一种大尺寸平板零件平面度测量装置

技术领域

本发明属于检测技术与自动化装置领域，涉及一种大尺寸平板零件平面度测量装置。

背景技术

平面度是一种衡量零件上某一平面起伏不平程度的形状误差。对测量器具和仪器、平面滑动轴承、平板玻璃等而言，平面度是评价其质量的重要指标之一。目前有很多可以测量平面度的量具、仪器和装置，例如平晶、水平仪、三坐标测量机、基于激光位移传感器的平面度测量装置等，但这些量具、测量仪器和装置普遍存在原理或结构上难以克服的测量精度低、效率慢或范围小等不足。例如，基于干涉法原理的平晶虽然测量精度可达亚微米级，不适用于尺寸大于250mm的大平面，且效率低；三坐标测量机虽可实现几百毫米乃至米级尺寸平面平面度的微米级测量，但具有效率低、体积大、不适用于生产现场测量等缺陷；基于激光位移传感器的平面度测量装置虽然也可达到微米级的测量精度，但对于尺寸较大的平面，仪器的测量头和被测零件中的一个必须运动才可实现整个平面的测量。由于导轨本身的制造精度会引入较大的运动误差，难以在>200mm的大尺寸下达到微米量级的测量精度。随着大尺寸平板零件平面度测量的精度和效率要求越来越高，现有的平面度测量器具、仪器和装置均难以在测量的精度、效率和适用生产现场的多重要求，急需一种可实现大尺寸平板零件平面度高精度、高效率和适用于生产现场的测量装置。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出了一种大尺寸平板零件平面度测量装置。其采用的技术方案是：一种大尺寸平板零件平面度测量装置，包括支撑系统、被测零件定位系统、测量系统、运动系统、自动控制系统(图中未示出)。其中，支撑系统由底板1、立柱2和顶板3组成；被测零件定位系统由球头支座4、定位杆5、托盘6、气缸7和气缸安装架8构成；测量系统由位移传感器17和上位机34构成。运动系统分为转动系统和移动系统，转动系统包括电机I9、电机安装架I10、联轴器11、转动轴12、圆锥滚子轴承27、轴承座29和止推垫圈28；移动系统包括支撑架13、电机II21、电机安装架II14、导轨安装板15、导轨18、滑块30、传感器安装板22、传感器安装架23、拉簧16、绳索19、驱动轮20、惰轮24、惰轮安装架25、开口销26。自动控制系统包括位移传感器17、可编程控制器33和上位机34。

支撑系统中，底板1和顶板3分别与立柱2的两端通过螺钉固联。被测零件定位系统中，球头支座4和定位杆5均通过螺钉固定于底板1上对应的槽内；气缸7与底板1通过气缸安装架8固联；托盘6通过螺钉与气缸7的推杆固联。转动系统中，电机安装架I10通过螺钉与顶板3固联；电机I9与电机安装架I10通过螺钉固联；联轴器11的两端通过螺钉分别与电机I9的输出轴和转动轴12固联；轴承座29通过螺钉与顶板3固联；止推垫圈安装在轴承座29中的槽内；圆锥滚子轴承27的外圈与轴承座29紧配；转动轴12与圆锥滚子轴承27的内圈紧配；转动轴12和导轨安装板15分别通过螺钉与支撑架13固联。移动系统中，电机II21与电机安装架II14通过螺钉固联；电机安装架II14和导轨18与导轨安装板15均通过螺钉固联；滑块30与导轨18滑配；惰轮安装架25通过螺钉固联于导轨18的远端；驱动轮20与电机II21的输出轴固联；惰轮24与惰轮安装架25上的轴转动配合；开口销26固定于惰轮安装架25轴上的孔内；绳索19的两端分别与驱动轮20和传感器安装板22固联，并位于惰轮24外圈上的凹槽内；传感器安装板22与滑块30通过螺钉固联；传感器安装板22与传感器安装架23通过螺钉固联；拉簧16的两端分别与导轨安装板上的螺钉I31和安装在导轨安装板上的螺钉II32连接。测量系统中，位移传感器17与传感器安装板22通过螺钉固联，并与上位机34有电信号联接。自动控制系统中，布置于不同位置的位移传感器17均与可编程控制器33有电信号联接，可编程控制器33与上位机34有电信号联接。

本发明的优点在于：(1)采用高精度导轨以及位移传感器可圆周和径向组合运动的测量模式，可缩小位移传感器移动的距离，降低了移动引入的误差；采用高精度圆锥滚子轴承作为转动系统垂直方向上的支撑，保证了转动系统的转动在垂直方向上引入的误差。这些都有利于提高测量的准确度。(2)位移传感器的圆周和径向组合运动模式，可根据需要实现同心圆、螺旋、径向或直线等多种测点布局的测量。(3)通过延长导轨可实现更大尺寸零件的平面度测量。(4)体积小，测量效率高，可用于生产现场。因此，具有较好应用前景。

附图说明

图1为本发明所述的一种大尺寸平板零件平面度测量装置总体结构图。

图2为本发明所述的被测零件定位系统局部结构图。

图3为本发明所述的移动系统局部结构图。

图4为本发明所述的移动系统中惰轮的安装图。

图5为本发明所述的一种大尺寸平板零件平面度测量装置的上视图。

图6为图5的A-A的剖面图。

图7为本发明所述的转动系统的立体图。

图8为本发明所述的移动系统中滑块的安装图。

图9为本发明所述的测量方法中的螺旋线采点法的采点图。

图10为本发明所述的测量方法中的同心圆采点法的采点图。

图11为本发明所述的测量方法中的极坐标采点法的采点图。国内图形对不上

图12为本发明所述的测量方法的流程图。

图中：1.底板，2.立柱，3.顶板，4.球头支座，5.定位杆，6.托盘，7.气缸，8.气缸安装架，9.电机I，10.电机安装架I，11.联轴器，12.转动轴，13.支撑架，14.电机安装架II，15.导轨安装板，16.拉簧，17.位移传感器，18.导轨，19.绳索，20.驱动轮，21.电机II，22传感器安装板，23.传感器安装架，24.惰轮，25.惰轮安装架，26.开口销，27.圆锥滚子轴承，28.止推垫圈，29.轴承座，30.滑块，31.螺钉I，32.螺钉II，33.可编程控制器，34.上位机

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

参见图1和图2，本发明所述大尺寸平面度测量装置在开始工作前，被测零件定位系统中的托盘6处于最高位置，球头支座4和定位杆5可根据被测零件的大小进行调整，并锁紧于某一具体位置，以适应不同尺寸的被测零件。通过人工或自动的方式将被测零件置于托盘6上，并由定位杆5限位，使其几何中心与转动系统的中心一致。装置启动，自动控制系统控制气缸7下行，被测零件与三个球头支座4接触并由其稳定支撑。三个等高球头支座4的最高点决定的理想平面作为平面度测量的评定平面。此时托盘6与被测零件的下面脱离。电机I9的转动，带动位移传感器17以电机I9的输出轴为中心转动；电机II21的转动，通过驱动轮20和绳索19带动位移传感器17沿导轨18向外侧移动。同时，位移传感器17采集被测零件上表面被测点的高度坐标值。这种圆周和径向组合运动的模式，可实现同心圆、螺旋、径向或直线等多种测点布局的测量，且被测点的数量可根据需要自由设定。获得被测表面所有被测点的数据后，气缸7动作，顶起被测零件，可采取人工或自动方式使被测零件离开检测位。同时，电机II21反转，位移传感器17在拉簧16和绳索19的综合作用下回到其原始位置；上位机34则根据平面度的评定原则对数据进行计算，并给出被测零件平面度的合格性判断。如此即完成了一个被测零件的平面度测量。本发明所有运动零部件的运动及其逻辑顺序、位置或角度的检测等均由自动控制系统按既定的程序进行控制。

参考图9、图10和图11，本发明所述位移传感器17通过转动系统以及移动系统可实现螺旋线式采点方式、同心圆式的采点方式以及极坐标式的采点方式进行采点得到数据，上位机分析过后即可计算出平面度。

参考图12，本发明所述的上位机通过软件控制可控制编程器33发出脉冲信号控制电机I9和电机II21工作，位移传感器17测得的数据输出给上位机34，上位机34计算得出被测零件平面度后开始下一轮测量。