[发明专利]一种立式非接触回转体高精度测量装置及其测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及回转体精度检测技术领域，更具体的是涉及一种立式非接触回转体高精度测量装置及其测量方法。

背景技术

随着机械加工精密化要求的不断提升，对回转体零件加工精度要求也越来越高，回转体工件是由一条母线绕回转轴旋转而得，其母线可以是直线段、圆弧或者曲线，表面形状可以是圆柱面和圆锥面等，国内外学者对回转体零件的直径及同轴度、圆度、圆跳动等相关参数测量进行了大量研究，然而，对于复杂回转体轮廓，如何实现其快速、准确测量一直是现有技术中亟需解决的技术难题。

目前，大部分回转体零件的测量方式都是采用测针接触方式，以日本三丰株式会社的CV3200/4500形状及轮廓测量系统为例：该机用测针与被测工件相接触，通过工件旋转以及与上下圆锥测针的组合，测针连续测出工件偏移理想尺寸的范围，并将测量数据传输到数据处理部，利用专用程序分析处理。然而，测针接触类测量方式仍然存在以下不足之处：1、检测效率低，旋转的待检测工件容易将测针弹开而导致检测失败；2、检测速度比较慢，大约在0.02mm-5mm/s，通用性差；3、测针与工件表面接触力度是有规定的，接触式测针容易对待检测工件表面造成划伤，影响工件质量；4、检测精度低，一般只能达到2.5μm-10μm。

针对现有技术中的不足，申请号为201220571759.1的专利公开了一种五轴系统回转体测量仪，其在固定桥式坐标测量机的基础上配合高精度转台形成θXZ三轴结构，与Y′轴方向和Z′轴方向的线性模组构成五轴系统，通过Y′轴方向和Z′轴方向的线性模组带动CCD视觉传感器和照明光源的移动完成视觉测量，该技术方案虽然提高了控制系统的控制精度，避免旋转的待检测工件容易将测针弹开而导致检测失败的问题，然而，实施该技术方案仍然存在以下缺点：1、视觉测量精度不高，采用视觉测量方法无法保证对一些精密器件的测量精度要求；2、通过在固定桥式坐标测量机的基础上配合高精度转台形成θXZ三轴结构，其与Y′轴方向和Z′轴方向的线性模组构成五轴系统，线型模组驱动的灵活度较低，且驱动传感器转动的结构复杂，通用性差。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种立式非接触回转体高精度测量装置及其测量方法，可利用构成的七轴运动系统驱动传感器移动或转动，实现对复杂回转体轮廓进行快速、准确的测量。

本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：

一种立式非接触回转体高精度测量装置，包括基座和配合设置在基座上的夹紧机构，所述基座上还设有XYZ三轴运动组件和非接触探头，所述XYZ三轴运动组件包括设置在基座上的Y轴直线导轨、X轴直线导轨、Z轴直线导轨以及驱动非接触探头分别沿X轴方向、Y轴方向和Z轴方向自由移动的驱动组件，所述非接触探头与XYZ三轴运动组件之间设有驱动非接触探头绕X轴回转和绕Z轴回转的转动组件，且所述转动组件与XYZ三轴运动组件连接，所述转动组件通过驱动器与所述非接触探头连接。

本发明基础方案的工作原理为：采用上述结构，在测量转动的回转体轮廓的时候，XYZ三轴运动组件可驱动非接触探头分别沿X轴方向、Y轴方向和Z轴方向自由移动，以及在非接触探头与XYZ三轴运动组件之间还设有驱动非接触探头绕X轴做180°往复回转运动和绕Z轴做180°往复回转运动的转动组件，且转动组件通过驱动器与非接触探头本体连接，加上设置在夹紧机构上的回转体受到夹紧机构上驱动器的作用可在径向上转动，构成了七轴回转体检测系统，可精确测量外形复杂的回转体轮廓，测量可达到0.1μm-0.5μm，并可以快速地提取物体的边界轮廓获得其特征信息，无须增加附件或其它仪器；进一步地，设置的非接触探头在测量时无需与待测回转体表面相接触，避免现有技术中旋转的待检测工件容易将测针弹开而导致检测失败或接触式测针容易对待检测工件表面造成划伤而影响工件质量的问题。

此外，非接触探头可采用非接触位移传感器，具体可采用光谱共焦传感器，利用发射的一束白光经过棱镜，生成沿Z轴连续的单色光，其中一个特定波长的单色光聚焦在物体表面，这束单色光通过针孔滤波光谱仪发射回光学系统，通过处理器分析其单色光的颜色便可精确计算物体位置，可以测量金属、玻璃、陶瓷以及半导体等类型材料的复杂回转体且符合ISO25178标准，适宜恶劣环境。