[发明专利]精密球面球度在位测量装置和测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种机械测量技术领域的装置及其测量方法，具体是一种精密球面球度在位测量装置和测量方法。

背景技术

球度误差对机械零件的旋转运动具有重要影响。球面粗糙度、球面波纹、形状误差等缺陷将导致零件的磨损及过早失效，精确而高效的评定球度误差非常重要。传统测量方法是用千分尺多次测量球体直径，粗略的估算球度误差。或者通过测量被测球上两个或三个相互垂直的大圆圆度值评定球度误差。这些方法只反映球面的局部信息，不能精确评定三维球度误差。

经对现有技术文献检索发现，在滚动轴承行业中，这种基于圆度测量方法的球度误差测量方法得以应用。为了提高测量精度，日本学者Tohru Kanada1引入了统计方法，用来处理普通圆度测量系统测量的圆度值，通过测量少量的截面圆，亦可以保证可靠的测量精度。印度学者G.L.Samuel提出了基于计算几何学的算法，用于加工零件的球度误差评定。LiMei Song则在2005年提出了一种新的方法，使用三维形状恢复技术，用被测球的三维数据评定球度误差。但上述文献研究的球度测量均为离线方法，测量效率较低。

经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN101221031，公开日2008-7-16，记载了一种“新型高精度球体多参数测量仪及其精度调整方法”，该技术适用于不同直径球体的球径和球度测量，而且通过更换旋转臂对内外球面都可以进行测量，精度很高，但效率较低，不适用于球体加工中的在位测量。

进一步检索发现，中国专利文献号CN1959334，公开日2007-5-9，记载了一种“球度的检测装置及其方法”，该检测装置包括一用于测量弦高的千分表；一弦规杯，杯口内径小于被测球体的外径，杯底固设千分表，并使千分表的测量杆位于杯口圆心的轴线上，千分表的测量头位于杯口内并能触及被测球面。通过测量球面上多个点获得表面跳动最大值并计算出球度值。该方法成本低，精度高，但效率低，且不能用于球面磨床上球体零件球度的在位测量。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种精密球面球度在位测量装置及其测量方法，实现在精密球面磨床上在位测量球面工件的球度误差。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种精密球面球度在位测量装置，包括：主轴机构、回转机构、驱动机构、传感机构和编码器机构，其中：待测工件设置于主轴机构上，回转机构的中心与主轴机构转动连接，传感机构固定设置于回转机构上并与编码机构相连接，驱动机构与回转机构相连。

所述的主轴机构包括：主轴、尾座、主轴卡盘和夹具，其中：主轴与尾座相对设置于球面磨床上进行轴向运动，主轴卡盘和夹具分别设置于主轴和尾座上并与待测工件相接触。

所述的回转机构包括：回转工作台、圆弧导轨、磨头、电主轴、回转轴和回转轴承，其中：回转工作台设置于圆弧导轨上，回转轴正交设置于回转工作台的中央并套接于回转轴承内，回转轴、回转轴承和圆弧导轨同时设置于球面磨床的床身上，磨头和电主轴固定设置于回转工作台上并和待测工件正对。

所述的驱动机构包括：蜗轮、蜗杆和伺服电机，其中：蜗轮通过回转轴与回转工作台相连接，蜗杆固定设置于磨床床身上并与蜗轮相啮合，伺服电机与蜗杆固定连接并驱动蜗轮与蜗杆相对运动实现回转机构的转动。

所述的传感机构包括：位移传感器和位置调整滑台，其中：位移传感器设置于调整滑台上并面向待测工件，接触式位移传感器的测头与待测工件表面相接触。位置调整滑台设置于回转机构上，所述的位移传感器为非接触式激光位移传感器或接触式位移传感器。

所述的编码器机构包括：旋转编码器、联轴器、同步带轮、套筒和连接件，其中：旋转编码器依次与联轴器和同步带轮相连接并将检测到的带轮回转角度信号输出至测量装置控制器，同步带轮和套筒相连接，套筒固定在机床主轴箱上，旋转编码器通过连接件和套筒相连接。

本发明涉及上述精密球面球度在位测量装置的测量方法，包括以下步骤：

第一步，磨削工作完成后磨头带动砂轮退出磨削区，回转工作台转动到与主轴垂直位置。

第二步，传感器组件定位安装在回转工作台上，传感器轴线与主轴垂直，调节调整滑台Y、Z二轴旋钮使传感器轴线通过平行于工作台面的球面赤道圆最高点，并定义为o点。