[发明专利]平面度误差分离法及实时测量仪

说明书

本发明属于机械量形位误差测量领域。

目前对大尺寸工件的平面度一般利用机床加工精度来保证。由于受到机床本身精度的限制，很难达到很高精度。利用准直仪，水平仪等传统方法对大平面，尤其直径在Φ3M以上的特大平面的平面度测量极为困难。例如哈尔滨电机厂研制的Φ3.9M镜板平面度检查仪就是利用水平仪的测量方法，检查仪结构如图1所示由支架[1]、扭簧表[2]、合象水平仪[3]、平尺[4]、支承圆柱[5]、拎手[6]组成。此种方法要求避免平尺、检查仪有局部温度变化造成变形，搬移或测量校对时必须戴手套，在工作地点等温后再进行调试。合象水平仪零位必须仔细校对，要求支架转180°零位变化极微小。测量方法是在工作直径方向上用合象的水平仪的水准位置判断工件的凸心或凹心，扭簧表可以读出径向直线度凸凹程度。此方法测量时间长、精度低、对测量工具，现场环境要求高。不能进行实时测量。

为解决上述测量方法的不足之处，本发明提出一种新的测量方法，可在工件加工现场进行实时测量，并能消除因加工运动状态，机床本身精度所带来的误差，使测量结果达到较高的精度。

本发明设计出一种平面度误差分离测量方法，其特征在于采用五个测头同时测量，所说的五个测头按两个方向排列，同一方向相邻两测头之间距离相等，并且等于该方向上的测量间距，以保证各测头的测量点重合。所测数据经过数学方法处理可消除误差得到真实的平面度值。根据这种测量方法，本发明提供出一种平面度时实测量仪，其特征在于包括按上述分布的五测头及用于固定五测头的夹具[9]、直流放大器[18]、A/D转换器[19]、光电开关[21]、放大整形电路[16]、微处理机[20]等部件组成。测头测得数据经过A/D转换器输入微处理机，按予先编制的消除误差程序及平面度计算程序进行处理后实时显示出结果。

本发明所说的测量方法及原理以在立车上加工圆形平面的平面度测量为例说明如下：附图2为在立车上测量被加工零件表面平面度的装置简图，当工件[10]表面在立车上磨削完后，取下刀架[7]上的磨具，装上测头夹具[9]。工作台[11]带着工件迴转便可测量一周，刀架[7]由横梁[8]导轨带动作径向进给，同时工作台[11]继续迴转，这样就可将整个平面测量完。在测量过程中，刀架移动会使横梁变形而使测头下降而带来测量误差，另外刀架在横梁导轨面上移动，其导轨面上的直线性也会带来一定的测量误差。工作台迴转时由于迴转运动付的误差等使工作台运动平面不在同一平面，也将带来测量误差。这些误差依靠图3所示的五个测头予以有效的消除。图3中的五测头是按同半径与同圆周二个方向分布，A、B、C、D、E表示五测头位置，其中测头B位于两个方向交点上。圆周R1上A、B、C点之间距离为l₁，B、D、E点之间距离为l₂。刀架运动误差及导轨弯曲变形误差通过B、D、E三个测头分离出来并消除，工作台运动平面性误差由A、B、C和B、D、E测头分离及消除。下面以刀架运动误差及导轨弯曲变形，误差的分离及消除，建立误差分离方法的数学模型。设f（x_i）为工件表面被测量点的直线度误差;g（x_i）为测量架运动时偏离理想运动方向引起的误差;h（x_i）为测量架在移动时，由于转动而引进的附加的测头读数误差。

设开始测量时，f（x₁）＝0 g（x₁）＝0 h（x₁）＝0

三个测头读数分别为B（x₁），D（x₁），E（x₁）

则有：

B（x₁）＝f（x₁）-g（x₁）

D（x₁）＝f（x₂）-g（x₁） （1）

E（x₁）＝f（x₃）-g（x₁）

移动l距离后，则有：

B（x₂）＝f（x₂）-g（x₂）+h（x₂）

D（x₂）＝f（x₃）-g（x₂） （2）

E（x₂）＝f（x₄）-g（x₂）-h（x₂）