CN108205290B - 基于激光位移传感器的工件调平装置 - Google Patents

基于激光位移传感器的工件调平装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了基于激光位移传感器的工件调平装置，包括床身、X向、Z向进给机构、转接板、角度微调机构、夹具、试样、工具、激光位移传感器、回转盘和电机；该X向进给机构装设在床身和Z向进给机构之间以使Z向进给机构能沿X向进给，该Z向进给机构装设在X向进给机构和转接板之间以使转接板能沿Z向进给，该角度微调机构装设在转接板和夹具之间以使夹具能相对Y向转动，该夹具夹接该试样；该回转盘转动装设在床身上且电机传动连接回转盘，该工具装接在该回转盘周壁上，该激光位移传感器装设在该回转盘端面上。它具有如下优点：能保证整个测试平面的对刀精度，能保证整个测试平面的工件调平精度。

Description

基于激光位移传感器的工件调平装置
技术领域
本发明涉及一种工件调平装置，尤其涉及一种基于激光位移传感器的工件调平装置。
背景技术
在单颗磨粒划擦平面、单点车削平面等用点在平面上做测试或加工时，工件调平精度往往能决定测试的准确性和加工的精度。目前普遍使用的对刀方法多为工具与试样上的一个点的对刀，并通过其他基准间接保证试样平面上的其他点与工具的相对位置。这种对刀方法无法保证工件的调平精度，在高精度测试与超精密加工中只能保证工件对刀点附近区域的测试或切削深度符合精度要求，离工件对刀点较远的区域则无法保证。
发明内容
本发明提供了基于激光位移传感器的工件调平装置，其克服了背景技术中工件调平所存在的不足。
本发明解决其技术问题的所采用的技术方案之一是：
基于激光位移传感器的工件调平装置，包括床身(1)、X向进给机构(2)、Z向进给机构(3)、转接板(5)、角度微调机构(6)、夹具(7)、试样(8)、工具(9)、激光位移传感器(10)、回转盘(11)和电机(12)；该X向进给机构(2)装设在床身(1)和Z向进给机构(3)之间以使Z向进给机构(3)能沿X向进给，该Z向进给机构(3)装设在X向进给机构(2)和转接板(5)之间以使转接板(5)能沿Z向进给，该角度微调机构(6)装设在转接板(5)和夹具(7)之间以使夹具(7)能相对Y向转动，该夹具(7)夹接该试样(8)；该回转盘(11)转动装设在床身(1)上且电机(12)传动连接回转盘(11)，该工具(9)装接在该回转盘(11)周壁上，该激光位移传感器(10)装设在该回转盘(11)端面上。
还包括测力仪(4)，该测力仪(4)装设在Z向进给机构(3)和转接板(5)之间。
还包括主轴，该电机(12)通过主轴传动连接回转盘(11)，该回转盘(11)轴线沿Z向布置且位于电机(12)之上。
还包括控制***，该控制***连接X向进给机构(2)、Z向进给机构(3)、角度微调机构(6)、激光位移传感器(10)和电机(12)。
本发明解决其技术问题的所采用的技术方案之二是：
上述的基于激光位移传感器的工件调平装置的工件调平方法，包括：
步骤(1)，将试样(8)装夹在夹具(7)上，通过调整角度微调装置(6)使试样(8)被测表面与Z向平行；
步骤(2)，将激光位移传感器(10)固定在回转盘(11)上，通过电机(12)带动回转盘(11)转动使激光位移传感器(10)测量方向朝向试样(8)被测表面，再锁定回转盘(11)；
步骤(3)，Z向进给机构(3)带动试样(8)运动到激光位移传感器(10)的测量点位置，使测量点能打在试样(8)被测表面上半部分；
步骤(4)，通过激光位移传感器(10)测量试样(8)上被测点到激光位移传感器(10)的距离L1，并记录L1；通过Z向进给机构(3)使试样(8)向上移动L3距离；通过激光位移传感器(10)测量试样(8)上被测点到激光位移传感器(10)的距离L2，并记录L2；
步骤(5)，计算L1-L2，若结果大于0，则采用角度微调装置(6)调整试样(8)被测表面顺时针旋转；若结果小于0，则采用角度微调装置(6)调整试样(8)被测表面逆时针旋转；计算︱L1-L2︱/L3的值，重复本步骤(5)直至︱L1-L2︱/L3<0.5μm；其中：L1-L2值越接近0，角度微调装置(6)调整角度越小；
步骤(6)，取下激光位移传感器(10)，通过电机(12)带动回转盘(11)转动使工具(9)垂直试样(8)被测表面，再锁定回转盘(11)；
步骤(7)，X向进给机构(2)驱动试样(8)向工具(9)靠近。
该步骤(7)包括：
快速进给，进给速度为(1-3)mm/s，直至工具(9)的顶端极限接近于试样(8)的划擦表面；
点动进给，每次进给(0.1-1.3)μm，直至工具(9)与试样(8)的划擦表面接触为止。
该步骤(7)中该接触与否通过测力仪(4)是否有力信号进行判断，当有力信号出现时判断为对刀完成。
本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：
激光位移传感器实时测量，同时Z向进给机构带动试样移动，根据试样上相距L3的两个采样点与激光位移传感器的距离L1、L2的大小关系，调整角度微调装置使L1-L2减小，重复上述操作直到L1-L2小到规定范围，再进行工件与试样的对刀，从而保证整个测试平面的对刀精度，从而保证整个测试平面的工件调平精度。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
图1是本具体实施方式的工件调平装置的立体示意图；
图2是本具体实施方式的激光位移传感器工件调平示意图。
具体实施方式
基于激光位移传感器的工件调平装置，请查阅图1和图2，包括床身1、X向进给机构2、Z向进给机构3、测力仪4、转接板5、角度微调机构6、夹具7、试样8、工具9、激光位移传感器10、回转盘11、主轴、电机12和控制***。
该X向进给机构2装设在床身1和Z向进给机构3之间以使Z向进给机构3能沿X向进给，该Z向进给机构3装设在X向进给机构2和转接板5之间以使转接板5能沿Z向进给，该角度微调机构6装设在转接板5和夹具7之间以使夹具7能相对Y向转动，该夹具7夹接该试样8；该回转盘11转动装设在床身1上且电机12传动连接回转盘11，该工具9装接在该回转盘11周壁上，该激光位移传感器10装设在该回转盘11端面上。其中：该X向进给机构与Z向进给机构的进给精度最好优于0.1μm，重复定位精度最好优于1μm，优选高精度直线电机；该X向进给机构与Z向进给机构的直线度误差最好优于1μm/m，优选高精度直线电机；该X向进给机构与Z向进给机构装配后的刚度最好满足在200N受力下试样退让量小于1μm；该角度微调装置最好具备较高的分辨率，其分辨率最好优于0.1°；该激光位移传感器测量精度最好优于0.01μm；角度微调装置最好具备锁定功能，锁定调整好的角度。
通过X向进给机构2与Z向进给机构3共同控制能使试样8在xyz平面内运动，通过角度微调装置6能调整试样8被测表面绕y轴转动，使试样8被测表面的角度适应测试需要。
该测力仪4装设在Z向进给机构3和转接板5之间；该电机12通过主轴传动连接回转盘11，该回转盘11轴线沿Z向布置且位于电机12之上；该控制***连接X向进给机构2、Z向进给机构3、角度微调机构6、激光位移传感器10和电机12。该工具固定在回转盘圆周上由电机带动旋转；该激光位移传感器固定在回转盘端面上，以使测量点打在试样的被测表面形成被测点。
上述的基于激光位移传感器的工件调平装置的工件调平方法，包括：
步骤1，将试样8装夹在夹具7上，通过调整角度微调装置6使试样8被测表面与Z向平行；
步骤2，将激光位移传感器10固定在回转盘11上，通过电机12带动回转盘11转动使激光位移传感器10测量方向朝向试样8被测表面，再锁定回转盘11，该锁定例如通过电机锁死回转盘；
步骤3，Z向进给机构3带动试样8运动到激光位移传感器10的测量点位置，使测量点打在试样8被测表面上半部分；
步骤4，通过激光位移传感器10测量试样8上被测点到激光位移传感器10的距离L1，并记录L1；通过Z向进给机构3使试样8向上移动L3距离；通过激光位移传感器10测量试样8上被测点到激光位移传感器10的距离L2，并记录L2；
步骤5，计算L1-L2，若结果大于0，则采用角度微调装置6调整试样8被测表面顺时针旋转；若结果小于0，则采用角度微调装置6调整试样8被测表面逆时针旋转；计算︱L1-L2︱/L3的值，重复本步骤5直至︱L1-L2︱/L3<0.5μm；其中：L1-L2值越接近0，角度微调装置6调整角度越小；
步骤6，取下激光位移传感器10，通过电机12带动回转盘11转动使工具9垂直试样8被测表面，再锁定回转盘11；
步骤7，X向进给机构2驱动试样8向工具9靠近。
该步骤7包括：
快速进给，进给速度为1-3mm/s，直至工具9的顶端极限接近于试样8的划擦表面；
点动进给，每次进给0.1-1.3μm，直至工具9与试样8的划擦表面接触为止，该接触与否通过测力仪4是否有力信号进行判断，当有力信号出现时判断为对刀完成。
以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。

Claims (6)

1.基于激光位移传感器的工件调平装置的工件调平方法，其特征在于：
该工件调平装置包括床身（1）、X向进给机构（2）、Z向进给机构（3）、转接板（5）、角度微调机构（6）、夹具（7）、试样（8）、工具（9）、激光位移传感器（10）、回转盘（11）和电机（12）；该X向进给机构（2）装设在床身（1）和Z向进给机构（3）之间以使Z向进给机构（3）能沿X向进给，该Z向进给机构（3）装设在X向进给机构（2）和转接板（5）之间以使转接板（5）能沿Z向进给，该角度微调机构（6）装设在转接板（5）和夹具（7）之间以使夹具（7）能相对Y向转动，该夹具（7）夹接该试样（8）；该回转盘（11）转动装设在床身（1）上且电机（12）传动连接回转盘（11），该工具（9）装接在该回转盘（11）周壁上，该激光位移传感器（10）装设在该回转盘（11）端面上；
该工件调平方法包括：
步骤（1），将试样（8）装夹在夹具（7）上，通过调整角度微调装置（6）使试样（8）被测表面与Z向平行；
步骤（2），将激光位移传感器（10）固定在回转盘（11）上，通过电机（12）带动回转盘（11）转动使激光位移传感器（10）测量方向朝向试样（8）被测表面，再锁定回转盘（11）；
步骤（3），Z向进给机构（3）带动试样（8）运动到激光位移传感器（10）的测量点位置，使测量点能打在试样（8）被测表面上半部分；
步骤（4），通过激光位移传感器（10）测量试样（8）上被测点到激光位移传感器（10）的距离L1，并记录L1；通过Z向进给机构（3）使试样（8）向上移动L3距离；通过激光位移传感器（10）测量试样（8）上被测点到激光位移传感器（10）的距离L2，并记录L2；
步骤（5），计算L1-L2，若结果大于0，则采用角度微调装置（6）调整试样（8）被测表面顺时针旋转；若结果小于0，则采用角度微调装置（6）调整试样（8）被测表面逆时针旋转；计算︱L1-L2︱/L3的值，重复本步骤（5）直至︱L1-L2︱/L3<0.5μm；其中：L1-L2值越接近0，角度微调装置（6）调整角度越小；
步骤（6），取下激光位移传感器（10），通过电机（12）带动回转盘（11）转动使工具（9）垂直试样（8）被测表面，再锁定回转盘（11）；
步骤（7），X向进给机构（2）驱动试样（8）向工具（9）靠近。
2.根据权利要求1所述的基于激光位移传感器的工件调平装置的工件调平方法，其特征在于：该工件调平装置还包括测力仪（4），该测力仪（4）装设在Z向进给机构（3）和转接板（5）之间。
3.根据权利要求1所述的基于激光位移传感器的工件调平装置的工件调平方法，其特征在于：该工件调平装置还包括主轴，该电机（12）通过主轴传动连接回转盘（11），该回转盘（11）轴线沿Z向布置且位于电机（12）之上。
4.根据权利要求1所述的基于激光位移传感器的工件调平装置的工件调平方法，其特征在于：该工件调平装置还包括控制***，该控制***连接X向进给机构（2）、Z向进给机构（3）、角度微调机构（6）、激光位移传感器（10）和电机（12）。
5.根据权利要求1所述的基于激光位移传感器的工件调平装置的工件调平方法，其特征在于：该步骤（7）包括：
快速进给，进给速度为（1-3）mm/s，直至工具（9）的顶端极限接近于试样（8）的划擦表面；
点动进给，每次进给（0.1-1.3）μm，直至工具（9）与试样（8）的划擦表面接触为止。
6.根据权利要求5所述的基于激光位移传感器的工件调平装置的工件调平方法，其特征在于：该工件调平装置还包括测力仪（4），该测力仪（4）装设在Z向进给机构（3）和转接板（5）之间；该步骤（7）中该接触与否通过测力仪（4）是否有力信号进行判断，当有力信号出现时判断为对刀完成。
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