CN110907172B - 滚动直线导轨副行走精度测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种滚动直线导轨副行走精度测量装置及测量方法，装置包括床体部件，用于支撑待测滚动直线导轨副及其他部件，且提供测量基准；气浮驱动部件，用于驱动滑块驱动部件沿待测滚动直线导轨副的导轨轴向运动；滑块驱动部件，用于驱动待测滚动直线导轨副的滑块及导轨副测量部件沿所述导轨轴向运动；导轨副测量部件，用于测量滑块在运动过程中的行走精度。方法基于上述装置实现，能够获得滚动直线导轨副中滑块顶面相对导轨底面基准的高度及尺寸偏差、滑块侧面相对导轨侧面基准的宽度及尺寸偏差。本发明装置结构和测量方法简单，且部件运动过程中摩擦力小，测量方式受环境因素影响较小，最终测量的结果误差小、精度高，具有广阔的应用前景。

Description

滚动直线导轨副行走精度测量装置及测量方法

技术领域

本发明涉及滚动直线导轨副精度检测领域，特别涉及一种滚动直线导轨副行走精度测量装置及测量方法。

背景技术

滚动直线导轨副是一种高精度、高效率和高使用寿命的直线驱动单元，被广泛应用于机床、汽车和航空航天等领域，其行走精度对使用性能有很大的影响。为了提高国内滚动直线导轨副的产品性能，需要对滚动直线导轨副的行走精度进行检测。

滚动直线导轨副的行走精度的测量方法主要有手动测量和自动化测量两种。手动测量方法对检测平台的精度和粗糙度要求高，对测试人员的操作要求高，检测效率低、重复性较差。自动化测量方法分为接触式和非接触式两种：非接触式测量方法成本高，受环境影响因素大，在油污、温度等因素影响下，测得的结果误差大；接触式测量方法需将传感器触头放置在滑块上，该方法较为便捷，误差小。

中国专利201110090329.8提供了一种滚动直线导轨副综合精度检测仪，能够对滚动直线导轨副的精度进行测量。其装置的机架上设置有用于夹装滚动直线导轨副的两个平台，分别设置在机架的左右两侧，平台的左、右两侧设置有滑动导轨，龙门架安装在滑动导轨上，龙门架上吊装有5个非接触式测头，测头分别对应滚动直线导轨副的滑块侧面、滑块上表面的左、中、右位置以及平台的上表面。在进行精度测量的过程中，驱动传感器与被测滑块同步运动，从而进行实时测量。但是由于其装置是非接触式测量，故其受环境因素影响较大，例如温度、油污等，所以造成的误差也较大。

中国专利201210325388.3提供了一种滚动直线导轨副综合精度及性能测试装置，其花岗岩床身上设置有左右对称的直线电机定子，在两个直线电机定子中间设置有直线电机动子，在两个直线电机定子外侧设置有左右对称的两个直线电机导轨，在直线电机导轨一侧设置有转接板，在转接板上设置有被测导轨，两个直线电机导轨上都安装有电机导轨滑块，滑台与直线电机动子以及电机导轨滑块固连，滑台上安装有噪声测试台，被测滑块安装在被测导轨上，综合测试台安装在被测滑块上，通过综合测试台上安装的激光位移传感器对滚动直线导轨副的综合精度进行测量。但是由于其测量装置是非接触式激光位移传感器，故其受环境因素影响较大，例如温度、油污等，所以造成的误差也较大，并且采用直线电机定子动子驱动，设计较为复杂，成本高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种测量精度高、成本低的滚动直线导轨副行走精度测量装置及测量方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种滚动直线导轨副行走精度测量装置，包括：床体部件、气浮驱动部件、滑块驱动部件以及导轨副测量部件；

所述床体部件，用于支撑待测滚动直线导轨副及其他部件，且提供测量基准；

所述气浮驱动部件，用于驱动滑块驱动部件沿待测滚动直线导轨副的导轨轴向运动；

所述滑块驱动部件，用于驱动待测滚动直线导轨副的滑块及导轨副测量部件沿所述导轨轴向运动；

所述导轨副测量部件，用于测量滑块在运动过程中的行走精度。

进一步地，所述床体部件包括床身以及设置在床身尾部的用于提供测量基准的标准块；所述标准块的高度和宽度与标准滚动直线导轨副导轨的高度和宽度一致；所述待测滚动直线导轨副包括导轨和滑块，导轨沿床身长度方向设置且与标准块同轴。

进一步地，所述气浮驱动部件包括驱动电机、减速器、支撑架、齿轮、齿条、第一气浮装置、第二气浮装置以及龙门；所述第一气浮装置包括第一气浮滑块，第二气浮装置包括第二气浮滑块，第一气浮装置、第二气浮装置分别设置在沿床身宽度方向床身的两侧，且两者通过龙门连接；所述齿条设置在床身上且与所述导轨平行，齿条上设置与齿条相啮合的齿轮；驱动电机的电机轴、减速器、齿轮同轴依次相连，且减速器、驱动电机通过支撑架固连于第二气浮滑块，驱动电机驱动齿轮沿齿条运动，进而驱动第一气浮装置、第二气浮装置、龙门与齿轮同步运动。

进一步地，所述滑块驱动部件包括第一连接杆、第二连接杆、第一驱动杆、第二驱动杆，所述第一连接杆的一端、第二连接杆的一端分别固连于龙门上沿床身长度方向的两侧，第一驱动杆的一端、第二驱动杆的一端分别与滑块的两端相接触，第一连接杆的另一端、第二连接杆的另一端分别与第一驱动杆的另一端、第二驱动杆的另一端相连。

进一步地，所述导轨副测量部件包括第一底座、第二底座、第一磁性表架、第二磁性表架、第一电子千分表、第二电子千分表；所述第二底座固连于龙门，第一底座通过弹性元件与所述第二底座相连且与所述导轨的侧面相贴紧；第一底座上设置用于固定第一电子千分表的第一磁性表架、用于固定第二电子千分表的第二磁性表架，其中，第一电子千分表用于测量所述滑块顶面相对于标准块顶面的距离及该距离的变动量，第二电子千分表用于测量所述滑块侧面相对于标准块侧面的距离及该距离的变动量。

基于上述滚动直线导轨副行走精度测量装置的测量方法，包括以下步骤：

步骤1、将待测滚动直线导轨副和标准块同轴安装在床身上，调节第一驱动杆和第二驱动杆使两者均不与滑块相接触；

步骤2、将龙门移动至床身尾部标准块所在位置，调节第一电子千分表、第二电子千分表的表头分别接触标准块的顶面和侧面，记录测得的数据分别为h₁、w₁；

步骤3、将龙门移动到床身的头部，并调节第一驱动杆和第二驱动杆使两者分别与滑块沿导轨轴向方向的两端相接触；

步骤4、调节第一电子千分表、第二电子千分表的表头分别接触滑块的顶面和侧面；

步骤5、启动驱动电机工作，驱动第一气浮装置、第二气浮装置、龙门运动，进而驱动滑块驱动部件、导轨副测量部件沿待测滚动直线导轨副的轴向进行往复运动，记录第一电子千分表、第二电子千分表分别测得的n组数据h₂₁,h₂₂，…,h_2n和w₂₁,w₂₂，…,w_2n；

步骤6、根据步骤2和步骤5中测得的数据求取待测滚动直线导轨副的行走精度值，包括：

待测滚动直线导轨副的顶面相对于底面基准的距离H为：

式中，

H₀表示已知的标准块顶面到底面基准的距离；

待测滚动直线导轨副的侧面相对于侧面基准的距离W为：

式中，

W₀表示已知的标准块侧面到侧面基准的距离；

待测滚动直线导轨副的顶面平行度误差ΔH：

ΔH＝|h_2max-h_2min|

式中，h_2max、h_2min分别表示h₂₁,h₂₂，…,h_2n中的最大值和最小值；

待测滚动直线导轨副的侧面平行度误差ΔW：

ΔW＝|w_2max-w_2min|

式中，w_2max、w_2min分别表示w₂₁,w₂₂，…,w_2n中的最大值和最小值。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：1)本发明装置采用气浮装置使得运动过程中的摩擦力小，且其中一侧的气浮装置与床身凸台顶面、两侧形成气膜，另一侧气浮装置仅与床身表面形成气膜，能获得较小的气浮左右跨度，使得气浮装置左右变动量少，引入的误差较小；2)采用直线电机驱动，使得机械结构设计合理，结构简单，制造成本低；3)采用电子千分表进行测量，通过传感器的探头与待测滚动直线导轨副直接接触的方式获得测量数据，使得测量结果受环境因素影响较小，因而整个装置测量误差小，精度高；4)测量方法和手动测量类似，测量结果接近手动测量方式且测量过程简单。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1为本发明滚动直线导轨副行走精度测量装置总体结构图。

图2为本发明滚动直线导轨副行走精度测量装置床体部件结构图。

图3为本发明滚动直线导轨副行走精度测量装置气浮驱动部件结构图。

图4为本发明滚动直线导轨副行走精度测量装置滑块驱动部件结构图。

图5为本发明滚动直线导轨副行走精度测量装置导轨副测量部件结构主视图。

图6为本发明滚动直线导轨副行走精度测量装置导轨副测量部件结构俯视图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

结合图1，本发明提供了一种滚动直线导轨副行走精度测量装置，包括：床体部件、气浮驱动部件、滑块驱动部件以及导轨副测量部件；

床体部件，用于支撑待测滚动直线导轨副及其他部件，且提供测量基准；

气浮驱动部件，用于驱动滑块驱动部件沿待测滚动直线导轨副的导轨轴向运动；

滑块驱动部件，用于驱动待测滚动直线导轨副的滑块及导轨副测量部件沿导轨轴向运动；

导轨副测量部件，用于测量滑块在运动过程中的行走精度。

进一步地，在其中一个实施例中，结合图2，床体部件包括床身1以及设置在床身1尾部的用于提供测量基准的标准块18；标准块18的高度和宽度与标准滚动直线导轨副导轨的高度和宽度一致；待测滚动直线导轨副包括导轨9和滑块10，导轨9沿床身1长度方向设置且与标准块18同轴。

进一步地，在其中一个实施例中，结合图3，气浮驱动部件包括驱动电机7、减速器6、支撑架5、齿轮4、齿条3、第一气浮装置、第二气浮装置以及龙门11；第一气浮装置包括第一气浮滑块2，第二气浮装置包括第二气浮滑块8，第一气浮装置、第二气浮装置分别设置在沿床身1宽度方向床身1的两侧，且两者通过龙门11连接；齿条3设置在床身1上且与导轨9平行，齿条3上设置与齿条3相啮合的齿轮4；驱动电机7的电机轴、减速器6、齿轮4同轴依次相连，且减速器6、驱动电机7通过支撑架5固连于第二气浮滑块8，驱动电机7驱动齿轮4沿齿条3运动，进而驱动第一气浮装置、第二气浮装置、龙门11与齿轮4同步运动。

进一步优选地，在其中一个实施例中，上述第二气浮滑块8设置在床身1的凸台上。

进一步示例性地，在其中一个实施例中，上述凸台由床身1上沿床身1长度方向设置的一个凹槽与床身1沿长度方向的侧面形成。

进一步示例性地，在其中一个实施例中，上述凸台由床身1上沿床身1长度方向设置的两个凹槽形成。

进一步地，在其中一个实施例中，结合图4，滑块驱动部件包括第一连接杆19、第二连接杆21、第一驱动杆20、第二驱动杆22，第一连接杆19的一端、第二连接杆21的一端分别固连于龙门11上沿床身1长度方向的两侧，第一驱动杆20的一端、第二驱动杆22的一端分别与滑块10的两端相接触，第一连接杆19的另一端、第二连接杆21的另一端分别与第一驱动杆20的另一端、第二驱动杆22的另一端相连。

进一步地，在其中一个实施例中，结合图5和图6，导轨副测量部件包括第一底座12、第二底座13、第一磁性表架15、第二磁性表架17、第一电子千分表14、第二电子千分表16；第二底座13固连于龙门11，第一底座12通过弹性元件23与第二底座13相连且与导轨9的侧面相贴紧；第一底座12上设置用于固定第一电子千分表14的第一磁性表架15、用于固定第二电子千分表16的第二磁性表架17，其中，第一电子千分表14用于测量滑块10顶面相对于标准块18顶面的距离及该距离的变动量，第二电子千分表16用于测量滑块10侧面相对于标准块18侧面的距离及该距离的变动量。

进一步示例性地，在其中一个实施例中，弹性元件23具体采用弹簧。

基于上述滚动直线导轨副行走精度测量装置的测量方法，包括以下步骤：

步骤1、将待测滚动直线导轨副和标准块18同轴安装在床身1上，调节第一驱动杆20和第二驱动杆22使两者均不与滑块10相接触；

步骤2、将龙门11移动至床身1尾部标准块18所在位置，调节第一电子千分表14、第二电子千分表16的表头分别接触标准块18的顶面和侧面，记录测得的数据分别为h₁、w₁；

步骤3、将龙门11移动到床身1的头部，并调节第一驱动杆20和第二驱动杆22使两者分别与滑块10沿导轨9轴向方向的两端相接触；

步骤4、调节第一电子千分表14、第二电子千分表16的表头分别接触滑块10的顶面和侧面；

步骤5、启动驱动电机7工作，驱动第一气浮装置、第二气浮装置、龙门11运动，进而驱动滑块驱动部件、导轨副测量部件沿待测滚动直线导轨副的轴向进行往复运动，记录第一电子千分表14、第二电子千分表16分别测得的n组数据h₂₁,h₂₂，…,h_2n和w₂₁,w₂₂，…,w_2n；

步骤6、根据步骤2和步骤5中测得的数据求取待测滚动直线导轨副的行走精度值，包括：

待测滚动直线导轨副的顶面相对于底面基准的距离H为：

式中，

H₀表示已知的标准块18顶面到底面基准的距离；

待测滚动直线导轨副的侧面相对于侧面基准的距离W为：

式中，

W₀表示已知的标准块18侧面到侧面基准的距离；

待测滚动直线导轨副的顶面平行度误差ΔH：

ΔH＝|h_2max-h_2min|

式中，h_2max、h_2min分别表示h₂₁,h₂₂，…,h_2n中的最大值和最小值；

待测滚动直线导轨副的侧面平行度误差ΔW：

ΔW＝|w_2max-w_2min|

式中，w_2max、w_2min分别表示w₂₁,w₂₂，…,w_2n中的最大值和最小值。

本发明提出的滚动直线导轨副行走精度测量装置，结构和测量方法简单，且部件运动过程中摩擦力小，测量方式受环境因素影响较小，最终测量的结果误差小、精度高，具有广阔的应用前景。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种滚动直线导轨副行走精度测量装置，其特征在于，包括：床体部件、气浮驱动部件、滑块驱动部件以及导轨副测量部件；

所述床体部件，用于支撑待测滚动直线导轨副及其他部件，且提供测量基准；包括床身(1)以及设置在床身(1)尾部的用于提供测量基准的标准块(18)；所述标准块(18)的高度和宽度与标准滚动直线导轨副导轨的高度和宽度一致；所述待测滚动直线导轨副包括导轨(9)和滑块(10)，导轨(9)沿床身(1)长度方向设置且与标准块(18)同轴；

所述气浮驱动部件，用于驱动滑块驱动部件沿待测滚动直线导轨副的导轨轴向运动；包括驱动电机(7)、减速器(6)、支撑架(5)、齿轮(4)、齿条(3)、第一气浮装置、第二气浮装置以及龙门(11)；所述第一气浮装置包括第一气浮滑块(2)，第二气浮装置包括第二气浮滑块(8)，第一气浮装置、第二气浮装置分别设置在沿床身(1)宽度方向床身(1)的两侧，且两者通过龙门(11)连接；所述齿条(3)设置在床身(1)上且与所述导轨(9)平行，齿条(3)上设置与齿条(3)相啮合的齿轮(4)；驱动电机(7)的电机轴、减速器(6)、齿轮(4)同轴依次相连，且减速器(6)、驱动电机(7)通过支撑架(5)固连于第二气浮滑块(8)，驱动电机(7)驱动齿轮(4)沿齿条(3)运动，进而驱动第一气浮装置、第二气浮装置、龙门(11)与齿轮(4)同步运动；

所述滑块驱动部件，用于驱动待测滚动直线导轨副的滑块及导轨副测量部件沿所述导轨轴向运动；

所述导轨副测量部件，用于测量滑块在运动过程中的行走精度；包括第一底座(12)、第二底座(13)、第一磁性表架(15)、第二磁性表架(17)、第一电子千分表(14)、第二电子千分表(16)；所述第二底座(13)固连于龙门(11)，第一底座(12)通过弹性元件(23)与所述第二底座(13)相连且与所述导轨(9)的侧面相贴紧；第一底座(12)上设置用于固定第一电子千分表(14)的第一磁性表架(15)、用于固定第二电子千分表(16)的第二磁性表架(17)，其中，第一电子千分表(14)用于测量所述滑块(10)顶面相对于标准块(18)顶面的距离及该距离的变动量，第二电子千分表(16)用于测量所述滑块(10)侧面相对于标准块(18)侧面的距离及该距离的变动量。

2.根据权利要求1所述的滚动直线导轨副行走精度测量装置，其特征在于，所述第二气浮滑块(8)设置在床身(1)的凸台上。

3.根据权利要求2所述的滚动直线导轨副行走精度测量装置，其特征在于，所述凸台由床身(1)上沿床身(1)长度方向设置的一个凹槽与床身(1)沿长度方向的侧面形成。

4.根据权利要求2所述的滚动直线导轨副行走精度测量装置，其特征在于，所述凸台由床身(1)上沿床身(1)长度方向设置的两个凹槽形成。

5.根据权利要求1所述的滚动直线导轨副行走精度测量装置，其特征在于，所述滑块驱动部件包括第一连接杆(19)、第二连接杆(21)、第一驱动杆(20)、第二驱动杆(22)，所述第一连接杆(19)的一端、第二连接杆(21)的一端分别固连于龙门(11)上沿床身(1)长度方向的两侧，第一驱动杆(20)的一端、第二驱动杆(22)的一端分别与滑块(10)的两端相接触，第一连接杆(19)的另一端、第二连接杆(21)的另一端分别与第一驱动杆(20)的另一端、第二驱动杆(22)的另一端相连。

6.根据权利要求1所述的滚动直线导轨副行走精度测量装置，其特征在于，所述弹性元件(23)具体采用弹簧。

7.基于权利要求5所述的滚动直线导轨副行走精度测量装置的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、将待测滚动直线导轨副和标准块(18)同轴安装在床身(1)上，调节第一驱动杆(20)和第二驱动杆(22)使两者均不与滑块(10)相接触；

步骤2、将龙门(11)移动至床身(1)尾部标准块(18)所在位置，调节第一电子千分表(14)、第二电子千分表(16)的表头分别接触标准块(18)的顶面和侧面，记录测得的数据分别为h₁、w₁；

步骤3、将龙门(11)移动到床身(1)的头部，并调节第一驱动杆(20)和第二驱动杆(22)使两者分别与滑块(10)沿导轨(9)轴向方向的两端相接触；

步骤4、调节第一电子千分表(14)、第二电子千分表(16)的表头分别接触滑块(10)的顶面和侧面；

步骤5、启动驱动电机(7)工作，驱动第一气浮装置、第二气浮装置、龙门(11)运动，进而驱动滑块驱动部件、导轨副测量部件沿待测滚动直线导轨副的轴向进行往复运动，记录第一电子千分表(14)、第二电子千分表(16)分别测得的n组数据h₂₁,h₂₂，…,h_2n和w₂₁,w₂₂，…,w_2n；

步骤6、根据步骤2和步骤5中测得的数据求取待测滚动直线导轨副的行走精度值，包括：

待测滚动直线导轨副的顶面相对于底面基准的距离H为：

式中，

H₀表示已知的标准块(18)顶面到底面基准的距离；

待测滚动直线导轨副的侧面相对于侧面基准的距离W为：

式中，

W₀表示已知的标准块(18)侧面到侧面基准的距离；

待测滚动直线导轨副的顶面平行度误差ΔH：

ΔH＝|h_2max-h_2min|

式中，h_2max、h_2min分别表示h₂₁,h₂₂，…,h_2n中的最大值和最小值；

待测滚动直线导轨副的侧面平行度误差ΔW：

ΔW＝|w_2max-w_2min|

式中，w_2max、w_2min分别表示w₂₁,w₂₂，…,w_2n中的最大值和最小值。

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