ中形成氣膜用于支撐下止推板25、轉(zhuǎn)子24和上止推板22的無摩擦旋轉(zhuǎn)運動。

所述的連接板6的上表面高于上導(dǎo)軌條4的上表面。

所述的上止推板22、節(jié)流器23、轉(zhuǎn)子24、下止推板25為同軸心設(shè)置。

所述的位移傳感器為接觸式位移傳感器、非接觸式位移傳感器中的一種。

所述的基座1材料采用花崗巖、鑄鐵或人造大理石中的一種。

本發(fā)明中的氣體靜壓直線導(dǎo)軌單元的裝配過程是：將側(cè)導(dǎo)軌條3平行安裝在基座1上表面，根據(jù)滑塊7的寬度尺寸調(diào)整兩個側(cè)導(dǎo)軌條3之間的安裝距離，控制滑塊7居中時與側(cè)導(dǎo)軌條3的單邊間隙為0.012mm。將滾珠絲杠9與基座凹槽裝配，調(diào)整滾珠絲杠9與基座1上表面的平行度，調(diào)整滾珠絲杠9與側(cè)導(dǎo)軌條3側(cè)面的平行度，均控制在0.1以內(nèi)，完成氣體靜壓直線導(dǎo)軌單元驅(qū)動部分裝調(diào)。裝配上導(dǎo)軌條4，在滑塊7上安裝氣管通壓縮空氣，調(diào)整進(jìn)氣壓強為0.4MPa，推動滑塊7檢查滑動是否順暢，滾珠絲杠9與滑塊7通過柔性連接器8進(jìn)行連接，完成氣體靜壓直線導(dǎo)軌單元裝調(diào)。其余零件依次裝配。

本發(fā)明中的氣體靜壓轉(zhuǎn)臺單元的裝配過程是：將節(jié)流器23與殼體21裝配，通入壓縮空氣檢查節(jié)流器上各小孔是否被堵塞，如果被堵塞，則用細(xì)針清理小孔。將上止推板22和轉(zhuǎn)子24裝配，放入節(jié)流器23內(nèi)孔，翻轉(zhuǎn)殼體1，裝配下止推板25，螺釘把緊，該過程全程通壓縮空氣，由于翻轉(zhuǎn)之前轉(zhuǎn)子在軸向并未被完全約束，因此翻轉(zhuǎn)過程注意采取措施避免轉(zhuǎn)子滑落，檢查下止推板25、轉(zhuǎn)子24、上止推板22組成的轉(zhuǎn)臺動子部分旋轉(zhuǎn)是否順暢。其余零件依次裝配。

本發(fā)明的工作流程是：將零件置于氣體靜壓轉(zhuǎn)臺中央，將傳感器安裝在載物板5上，調(diào)整位移傳感器位置，使位移傳感器測頭與工件上表面接觸并通過轉(zhuǎn)臺中心，讀取位移傳感器測頭相對零件中心距離r，控制氣體靜壓轉(zhuǎn)臺2勻速旋轉(zhuǎn)，同時讀取氣體靜壓轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)角a和位移傳感器數(shù)值x，由此構(gòu)成一個包含采樣點位置坐標(biāo)和相對高度差的三維數(shù)組（r，a，x），控制氣體靜壓直線導(dǎo)軌運動，改變不同的r值，獲得一系列同心圓上均勻分布的采樣點數(shù)據(jù)，將包含位置坐標(biāo)和表面相對高度差的數(shù)據(jù)擬合，獲得零件表面的形貌，計算零件表面平面度，采樣點越多，數(shù)據(jù)量越大，擬合之后的表面形貌越逼真，計算獲得的平面度誤差置信度越高。

本實施例中，待測件為一級平晶，直徑?180，材料為石英玻璃，第三方檢定結(jié)果為平面度0.045um，平行度2um。

在滑塊7中開有內(nèi)部導(dǎo)氣孔和節(jié)流孔，壓縮空氣通過滑塊7內(nèi)部導(dǎo)氣孔經(jīng)過節(jié)流孔流出，在間隙Ⅰ中形成氣膜，支撐滑塊7沿進(jìn)行無摩擦滑移運動。在節(jié)流器23中開有內(nèi)部導(dǎo)氣孔和節(jié)流孔，壓縮空氣通過節(jié)流器23內(nèi)部導(dǎo)氣孔經(jīng)過節(jié)流孔流出，在間隙Ⅱ和間隙Ⅲ中形成氣膜，支撐下止推板25、轉(zhuǎn)子24和上止推板22進(jìn)行無摩擦旋轉(zhuǎn)運動。

所述的位移傳感器采用瑞士TESA精密電容位移傳感器。

所述的基座1的材料采用花崗巖。

待測件測量的平面度結(jié)果為0.75um。

實施例2

本實施例與實施例1基本結(jié)構(gòu)相同，不同之處是所述的位移傳感器為兩只，相對安裝，一只與零件上表面接觸，讀數(shù)為x1，另一只與零件下表面接觸，讀數(shù)為x2，獲得的包含采樣點位置坐標(biāo)和零件表面數(shù)據(jù)構(gòu)成四維數(shù)組（r，a，x1，x2），通過計算獲得平行度誤差。

所述的位移傳感器采用瑞士TESA精密電容位移傳感器。

所述的基座1的材料采用大理石。

待測件測量的平行度結(jié)果為2.5um。

本發(fā)明不局限于上述具體實施方式，所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員從上述構(gòu)思出發(fā)，不經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動，所作出的種種變換，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。