專利名稱：觸針式三維粗糙度測量儀的三維工作臺的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及觸針式三維粗糙度測量儀，具體涉及觸針式三維 粗糙度測量儀的三維工作臺。
技術(shù)背景隨著制造技術(shù)的飛速發(fā)展、工藝水平的不斷提高，隨著計(jì)算能力、 圖像分析及數(shù)字處理技術(shù)的提高，以及零件表面本身特殊功能屬性的 要求，對零件表面質(zhì)量的評定提出了更高的要求。如制件表面的耐磨 性、密封性、傳熱性、導(dǎo)電性以及對光線和聲波的反射性，液體和氣 體在壁面的流動性、腐蝕性，薄膜、集成電路元件以及人造器官的表 面性能等。這些技術(shù)性能的評價(jià)常常依賴于制件表面的特征狀況，與 表面的微觀幾何結(jié)構(gòu)有密切聯(lián)系。而傳統(tǒng)用于表面特征測量評定的粗 糙度測量儀僅基于一段二維輪廓，二維粗糙度評定參數(shù)由于信息量的 限制，它不能全面準(zhǔn)確地反映零件表面的性態(tài)，不能評定上述大量的 制件表面性能。而三維分析法明顯優(yōu)于二維分析法，它更接近于真實(shí) 表面，三維參數(shù)是從區(qū)域表面而非輪廓軌跡獲得，具有整體特性，因 此其統(tǒng)計(jì)特性好，誤差小，對描述零件表面特性具有重要意義，表面 三維形貌的合成及三維粗糙度評定參數(shù)的研究，己成為當(dāng)前粗糙度領(lǐng)域研究的一個重要方向。零件表面質(zhì)量的測量與評定通常由粗糙度測量儀完成，現(xiàn)在廣泛 使用觸針式粗糙度測量儀，盡管它存在一些缺陷，如觸針最小半徑的 限制、觸針彈跳及劃痕等，但仍是目前最常用最可靠的表面粗糙度測量儀，并且一直是各國國家及國際標(biāo)準(zhǔn)制定的依據(jù)。在2006年獲得 實(shí)用新型專利《觸針式三維粗糙度測量儀》，專利號200420025713. 5， 在儀器使用過程中發(fā)現(xiàn)，由于儀器重要組成部分三維工作臺在精度、 結(jié)構(gòu)、成本、使用等方面存在一定的問題，嚴(yán)重影響了測量結(jié)果的準(zhǔn) 確性，限制了儀器的進(jìn)一步推廣。 發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種觸針式三維粗糙度測量儀的三 維工作臺，準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)工件表面的三維評定，使觸針式三維粗糙度測量 儀使用更加準(zhǔn)確、可靠、方便，并有效降低成本，促進(jìn)觸針式三維粗 糙度測量儀的進(jìn)一步商品化和產(chǎn)業(yè)化。本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是由基礎(chǔ)平臺、三維工作臺、觸針、 驅(qū)動及傳感裝置、立柱組成測量儀，立柱安裝在基礎(chǔ)平臺上，驅(qū)動與 傳感裝置通過螺母與立柱中的絲杠連接在立柱上，觸針連接驅(qū)動與傳 感裝置，三維工作臺安裝在基礎(chǔ)平臺上，其特征在于三維工作臺由 六層工作臺組成，由底部向上依次為第一層工作臺、第二層工作臺、 第三層工作臺、第四層工作臺、第五層工作臺和第六層工作臺，第六 層工作臺位于整個工作臺的頂部，第一層工作臺位于整個工作臺的底 部；三號旋鈕安裝在第一層工作臺側(cè)面，基礎(chǔ)平臺上設(shè)T型槽，第一層工作臺通過T型螺栓固定在基礎(chǔ)平臺的T型槽上，第一層、第二層 工作臺之間安裝蝸輪蝸桿連接機(jī)構(gòu)；二號旋鈕安裝在第二層工作臺側(cè) 面，第二層、第三層工作臺之間安裝絲杠螺母及鉸鏈活塊連接機(jī)構(gòu)； 第三層、第四層工作臺之間為固定連接； 一號旋鈕安裝在第四層工作 臺側(cè)面，第四層、第五層工作臺之間安裝滑塊頂進(jìn)頂出連接機(jī)構(gòu)；第 五層工作臺側(cè)面安裝步進(jìn)電機(jī)，第五層、第六層工作臺之間安裝滾珠 絲杠螺母連接機(jī)構(gòu)，第六層工作臺上放置被測工件或回轉(zhuǎn)體裝夾件。 其中蝸輪蝸桿連接機(jī)構(gòu)為三號旋鈕安裝在第一層工作臺側(cè)面， 蝸桿軸安裝在第一層工作臺內(nèi)，蝸輪通過螺釘固定在第二層工作臺 內(nèi)，三號旋鈕連接蝸桿軸的伸出端。三號旋鈕轉(zhuǎn)動，帶動蝸桿軸轉(zhuǎn)動， 蝸桿軸帶動蝸輪轉(zhuǎn)動，蝸輪帶動第二層工作臺及以上部分繞Z軸方向 轉(zhuǎn)動。其中絲杠螺母及鉸鏈活塊連接機(jī)構(gòu)為二號旋鈕安裝在第二層工 作臺側(cè)面，絲杠安裝在第二層工作臺內(nèi)，二號旋鈕連接絲杠的伸出端， 螺母旋合在絲杠上，活塊通過螺釘固定在第三層工作臺下部，下銷軸 和螺母鉸接，上銷軸和活塊鉸接，并穿過螺母上部的開口槽，上下銷 軸通過兩根彈簧連接。二號旋鈕轉(zhuǎn)動，帶動絲杠轉(zhuǎn)動，絲杠轉(zhuǎn)動帶動 螺母作往復(fù)直線運(yùn)動，螺母通過下銷軸、兩根彈簧、上銷軸連接活塊， 這樣螺母的往復(fù)直線運(yùn)動就可帶動活塊作往復(fù)運(yùn)動，由于上銷軸可沿 螺母上部的開口槽上下移動，同時(shí)由于兩根彈簧的拉緊作用，就實(shí)現(xiàn) 由活塊帶動底部圓弧形的第三層工作臺在第二層工作臺上部的圓弧 形成型面上做往復(fù)轉(zhuǎn)動，給往復(fù)轉(zhuǎn)動加上死限位后，實(shí)現(xiàn)第三層工作臺面只能繞X軸方向旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)動范圍+10° -10° ，如此帶動第三層工作臺及以上部分繞x軸方向轉(zhuǎn)動。其中滑塊頂進(jìn)頂出連接機(jī)構(gòu)為 一號旋鈕安裝在第四層工作臺側(cè) 面，其結(jié)構(gòu)為螺旋測微器的測微螺桿，當(dāng)一號旋鈕正傳或反轉(zhuǎn)時(shí)，其 端部伸長或縮短，滑塊通過螺釘固定在第五層工作臺下部， 一號旋鈕 的端部頂在滑塊上，彈簧套在與第四層工作臺固定的軸上， 一端通過 軸肩固定，另一端頂在滑塊的盲孔中，由于彈簧的張力，保持一號旋 鈕的端部和滑塊之間始終具有一定的接觸壓力。 一號旋鈕正轉(zhuǎn)，使其 端部伸出推動滑塊，滑塊帶動第五層工作臺沿導(dǎo)軌運(yùn)動； 一號旋鈕反 轉(zhuǎn)，使其端部收縮，則通過滑塊盲孔中彈簧的伸長，推動滑塊反方向 運(yùn)動，則滑塊帶動第五層工作臺沿導(dǎo)軌反方向運(yùn)動，如此實(shí)現(xiàn)第五層 工作臺及以上部分沿X軸方向的移動。其中滾珠絲桿螺母連接機(jī)構(gòu)為步進(jìn)電機(jī)安裝在第五層工作臺側(cè) 面，滾珠絲杠安裝在第五層工作臺內(nèi)，步進(jìn)電機(jī)軸和滾珠絲杠通過聯(lián) 軸器連接，螺母旋合在滾珠絲杠上，同時(shí)螺母通過螺釘固定在第六層 工作臺下部。步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，通過聯(lián)軸器帶動滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)，滾珠絲 杠帶動螺母做直線運(yùn)動，螺母帶動與其固定的第六層工作臺沿導(dǎo)軌在 Y軸方向移動，實(shí)現(xiàn)快進(jìn)、快退或步進(jìn)。本實(shí)用新型的觸針式三維粗糙度測量儀的三維工作臺中，在第六 層工作臺上安裝附件即回轉(zhuǎn)體裝夾件，該回轉(zhuǎn)體裝夾件由支架、三爪 卡盤、手輪盤以及支架內(nèi)的二級輪系、軸組成，支架安裝在第六層工 作臺上，支架內(nèi)軸的一端安裝三爪卡盤，二級輪系的另一端安裝帶刻度手輪盤，支架內(nèi)的二級輪系實(shí)現(xiàn)手輪盤和三爪卡盤的傳動比為4， 即手輪盤旋轉(zhuǎn)4周，三爪卡盤帶動工件旋轉(zhuǎn)1周。本實(shí)用新型的觸針式三維粗糙度測量儀的三維工作臺中，基礎(chǔ)平 臺上的T型槽和X軸平行。本實(shí)用新型的觸針式三維粗糙度測量儀的三維工作臺中，驅(qū)動及 傳動裝置和立柱的連接處安裝調(diào)整旋鈕。 (一)被測工件表面正確位置的調(diào)整零件表面測量的第一步，是調(diào)整被測表面到最佳位置，以保證測 量結(jié)果的準(zhǔn)確性及可靠性。因?yàn)楸粶y零件的大小、形狀各異，必須在 工作臺上設(shè)置一系列的調(diào)整環(huán)節(jié)，以便準(zhǔn)確、迅速定位零件至最佳位 置，如被測平面或回轉(zhuǎn)體被測直線(回轉(zhuǎn)體內(nèi)外表面的軸線和X軸重 合)和觸針中心線垂直，觸針運(yùn)動軌跡和加工紋理方向垂直，保持觸 針均勻的接觸壓力等。整個三維工作臺是通過基礎(chǔ)平臺上和X軸平行的T型槽經(jīng)T型螺 栓連接固定,三維工作臺可沿T型槽調(diào)節(jié)X軸方向至合適位置后固定。一號旋鈕結(jié)構(gòu)為螺旋測微器的測微螺桿， 一號旋鈕正轉(zhuǎn)，使其端 部伸出推動滑塊，滑塊帶動第五層工作臺沿導(dǎo)軌運(yùn)動； 一號旋鈕反轉(zhuǎn)， 使其端部收縮，則通過滑塊盲孔中彈簧的伸長，推動滑塊反方向運(yùn)動， 滑塊帶動第五層工作臺沿導(dǎo)軌反方向運(yùn)動，如此實(shí)現(xiàn)第五層工作臺及 以上部分沿X軸方向的移動，實(shí)現(xiàn)三維工作臺沿X軸方向位置的微調(diào)。步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，步進(jìn)電機(jī)通過聯(lián)軸器帶動滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)，滾珠絲 杠帶動螺母做直線運(yùn)動，螺母帶動與其固定的第六層工作臺沿導(dǎo)軌在Y軸方向移動，實(shí)現(xiàn)快進(jìn)、快退或步進(jìn)，使工件沿Y軸迅速找到正確 位置。驅(qū)動及傳感裝置通過與其固定的螺母與立柱中的絲杠和立柱連 接，通過旋轉(zhuǎn)立柱頂部的旋鈕，即絲杠的伸出端，絲杠旋轉(zhuǎn)，絲杠帶 動螺母運(yùn)動，螺母帶動驅(qū)動及傳感裝置沿立柱上下移動，即當(dāng)被測零 件的高度較高或較低時(shí)，調(diào)節(jié)被測面在Z軸方向至最合適的測量位 置。二號旋鈕轉(zhuǎn)動，帶動絲杠轉(zhuǎn)動，絲杠轉(zhuǎn)動帶動螺母作往復(fù)直線運(yùn) 動，螺母通過下銷軸、兩根彈簧、上銷軸連接活塊，這樣螺母的往復(fù) 直線運(yùn)動就可帶動活塊作往復(fù)運(yùn)動，由于上銷軸可沿螺母上部的開口 槽上下移動，同時(shí)由于兩根彈簧的拉緊作用，就實(shí)現(xiàn)由活塊帶動底部 圓弧形的第三層工作臺在第二層工作臺上部的圓弧形成型面上做往 復(fù)轉(zhuǎn)動，給往復(fù)轉(zhuǎn)動加上死限位后，實(shí)現(xiàn)第三層工作臺面只能繞X軸 方向旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)動范圍+10° -10° ,如此帶動第三層工作臺及以上部 分繞X軸方向轉(zhuǎn)動，以調(diào)節(jié)被測面或線在此方向上的正確位置。三號旋鈕連接蝸桿軸的伸出端，旋轉(zhuǎn)三號旋鈕，蝸桿旋轉(zhuǎn)帶動與 第二層工作臺固定的蝸輪旋轉(zhuǎn)，蝸輪帶動一層以上部分工作臺繞Z軸 方向旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)動范圍+30° 一30° ，可調(diào)節(jié)被測面或線在此方向上 的正確位置。驅(qū)動及傳感裝置和立柱的連接處有調(diào)整旋鈕，轉(zhuǎn)動此旋鈕可帶動 連成一體的驅(qū)動及傳感裝置和觸針繞Y軸方向旋轉(zhuǎn)，相當(dāng)于三維工作 臺可沿Y軸方向旋轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)被測面或線在此方向上的正確位置。對于小型回轉(zhuǎn)體零件，如盤類零件，它們在工作臺面上的定位和 固定較為困難，特別是在三維粗糙度參數(shù)測量時(shí)，對回轉(zhuǎn)體的掃描精 度難以控制，利用三爪卡盤自動定心和夾緊的原理，設(shè)計(jì)小型回轉(zhuǎn)體 裝夾件作為三維工作臺的附件，小型回轉(zhuǎn)體裝夾件安裝在第六層工作 臺面上，被測回轉(zhuǎn)體零件裝夾在三爪卡盤上，轉(zhuǎn)動帶精確刻度的手輪盤，通過輪系、軸及三爪卡盤帶動被測回轉(zhuǎn)體零件繞x軸方向旋轉(zhuǎn)，迅速、準(zhǔn)確定位到被測回轉(zhuǎn)體表面的待測區(qū)域。(二) 對于平面的測量在完成被測工件表面正確位置的調(diào)整后，對于平面的掃描，觸針 在完成一次快速掃描采樣后，由控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動返回掃描起點(diǎn)，控制系統(tǒng)發(fā)一個脈沖給步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一步距角3.6。，通過 滾珠絲桿、螺母帶動工件沿Z軸移動一給定距離0. 02mm，觸針進(jìn)行 第二次快速掃描，以此類推，直到完成n次掃描，每次掃描結(jié)束自動 保存^:次采樣的x、 y、 z數(shù)值，這樣就獲得某一區(qū)域表面三維數(shù)據(jù)， 儀器根據(jù)測量精度要求，設(shè)定掃描次數(shù)分為IOO、 50、 IO三檔。(三) 對于回轉(zhuǎn)體內(nèi)外表面的測量 對于回轉(zhuǎn)體內(nèi)外表面的測量，可通過回轉(zhuǎn)體裝夾件把盤類、軸類、套類零件安裝于第六層工作臺上，進(jìn)行被測工件表面正確位置的調(diào) 整，然后進(jìn)行測量；觸針在完成一次快速掃描采樣后，由控制系統(tǒng)實(shí) 現(xiàn)自動返回掃描起點(diǎn)，通過轉(zhuǎn)動帶精確刻度的手輪盤11，帶動被測 回轉(zhuǎn)體零件繞X軸方向旋轉(zhuǎn)，迅速準(zhǔn)確定位到下一條被測回轉(zhuǎn)體表面 的母線，觸針進(jìn)行下一次快速掃描，如此往復(fù)，直到完成n次掃描，每次掃描結(jié)束自動保存本次采樣的x、 y、 z數(shù)值，這樣實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)體內(nèi) 外表面某一區(qū)域的三維數(shù)據(jù)采樣。手輪盤把圓周等分為200份，由支架內(nèi)的二級輪系實(shí)現(xiàn)手輪盤和 三爪卡盤的傳動比為4，即手輪盤旋轉(zhuǎn)4周，三爪卡盤帶動工件旋轉(zhuǎn) l周，也就是說，被測回轉(zhuǎn)體表面被等分為800份，掃描的采樣間隔 大大縮小，測量精度得以提升，對于回轉(zhuǎn)體內(nèi)外表面掃描的采樣間隔 需要根據(jù)手輪盤每次旋轉(zhuǎn)的最小度數(shù)和回轉(zhuǎn)體直徑進(jìn)行簡單計(jì)算，根 據(jù)零件回轉(zhuǎn)直徑乘以一修正系數(shù)后，回轉(zhuǎn)體三維表面擬合的數(shù)據(jù)處理 軟件和平面的相同。本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)(一) 觸針式三維粗糙度測量儀的三維工作臺結(jié)合立柱、驅(qū)動及 傳感裝置的調(diào)整環(huán)節(jié)，可根據(jù)被測零件的具體結(jié)構(gòu)、形狀及大小，實(shí) 現(xiàn)三維坐標(biāo)系六個自由度的調(diào)整，從而準(zhǔn)確定位被測工件表面的測量 位置，進(jìn)而保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性及可靠性，同時(shí)完整的調(diào)整環(huán)節(jié)使 儀器的適應(yīng)性進(jìn)一步加強(qiáng)，測量范圍進(jìn)一步擴(kuò)大。(二) 利用三爪卡盤自動定心和夾緊的原理，特別設(shè)計(jì)回轉(zhuǎn)體裝 夾件作為三維工作臺的附件，有效解決了回轉(zhuǎn)體零件測量時(shí)精度不 夠、調(diào)整麻煩、測量范圍有限等問題；原專利中通過V形鐵定位軸類、 套類零件，對于盤類零件還需另加附件，不同直徑的回轉(zhuǎn)體零件通過 調(diào)節(jié)V形鐵高度，使零件軸心線與旋轉(zhuǎn)工作臺軸心線基本重合，工作 臺旋轉(zhuǎn)，帶動回轉(zhuǎn)體工件繞工作臺軸心線旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)對回轉(zhuǎn)體內(nèi)外表 面某一區(qū)域的數(shù)據(jù)采樣，這個過程中V形鐵高度調(diào)整既麻煩精度又差，零件軸心和旋轉(zhuǎn)工作臺軸心無法取得準(zhǔn)確一致，且v形鐵只能定 位不能夾緊，工作臺旋轉(zhuǎn)的角度受到很大的限制，最關(guān)鍵的是掃描時(shí) 采樣間隔太大，導(dǎo)致測量結(jié)果的誤差，新設(shè)計(jì)中輪系結(jié)構(gòu)使最小分度 值只有原來的四分之一，且測量區(qū)域在整個圓周上任意選取。(三) 原專利中工作臺底部的工作臺伺服系統(tǒng)改為位于工作臺上 部的步進(jìn)電機(jī)，伺服系統(tǒng)改為步進(jìn)電機(jī)后，整個三維工作臺以致整個儀器的成本迅速下降，有利于儀器的大面積推廣；雖然伺服系統(tǒng)在許 多性能方面都優(yōu)于步進(jìn)電機(jī)，但是步進(jìn)電機(jī)具有沒有積累誤差(精度 為100%)、結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、成本低等特點(diǎn)，在三維工作臺中選 用步進(jìn)電機(jī)已完全達(dá)到精度要求；新設(shè)計(jì)中由于步進(jìn)電機(jī)安裝在第五 層工作臺上，在平面的掃描時(shí)，只有第六層工作臺運(yùn)動，而不是原結(jié) 構(gòu)的整個工作臺運(yùn)動，載荷很小，運(yùn)動更加平穩(wěn)。(四) 粗糙度的測量是按國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的，而三維測量作為粗糙 度領(lǐng)域的重要研究方向，還有許多理論需要完善，目前還未寫進(jìn)國家 標(biāo)準(zhǔn)，考慮到三維與二維測量的延續(xù)性，對于二維測量儀，主要是被 測工件表面正確位置的調(diào)整，此三維工作臺的設(shè)計(jì)在覆蓋傳統(tǒng)儀器所 有功能的基礎(chǔ)上還有許多延伸，如前所述，新設(shè)計(jì)的三維工作臺使用 更加準(zhǔn)確、可靠、方便，對于傳統(tǒng)二維粗糙度測量儀同樣是重要改進(jìn)， 具有普遍的推廣意義。


圖1為原實(shí)用新型觸針式三維粗糙度測量儀示意圖。 圖2為本實(shí)用新型觸針式三維粗糙度測量儀示意圖。圖3為圖2的三維工作臺剖視圖。圖4為圖3的A-A剖視圖。圖5為圖2的回轉(zhuǎn)體裝夾件剖視圖。圖6為圖2的回轉(zhuǎn)體裝夾件主視圖。圖中l(wèi).基礎(chǔ)平臺，2.立柱，3.驅(qū)動及傳感裝置，4.觸針，5. 步進(jìn)電機(jī)，6.—號旋鈕，7.二號旋鈕，8.三號旋鈕，9.小型回轉(zhuǎn)體零 件，IO.三爪卡盤，ll.帶刻度手輪盤，12.T型槽，13.第一層工作臺， 14.第二層工作臺，15.第三層工作臺，16.第四層工作臺，17.第五層 工作臺，18.第六層工作臺，19.回轉(zhuǎn)體裝夾件，20.調(diào)整旋鈕，21. 三維工作臺，22.被測工件，23.支架，24.輪系，25.軸，26.鎖緊螺 釘，27.滾珠絲杠，28.螺母，29.絲杠，30.螺母，31.下銷軸，32. 上銷軸，33.活塊，34.蝸輪，35.蝸桿，36.彈簧，37.彈簧，38.滑塊。
具體實(shí)施方式
如圖2至6所示，由基礎(chǔ)平臺l、三維工作臺21、觸針4、驅(qū)動 及傳感裝置3、立柱2組成測量儀，立柱2安裝在基礎(chǔ)平臺1上，驅(qū) 動與傳感裝置3通過螺母與立柱2中的絲杠連接在立柱2上，觸針4 連接驅(qū)動與傳感裝置3，三維工作臺21安裝在基礎(chǔ)平臺1上，其特 征在于三維工作臺21由六層工作臺組成，由底部向上依次為第一 層工作臺13、第二層工作臺14、第三層工作臺15、第四層工作臺16、 第五層工作臺17和第六層工作臺18，第六層工作臺18位于整個工 作臺21的頂部，第一層工作臺13位于整個工作臺21的底部；三號 旋鈕8安裝在第一層工作臺13側(cè)面，基礎(chǔ)平臺1上設(shè)T型槽12，第一層工作臺13通過T型螺栓固定在基礎(chǔ)平臺1的T型槽12上，第一 層、第二層工作臺13、 14之間安裝蝸輪蝸桿連接機(jī)構(gòu)；二號旋鈕7 安裝在第二層工作臺14側(cè)面，第二層、第三層工作臺14、 15之間安 裝絲杠螺母及鉸鏈活塊連接機(jī)構(gòu)；第三層、第四層工作臺15、 16之 間為固定連接； 一號旋鈕6安裝在第四層工作臺16側(cè)面，第四層、 第五層工作臺16、 17之間安裝滑塊頂進(jìn)頂出連接機(jī)構(gòu)；第五層工作 臺16側(cè)面安裝步進(jìn)電機(jī)5，第五層、第六層工作臺17、 18之間安裝 滾珠絲杠螺母連接機(jī)構(gòu)，第六層工作臺18上放置被測工件22或回轉(zhuǎn) 體裝夾件19。其中蝸輪蝸桿連接機(jī)構(gòu)為三號旋鈕8安裝在第一層工作臺13 側(cè)面，蝸桿35安裝在第一層工作臺內(nèi)，蝸輪34通過螺釘固定在第二 層工作臺14內(nèi)，三號旋鈕8連接蝸桿35的軸伸出端。三號旋鈕8轉(zhuǎn) 動，帶動蝸桿35軸轉(zhuǎn)動，蝸桿軸帶動蝸輪34轉(zhuǎn)動，蝸輪34帶動第 二層工作臺14及以上部分繞Z軸方向轉(zhuǎn)動。其中絲杠螺母及鉸鏈活塊連接機(jī)構(gòu)為二號旋鈕7安裝在第二層 工作臺14側(cè)面，絲杠29安裝在第二層工作臺14內(nèi)，二號旋鈕7連 接絲杠29的軸伸出端，螺母30旋合在絲杠29上，活塊33通過螺釘 固定在第三層工作臺15下部，下銷軸31和螺母30鉸接，上銷軸32 和活塊33鉸接并穿過螺母上部的開口槽，上下銷軸31、 32通過兩根 彈簧36連接。二號旋鈕7轉(zhuǎn)動，帶動絲杠29轉(zhuǎn)動，絲杠轉(zhuǎn)動帶動螺 母30作往復(fù)直線運(yùn)動，螺母30通過下銷軸31、兩根彈簧36、上銷 軸32連接活塊33，這樣螺母30的往復(fù)直線運(yùn)動就可帶動活塊33作往復(fù)運(yùn)動，由于上銷軸32可沿螺母30上部的開口槽上下移動，同時(shí) 由于兩根彈簧36的拉緊作用，就實(shí)現(xiàn)由活塊33帶動底部圓弧形的第 三層工作臺15在第二層工作臺14上部的圓弧形成型面上做往復(fù)轉(zhuǎn) 動，給往復(fù)轉(zhuǎn)動加上死限位后，實(shí)現(xiàn)第三層工作臺面15只能繞X軸 方向旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)動范圍+10° -10° ，如此帶動第三層工作臺15及以 上部分繞X軸方向轉(zhuǎn)動。其中滑塊頂進(jìn)頂出連接機(jī)構(gòu)為 一號旋鈕6安裝在第四層工作臺 16側(cè)面，其結(jié)構(gòu)為螺旋測微器的測微螺桿，當(dāng)一號旋鈕正傳或反轉(zhuǎn) 時(shí)，其端部伸長或縮短，滑塊38通過螺釘固定在第五層工作臺17下 部， 一號旋鈕6的端部頂在滑塊38上，彈簧37套在與第四層工作臺 16固定的軸上， 一端通過軸肩固定，另一端頂在滑塊38的盲孔中， 由于彈簧的張力，保持一號旋鈕6的端部和滑塊38之間始終具有一 定的接觸壓力。 一號旋鈕6正轉(zhuǎn)，使其端部伸出推動滑塊38，滑塊 38帶動第五層工作臺17沿導(dǎo)軌運(yùn)動； 一號旋鈕6反轉(zhuǎn)，使其端部收 縮，則通過滑塊38盲孔中彈簧37的伸長，推動滑塊38反方向運(yùn)動， 則滑塊38帶動第五層工作臺17沿導(dǎo)軌反方向運(yùn)動，如此實(shí)現(xiàn)第五層 工作臺17及以上部分沿X軸方向的移動。其中滾珠絲桿螺母連接機(jī)構(gòu)為步進(jìn)電機(jī)5安裝在第五層工作臺 17側(cè)面，滾珠絲杠27安裝在第五層工作臺17內(nèi)，步進(jìn)電機(jī)5的軸 和滾珠絲杠27通過聯(lián)軸器連接，螺母28旋合在滾珠絲杠27上，同 時(shí)螺母28通過螺釘固定在第六層工作臺18下部。步進(jìn)電機(jī)5旋轉(zhuǎn)， 通過聯(lián)軸器帶動滾珠絲杠27旋轉(zhuǎn)，滾珠絲杠27帶動螺母28做直線運(yùn)動，螺母28帶動與其固定的第六層工作臺18沿導(dǎo)軌在Y軸方向移 動，實(shí)現(xiàn)快進(jìn)、快退或步進(jìn)。本實(shí)用新型的觸針式三維粗糙度測量儀的三維工作臺中，在第六 層工作臺18上安裝附件即回轉(zhuǎn)體裝夾件19，該回轉(zhuǎn)體裝夾件19由 支架23、三爪卡盤10、手輪盤11、鎖緊螺釘26及支架內(nèi)的二級輪 系24、軸25組成，支架23安裝在第六層工作臺18上，支架23內(nèi) 軸25的一端安裝爪卡盤10， 二級輪系24的另一端安裝帶刻度手輪 盤ll，手輪盤和三爪卡盤的傳動比為4。本實(shí)用新型的觸針式三維粗糙度測量儀的三維工作臺中，基礎(chǔ)平 臺1上的T型槽12和X軸平行。本實(shí)用新型的觸針式三維粗糙度測量儀的三維工作臺中，驅(qū)動及 傳感裝置3和立柱2的連接處安裝調(diào)整旋鈕20 。 (一)被測工件表面正確位置的調(diào)整零件表面測量的第一步，是調(diào)整被測表面到最佳位置，以保證測 量結(jié)果的準(zhǔn)確性及可靠性。因?yàn)楸粶y零件的大小、形狀各異，必須在 工作臺上設(shè)置一系列的調(diào)整環(huán)節(jié)，以便準(zhǔn)確、迅速定位零件至最佳位 置，如被測平面或回轉(zhuǎn)體被測直線(回轉(zhuǎn)體內(nèi)外表面的軸線和X軸重 合)和觸針4中心線垂直，觸針4運(yùn)動軌跡和加工紋理方向垂直，保 持觸針4均勻的接觸壓力等。整個三維工作臺21是通過基礎(chǔ)平臺1上和X軸平行的T型槽12 經(jīng)T型螺栓連接固定，三維工作臺21可沿T型槽12調(diào)節(jié)X軸方向至 合適位置后固定。一號旋鈕6結(jié)構(gòu)為螺旋測微器的測微螺桿， 一號旋鈕6正轉(zhuǎn)，使 其端部伸出推動滑塊38，滑塊帶動第五層工作臺17沿導(dǎo)軌運(yùn)動；一 號旋鈕6反轉(zhuǎn)，使其端部收縮，則通過滑塊38盲孔中彈簧37的伸長， 推動滑塊38反方向運(yùn)動，滑塊38帶動第五層工作臺17沿導(dǎo)軌反方 向運(yùn)動，如此實(shí)現(xiàn)第五層工作臺17及以上部分沿X軸方向的移動， 實(shí)現(xiàn)三維工作臺沿X軸方向位置的微調(diào)。步進(jìn)電機(jī)5旋轉(zhuǎn)，與步進(jìn)電機(jī)軸相連的滾珠絲杠27旋轉(zhuǎn)，帶動 螺母28沿絲杠軸線直線運(yùn)動，螺母28帶動與其固定的第六層工作臺 18沿導(dǎo)軌在Y軸方向移動，實(shí)現(xiàn)快進(jìn)、快退或步進(jìn)，使被測工件22 沿Y軸迅速找到正確位置。驅(qū)動及傳感裝置3通過螺母與立柱中的絲杠和立柱2連接，通過 旋轉(zhuǎn)立柱2頂部的旋鈕，即絲杠的伸出端，絲杠旋轉(zhuǎn)，帶動螺母運(yùn)動， 螺母帶動驅(qū)動及傳感裝置3沿立柱2上下移動，即當(dāng)被測零件的高度 較高或較低時(shí)，調(diào)節(jié)被測面在Z軸方向至最合適的測量位置。二號旋鈕7連接絲杠29的伸出端，二號旋鈕7轉(zhuǎn)動帶動絲杠29 轉(zhuǎn)動，絲杠29轉(zhuǎn)動帶動螺母30作往復(fù)直線運(yùn)動，螺母30通過下銷 軸31、兩根彈簧36、上銷軸32連接活塊33，這樣螺母30的往復(fù)直 線運(yùn)動就可帶動活塊33作往復(fù)運(yùn)動，由于上銷軸32可沿螺母30的 開口槽上下移動，同時(shí)由于兩根彈簧36的拉緊作用，就實(shí)現(xiàn)由活塊 33帶動底部圓弧形的第三層工作臺15在第二層工作臺14上部的圓 弧形成型面上做往復(fù)轉(zhuǎn)動，給往復(fù)轉(zhuǎn)動加上死限位后，實(shí)現(xiàn)第三層工 作臺15只能繞X軸方向旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)動范圍+10° -10° ，如此帶動第三層工作臺15及以上部分繞X軸方向轉(zhuǎn)動，以調(diào)節(jié)被測面或線在此 方向上的正確位置。三號旋鈕8連接蝸桿35軸的伸出端，旋轉(zhuǎn)三號旋鈕8，蝸桿35 旋轉(zhuǎn)帶動與第二層工作臺14固定的蝸輪34旋轉(zhuǎn)，蝸輪34帶動一層 以上部分工作臺繞Z軸方向旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)動范圍可達(dá)+30° -30° ，以調(diào) 節(jié)被測面或線在此方向上的正確位置。驅(qū)動及傳感裝置3和立柱2的連接處有調(diào)整旋鈕20，轉(zhuǎn)動此旋 鈕可帶動連成一體的驅(qū)動及傳感裝置3和觸針4繞Y軸方向旋轉(zhuǎn)，相 當(dāng)于三維工作臺21可沿Y軸方向旋轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)被測面或線在此方向上 的正確位置。對于小型回轉(zhuǎn)體零件9，如盤類零件，它們在工作臺面上的定位 和固定較為困難，特別是在三維粗糙度參數(shù)測量時(shí)，對回轉(zhuǎn)體的掃描 精度難以控制，利用三爪卡盤自動定心和夾緊的原理，特別設(shè)計(jì)小型 回轉(zhuǎn)體裝夾件19作為三維工作臺的附件，小型回轉(zhuǎn)體裝夾件19安裝 在第六層工作臺18上，被測回轉(zhuǎn)體零件9裝夾在三爪卡盤10上，轉(zhuǎn) 動帶精確刻度的手輪盤ll,通過輪系24、軸25 、三爪卡盤10帶動 被測回轉(zhuǎn)體零件9繞X軸方向旋轉(zhuǎn)，迅速準(zhǔn)確定位到被測回轉(zhuǎn)體表面 的待測區(qū)域。(二)對于平面的測量在完成被測工件表面正確位置的調(diào)整后，對于平面的掃描，觸針 4在完成一次快速掃描采樣后，由控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動返回掃描起點(diǎn)， 控制系統(tǒng)發(fā)一個脈沖給步進(jìn)電機(jī)5，步進(jìn)電機(jī)5旋轉(zhuǎn)一步距角3. 6° ，通過滾珠絲杠27、螺母28帶動被測工件22沿Z軸移動一給定距離 0. 02mm，觸針4進(jìn)行第二次快速掃描，以此類推，直到完成n次掃描， 每次掃描結(jié)束自動保存本次采樣的x、 y、 z數(shù)值，這樣就獲得某一區(qū) 域表面三維數(shù)據(jù)，儀器根據(jù)測量精度要求，設(shè)定掃描次數(shù)分為100、 50、 IO三檔。(三)對于回轉(zhuǎn)體內(nèi)外表面的測量對于回轉(zhuǎn)體內(nèi)外表面的測量，可通過回轉(zhuǎn)體裝夾件19把盤類、 軸類、套類零件安裝于第六層工作臺18上，進(jìn)行被測工件表面正確 位置的調(diào)整，然后進(jìn)行測量；觸針4在完成一次快速掃描采樣后，由 控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動返回掃描起點(diǎn)，通過轉(zhuǎn)動帶精確刻度的手輪盤11， 帶動被測回轉(zhuǎn)體零件9繞X軸方向旋轉(zhuǎn)，迅速準(zhǔn)確定位到下一條被測 回轉(zhuǎn)體表面的母線，觸針4進(jìn)行下一次快速掃描，如此往復(fù)，直到完 成n次掃描，每次掃描結(jié)束自動保存本次采樣的x、 y、 z數(shù)值，這樣 實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)體內(nèi)外表面某一區(qū)域的三維數(shù)據(jù)采樣。手輪盤11把圓周等分為200份，由支架23內(nèi)的二級輪系24實(shí) 現(xiàn)手輪盤11和三爪卡盤10的傳動比為4，即手輪盤11旋轉(zhuǎn)4周， 三爪卡盤10帶動小型回轉(zhuǎn)體零件9旋轉(zhuǎn)1周，也就是說，被測回轉(zhuǎn) 體表面被等分為800份，掃描的采樣間隔大大縮小，測量精度得以提 升，對于回轉(zhuǎn)體內(nèi)外表面掃描的采樣間隔需要根據(jù)手輪盤11每次旋 轉(zhuǎn)的最小度數(shù)和小型回轉(zhuǎn)體零件9直徑進(jìn)行簡單計(jì)算，根據(jù)零件回轉(zhuǎn) 直徑乘以一修正系數(shù)后，回轉(zhuǎn)體三維表面擬合的數(shù)據(jù)處理軟件和平面 的相同。
權(quán)利要求1.觸針式三維粗糙度測量儀的三維工作臺，由基礎(chǔ)平臺(1)、三維工作臺(21)、觸針(4)、驅(qū)動及傳感裝置(3)、立柱(2)組成測量儀，立柱(2)安裝在基礎(chǔ)平臺(1)上，驅(qū)動與傳感裝置(3)通過螺母與立柱(2)中的絲杠連接在立柱(2)上，觸針(4)連接驅(qū)動與傳感裝置(3)，三維工作臺(21)安裝在基礎(chǔ)平臺(1)上，其特征在于三維工作臺(21)由六層工作臺組成，由底部向上依次為第一層工作臺(13)、第二層工作臺(14)、第三層工作臺(15)、第四層工作臺(16)、第五層工作臺(17)和第六層工作臺(18)，第六層工作臺(18)位于整個工作臺(21)的頂部，第一層工作臺(13)位于整個工作臺(21)的底部；三號旋鈕(8)安裝在第一層工作臺(13)側(cè)面，基礎(chǔ)平臺(1)上設(shè)T型槽(12)，第一層工作臺(13)通過T型螺栓固定在基礎(chǔ)平臺(1)的T型槽(12)上，第一層、第二層工作臺(13、14)之間安裝蝸輪蝸桿連接機(jī)構(gòu)；二號旋鈕(7)安裝在第二層工作臺(14)側(cè)面，第二層、第三層工作臺(14、15)之間安裝絲杠螺母及鉸鏈活塊連接機(jī)構(gòu)；第三層、第四層工作臺(15、16)之間為固定連接；一號旋鈕(6)安裝在第四層工作臺(16)側(cè)面，第四層、第五層工作臺(16、17)之間安裝滑塊頂進(jìn)頂出連接機(jī)構(gòu)；第五層工作臺(16)上安裝步進(jìn)電機(jī)(5)，第五層、第六層工作臺(17、18)之間安裝滾珠絲杠螺母連接機(jī)構(gòu)，第六層工作臺(18)上放置被測工件(22)或回轉(zhuǎn)體裝夾件(19)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的觸針式三維粗糙度測量儀的三維工作 臺，其特征在于在第六層工作臺(18)上安裝回轉(zhuǎn)體裝夾件(19), 該回轉(zhuǎn)體裝夾件(19)由支架(23)、三爪卡盤(10)、手輪盤(11) 及支架內(nèi)的輪系(24)、軸(25)組成，支架(23)安裝在第六層工 作臺(18)上，支架(23)內(nèi)軸(25)的一端安裝三爪卡盤(10), 輪系(24)的另一端安裝帶刻度手輪盤(11)，手輪盤(11)和三爪 卡盤(10)的傳動比為4。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的觸針式三維粗糙度測量儀的三維工作 臺，其特征在于基礎(chǔ)平臺(1)上的T型槽(12)和X軸平行。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的觸針式三維粗糙度測量儀的三維工作 臺，其特征在于驅(qū)動及傳感裝置(3)和立柱(2)的連接處安裝調(diào) 整旋鈕(20)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的觸針式三維粗糙度測量儀的三維工作 臺，其特征在于其中蝸輪蝸桿連接機(jī)構(gòu)為三號旋鈕(8)安裝在第 一層工作臺(13)側(cè)面，蝸桿(35)安裝在第一層工作臺內(nèi)，蝸輪(34) 通過螺釘固定在第二層工作臺(14)內(nèi)，三號旋鈕(8)連接蝸桿(35) 的軸伸出端，三號旋鈕(8)轉(zhuǎn)動，帶動蝸桿(35)軸轉(zhuǎn)動，蝸桿軸 帶動蝸輪(34)轉(zhuǎn)動，蝸輪(34)帶動第二層工作臺(14)及以上部 分繞Z軸方向轉(zhuǎn)動。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的觸針式三維粗糙度測量儀的三維工作 臺，其特征在于其中絲杠螺母及鉸鏈活塊連接機(jī)構(gòu)為二號旋鈕(7)安裝在第二層工作臺(14)側(cè)面，絲杠(29)安裝在第二層工作臺(14) 內(nèi)，二號旋鈕(7)連接絲杠(29)的軸伸出端，螺母(30)旋合在 絲杠(29)上，活塊(33)通過螺釘固定在第三層工作臺(15)下部， 下銷軸(31)和螺母(30)鉸接，上銷軸(32)和活塊(33)鉸接并 穿過螺母上部的開口槽，上下銷軸(31、 32)通過兩根彈簧(36)連 接，二號旋鈕(7)轉(zhuǎn)動，帶動絲杠(29)轉(zhuǎn)動，絲杠轉(zhuǎn)動帶動螺母 (30)作往復(fù)直線運(yùn)動，螺母(30)通過下銷軸(31)、兩根彈簧(36)、 上銷軸(32)連接活塊(33)，這樣螺母(30)的往復(fù)直線運(yùn)動就可 帶動活塊(33)作往復(fù)運(yùn)動，由于上銷軸(32)可沿螺母(30)上部 的開口槽上下移動，同時(shí)由于兩根彈簧(36)的拉緊作用，就實(shí)現(xiàn)由 活塊(33)帶動底部圓弧形的第三層工作臺(15)在第二層工作臺(14) 上部的圓弧形成型面上做往復(fù)轉(zhuǎn)動，給往復(fù)轉(zhuǎn)動加上死限位后，實(shí)現(xiàn) 第三層工作臺面(15)只能繞X軸方向旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)動范圍+10° -10 ° ，如此帶動第三層工作臺(15)及以上部分繞X軸方向轉(zhuǎn)動。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的觸針式三維粗糙度測量儀的三維工作 臺，其特征在于其中滑塊頂進(jìn)頂出連接機(jī)構(gòu)為 一號旋鈕(6)安裝 在第四層工作臺(16)側(cè)面，其結(jié)構(gòu)為螺旋測微器的測微螺桿，當(dāng)一 號旋鈕正傳或反轉(zhuǎn)時(shí)，其端部伸長或縮短，滑塊(38)通過螺釘固定 在第五層工作臺(17)下部， 一號旋鈕(6)的端部頂在滑塊(38) 上，彈簧(37)套在與第四層工作臺(16)固定的軸上， 一端通過軸 肩固定，另一端頂在滑塊(38)的盲孔中，由于彈簧的張力，保持一 號旋鈕(6)的端部和滑塊(38)之間始終具有一定的接觸壓力，一號旋鈕(6)正轉(zhuǎn)，使其端部伸出推動滑塊(38)，滑塊(38)帶動第 五層工作臺(17)沿導(dǎo)軌運(yùn)動； 一號旋鈕(6)反轉(zhuǎn)，使其端部收縮， 則通過滑塊(38)盲孔中彈簧(37)的伸長，推動滑塊(38)反方向 運(yùn)動，則滑塊(38)帶動第五層工作臺(17)沿導(dǎo)軌反方向運(yùn)動，如 此實(shí)現(xiàn)第五層工作臺(17)及以上部分沿X軸方向的移動。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的觸針式三維粗糙度測量儀的三維工作 臺，其特征在于其中滾珠絲桿螺母連接機(jī)構(gòu)為步進(jìn)電機(jī)(5)安裝 在第五層工作臺(17)側(cè)面，滾珠絲杠(27)安裝在第五層工作臺(17) 內(nèi)，步進(jìn)電機(jī)(5)的軸和滾珠絲杠(27)通過聯(lián)軸器連接，螺母(28) 旋合在滾珠絲杠(27)上，同時(shí)螺母(28)通過螺釘固定在第六層工 作臺(18)下部，步進(jìn)電機(jī)(5)旋轉(zhuǎn)，通過聯(lián)軸器帶動滾珠絲杠(27) 旋轉(zhuǎn)，滾珠絲杠(27)帶動螺母(28)做直線運(yùn)動，螺母(28)帶動 與其固定的第六層工作臺(18)沿導(dǎo)軌在Y軸方向移動，實(shí)現(xiàn)快進(jìn)、 快退或步進(jìn)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了觸針式三維粗糙度測量儀的三維工作臺，三維工作臺(21)由底部向上依次由第一至第六層工作臺組成，第一層工作臺(13)通過基礎(chǔ)平臺(1)的T型槽(12)固定在基礎(chǔ)平臺(1)上，第一層、第二層工作臺(13、14)之間安裝蝸輪蝸桿連接機(jī)構(gòu)，第二層、第三層工作臺(14、15)之間安裝絲杠螺母及鉸鏈活塊連接機(jī)構(gòu)，第三層、第四層工作臺(15、16)之間為固定連接，第四層、第五層工作臺(16、17)之間安裝滑塊頂進(jìn)頂出機(jī)構(gòu)，第五層、第六層工作臺(17、18)之間安裝滾珠絲杠螺母連接機(jī)構(gòu)。本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)工件表面的三維評定，三維工作臺使用更加準(zhǔn)確、可靠、方便，降低成本。
文檔編號G01B5/28GK201093994SQ20072004429
公開日2008年7月30日 申請日期2007年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月28日
發(fā)明者劉遠(yuǎn)偉, 宣新年, 李伯奎, 盛健勇, 陳前亮 申請人:淮陰工學(xué)院