CN114034257A - 高精度三维螺纹测量机 - Google Patents

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邹功文
张鹏
张达民
朱小平
杜华
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Abstract

一种高精度三维螺纹测量机，包括基座、测头和探头驱动机构，探头驱动机构安装在基座的上面，测头安装在探头驱动机构上；在基座的上面装有用于夹持被测件的工作台；测头的检测信号输出端与处理***连接。该探头驱动机构包括Z轴移动组件、R轴移动组件和旋转组件，Z轴移动组件的底端固定在基座的上面，水平设置的R轴移动组件的一端滑动连接在Z轴移动组件上；在该R轴移动组件上滑动连接测头的顶端；在所述的基座上面安装旋转组件，在该旋转组件的顶端装有所述的工作台。优点是：通过二轴直线运动，高精度转旋轴的旋转，建立圆柱坐标系，能够计算出螺纹的真实圆柱度、大中小径、牙形角及螺旋升角。通过二维扫描测头能够建立三维高精度数学模型。

Description

高精度三维螺纹测量机
技术领域
本发明涉及一种高精度三维螺纹测量机，用于螺纹测量。
背景技术
在传统接触式扫描测量中，通过二轴直线运动加一个摆动轴构成的二维扫描采样，描绘出螺纹的二维图形，再计算出螺纹的大中小径及牙形角，可以通过手动更换工件或量规扫描不同截面，得到不同截面的螺纹的大中小径及牙形角。可见，上述的传统接触式扫描方法不能得到各截面的相对坐标关系，体现不出螺纹的三维空间形状。
发明内容
本发明提供一种高精度三维螺纹测量机，以解决现有技术存在的上述问题。
本发明的技术方案是：一种高精度三维螺纹测量机，包括基座、测头和探头驱动机构，探头驱动机构安装在基座的上面，测头安装在探头驱动机构上；在该基座的上面装有用于夹持被测件的工作台；该测头的检测信号输出端通过数据电缆与处理***连接，其特征在于，所述的探头驱动机构包括Z轴移动组件、R轴移动组件和旋转组件，Z轴移动组件的底端固定在基座的上面，水平设置的R轴移动组件的一端滑动连接在Z轴移动组件上；在该R轴移动组件上滑动连接测头的顶端；在所述的基座上面安装旋转组件，在该旋转组件的顶端装有所述的工作台。
本发明的优点是：通过Z轴移动组件和R高精度转轴直线运动及高精度转轴的旋转转动，Z轴移动组件采集记录螺纹轴向坐标值，R轴移动组件采集记录螺纹径向坐标值，旋转组件采集记录螺纹不同截面角度坐标值，测头控制和补偿Z轴坐标及R轴坐标值，建立圆柱坐标系。进行螺纹多条不同截面的扫描，在圆柱坐标系里描绘出各截面空间坐标，通过软件构建环塞量规三维测量模型，计算出螺纹的真实圆柱度、大中小径、牙形角及螺旋升角。
附图说明
图1是本发明整体的立体结构示意图；
图2是本发明的剖视图。
附图标记说明：1、Z轴移动组件，2、Z轴电机，3、Z轴丝杆，4、Z轴直线光栅，5、Z轴平衡配重，6、Z轴滑套，7、Z轴大理石导轨，8、R轴气浮导轨，81、支架，9、R轴丝杆，10、R轴电机，11、R向直线光栅，12、R向平衡配重，13、R轴移动组件，14、R轴滑套，15、R轴驱动装置,16、Z轴驱动装置，17、旋转组件，18、固定法兰，19、旋转电机，20、圆光栅角度编码器，21、底座，22、减振装置（气囊），23、大理石台面，24、测头，25、工作台，26、气浮旋转轴。
具体实施方式
参见图1和图2，本发明一种高精度三维螺纹测量机，包括基座、测头24和探头驱动机构，探头驱动机构安装在基座的上面，测头24安装在探头驱动机构上；在该基座的上面装有用于夹持被测件的工作台25；该测头24的检测信号输出端通过数据电缆与处理***连接，其特征在于，所述的探头驱动机构包括Z轴移动组件1、R轴移动组件13和旋转组件17，Z轴移动组件1的底端固定在基座的上面，水平设置的R轴移动组件13的一端滑动连接在Z轴移动组件1上；在该R轴移动组件13上滑动连接测头24的顶端；在所述的基座上面安装旋转组件17，在该旋转组件17的顶端装有所述的工作台25。测头24为现有技术。
所述的Z轴移动组件1包括Z轴大理石导轨7、Z轴滑套6、Z轴驱动装置、Z轴直线光栅4和Z轴平衡配重5，Z轴大理石导轨7的底端固定在该基座的上面，Z轴滑套6滑动安装在Z轴大理石导轨7上，该Z轴滑套6的上端通过配重绳与Z轴平衡配重5的顶端连接，该配重绳支撑在两个分别安装在Z轴大理石导轨7两侧并具有相同高度的滑轮上；在该Z轴大理石导轨7的顶端装有用于驱动该Z轴滑套6沿着Z轴大理石导轨7移动的Z轴驱动装置；在该Z轴大理石导轨7的一侧装有Z轴直线光栅4，该Z轴直线光栅4用于采集被测件的被扫描表面的Z向坐标，Z轴直线光栅4的信号输出端与所述的处理***连接。Z轴平衡配重5能够提高Z轴滑套6的行走平稳性。
所述的Z轴驱动装置包括Z轴电机2和Z轴丝杆3，Z轴电机2安装在该Z轴大理石导轨7的顶端；该Z轴丝杆3安装在Z轴大理石导轨7的凹槽内，Z轴丝杆3的顶端与Z轴电机2的输出轴同轴连接；在该Z轴丝杆3上装有螺母，所述的Z轴滑套6与该螺母连接。
所述的R轴移动组件13包括R轴气浮导轨8、R轴滑套14和R轴驱动装置，水平设置的R轴气浮导轨8一端通过支架81固定在所述的Z轴滑套6上，在该R轴气浮导轨8上滑动安装R轴滑套14，所述的测头24安装在R轴滑套14的下面；在该R轴气浮导轨8另一端的支架81上装有用于驱动R轴滑套14沿着该R轴气浮导轨8移动的R轴驱动装置；在该R轴气浮导轨8上装有R向直线光栅11。R轴直线光栅11用于采集被扫描表面的R坐标(被测工件或量规螺纹直径方向)，R轴直线光栅11的信号输出端与所述的处理***连接。
所述的R轴驱动装置包括R轴丝杆9和R轴电机10，R轴电机10安装在该R轴气浮导轨8的另一端，R轴丝杆9转动安装在该R轴导轨13的水平凹槽内，该R轴丝杆9一端与该R轴电机10的输出轴同轴连接；在该R轴丝杆9上装有螺母，所述的R轴滑套14与该螺母连接。电机10驱动R轴丝杆9转动，从而带动螺母和R轴滑套14左右移动。
在所述R轴滑套14的上方装有用于恒定R轴移动组件13重心的R向平衡配重12，该R轴平衡配重12连接在环形带上，该环形带环绕支撑在两个安装在相同高度的带轮之间，该带轮转动安装在该支架81的上面；该R轴平衡配重12和R轴滑套14分别连接在该环形带的上端和下端。
所述的基座包括底座21、大理石台面23和减振装置22（如气囊），大理石台面23设在底座21的上面，在大理石台面23与底座21之间装有减振装置22；在该大理石台面23的中部设有用于安装旋转组件17的安装孔。通过减振装置22隔离环境振动对测量的影响。
所述的旋转组件17包括固定法兰18、旋转电机19、气浮旋转轴26和圆光栅角度编码器20，圆筒状的固定法兰18安装在大理石台面23的安装孔内，气浮旋转轴26转动安装在该固定法兰18内，所述工作台25的底面安装于气浮旋转轴26的顶端；该气浮旋转轴26的底端与旋转电机19的转子同轴连接；在面对该转子下面的电机端盖上装有圆光栅角度编码器20，用于采集被测件的角度值。
本发明通过Z轴移动组件1和R轴移动组件 13带动测头24的Z、R二轴直线运动，以及通过旋转组件17带动工作台25旋转,建立圆柱坐标系，实现被测件的螺纹不同截面的扫描，描绘出各截面在圆柱坐标系里，通过软件（为现有技术）构建环塞量规三维测量模型。
本发明的R轴移动组件13中的Z轴大理石导轨7可以采用高精度直线导轨代替；气浮旋转轴26可以用密珠转轴代替。

Claims (8)

1.一种高精度三维螺纹测量机，包括基座、测头（24）和探头驱动机构，探头驱动机构安装在基座的上面，测头（24）安装在探头驱动机构上；在该基座的上面装有用于夹持被测件的工作台（25）；该测头（24）的检测信号输出端通过数据电缆与处理***连接，其特征在于，所述的探头驱动机构包括Z轴移动组件（1）、R轴移动组件（13）和旋转组件（17），Z轴移动组件(1)的底端固定在基座的上面，水平设置的R轴移动组件(13)的一端滑动连接在Z轴移动组件(1)上；在该R轴移动组件(13)上滑动连接测头（24）的顶端；在所述的基座上面安装旋转组件（17），在该旋转组件（17）的顶端装有所述的工作台（25）。
2.根据权利要求1所述的高精度三维螺纹测量机，其特征在于，所述的Z轴移动组件（1）包括Z轴大理石导轨（7）、Z轴滑套（6）、Z轴驱动装置、Z轴直线光栅(4)和Z轴平衡配重(5)，Z轴大理石导轨（7）的底端固定在该基座的上面，Z轴滑套（6）滑动安装在Z轴大理石导轨（7）上，该Z轴滑套（6）的上端通过配重绳与Z轴平衡配重(5)的顶端连接，该配重绳支撑在两个分别安装在Z轴大理石导轨（7）两侧并具有相同高度的滑轮上；在该Z轴大理石导轨（7）的顶端装有用于驱动该Z轴滑套（6）沿着Z轴大理石导轨（7）移动的Z轴驱动装置；在该Z轴大理石导轨(7)的一侧装有Z轴直线光栅(4)，该Z轴直线光栅(4)用于采集被测件的被扫描表面的Z向坐标，并与所述的处理***连接。
3.根据权利要求2所述的高精度三维螺纹测量机，其特征在于，所述的Z轴驱动装置包括Z轴电机(2)和Z轴丝杆(3)，Z轴电机(2)安装在该Z轴大理石导轨(7)的顶端；该Z轴丝杆(3)安装在Z轴大理石导轨(7)的凹槽内，Z轴丝杆(3)的顶端与Z轴电机(2)的输出轴同轴连接；在该Z轴丝杆(3)上装有螺母，所述的Z轴滑套(6)与该螺母连接。
4.根据权利要求1所述的高精度三维螺纹测量机，其特征在于，所述的R轴移动组件(13) 包括R轴气浮导轨(8)、R轴滑套(14)和R轴驱动装置，水平设置的R轴气浮导轨（8）一端通过支架（81）固定在所述的Z轴滑套(6)上，在该R轴气浮导轨（8）上滑动安装R轴滑套(14)，所述的测头（24）安装在R轴滑套(14)的下面；在该R轴气浮导轨（8）另一端的支架（81）上装有用于驱动R轴滑套(14)沿着该R轴气浮导轨（8）移动的R轴驱动装置；在该R轴气浮导轨(8)上装有R向直线光栅(11），用于采集被测工件的R坐标，并与所述的处理***连接。
5.根据权利要求4所述的高精度三维螺纹测量机，其特征在于，所述的R轴驱动装置包括R轴丝杆(9)和R轴电机(10)，R轴电机(10)安装在该R轴气浮导轨(8)的另一端，R轴丝杆(9)转动安装在该R轴导轨(13)的水平凹槽内，该R轴丝杆(9)一端与该R轴电机(10)的输出轴同轴连接；在该R轴丝杆(9)上装有螺母，所述的R轴滑套(14)与该螺母连接。
6.根据权利要求4所述的高精度三维螺纹测量机，其特征在于，在所述R轴滑套(14)的上方装有用于恒定R轴移动组件(13)重心的R向平衡配重(12)，该R轴平衡配重（12）连接在环形带上，该环形带环绕支撑在两个安装在相同高度的带轮之间，该带轮转动安装在该支架（81）的上面；该R轴平衡配重（12）和R轴滑套(14)分别连接在该环形带的上端和下端。
7.根据权利要求1所述的高精度三维螺纹测量机，其特征在于，所述的基座包括底座（21）、大理石台面(23)和减振装置（22），大理石台面（23）设在底座（21）的上面，在大理石台面（23）与底座（21）之间装有减振装置（22）；在该大理石台面(23)的中部设有用于安装旋转组件（17）的安装孔。
8.根据权利要求7所述的高精度三维螺纹测量机，其特征在于，所述的旋转组件（17）包括固定法兰(18)、旋转电机(19)、气浮旋转轴（26）和圆光栅角度编码器（20），圆筒状的固定法兰(18)安装在大理石台面（23）的安装孔内，气浮旋转轴（26）转动安装在该固定法兰(18)内，所述工作台（25）的底面安装于气浮旋转轴（26）的顶端；该气浮旋转轴（26）的底端与旋转电机(19)的转子同轴连接；在面对该转子下面的电机端盖上装有圆光栅角度编码器（20），用于采集被测件的角度值。
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