專利名稱：觸針式三維粗糙度測(cè)量?jī)x的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及觸針式三維粗糙度測(cè)量?jī)x。
背景技術(shù)：
零件表面質(zhì)量的測(cè)量與評(píng)定通常由粗糙度測(cè)量?jī)x完成，現(xiàn)在廣泛使用觸針式粗糙度測(cè)量?jī)x，盡管它存在一些缺陷，但仍是目前最常用，最可靠的表面粗糙度測(cè)量?jī)x，并且一直是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)及各國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)制定的依據(jù)。這類儀器基于感應(yīng)式位移傳感的原理，由觸針以一定速度在被測(cè)表面移動(dòng)，由于表面的微觀不平度引起觸針的上下運(yùn)動(dòng)，從而跟蹤描述出被測(cè)輪廓的幾何形狀，連續(xù)的一段輪廓(通常為4mm)信息經(jīng)濾波、A/D轉(zhuǎn)換、放大后，得到x，y兩個(gè)方向的二維數(shù)值，經(jīng)計(jì)算獲得粗糙度參數(shù)值，一般包括算術(shù)平均偏差Ra、輪廓最大高度Ry、十點(diǎn)高度Rz、輪廓微觀不平度的平均間距Sm等十幾個(gè)參數(shù)，所有這些參數(shù)都是基于一段二維輪廓。
隨著制造技術(shù)的飛速發(fā)展、工藝水平的不斷提高，特別是零件表面本身特殊功能屬性的要求，對(duì)零件表面質(zhì)量的評(píng)定提出了更高的要求，如制件表面的耐磨性、密封性、傳熱性、導(dǎo)電性以及對(duì)光線和聲波的反射性，液體和氣體在壁面的流動(dòng)性、腐蝕性，薄膜，集成電路元件以及人造器官的表面性能等；另外，許多廠家希望通過表面型貌特征反映其工藝過程的問題，如加工表面的金屬變形與褶皺等缺陷，表面粗大峰的密度對(duì)油漆性能、反光性能的影響，電子元器件表面的導(dǎo)電、導(dǎo)磁、導(dǎo)熱性能等。于是針對(duì)零件個(gè)性化性能的三維特征，出現(xiàn)了大量的行業(yè)和企業(yè)的評(píng)價(jià)需求，如氣缸套內(nèi)表面平臺(tái)珩磨網(wǎng)紋的測(cè)量等。這些技術(shù)性能的評(píng)價(jià)常常依賴于制件表面特征的狀況，與表面的微觀幾何結(jié)構(gòu)有密切聯(lián)系，而傳統(tǒng)用于表面特征測(cè)量評(píng)定的粗糙度測(cè)量?jī)x，只能采樣表面一段二維輪廓，二維粗糙度評(píng)定參數(shù)由于信息量的限制，它不能全面準(zhǔn)確地反映零件表面的性態(tài)，不能評(píng)定上述大量制件的表面性能。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于設(shè)計(jì)了一種觸針式三維粗糙度測(cè)量?jī)x，實(shí)現(xiàn)表面的三維評(píng)定，描述零件整體特性，全面準(zhǔn)確地反映零件表面的性態(tài)，提高加工工藝水平。
本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是觸針式三維粗糙度測(cè)量?jī)x是在觸針式粗糙度測(cè)量?jī)x的基礎(chǔ)上，把工作臺(tái)面分為上下兩部分，上部分為旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)，可以繞平行于x軸的某一軸心線轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)范圍+10°～-10°，并可精確分度，相當(dāng)于一萬能角度尺；工作臺(tái)下部分安裝伺服裝置，帶動(dòng)整個(gè)工作臺(tái)沿Z軸方向精確自動(dòng)進(jìn)給。
對(duì)于平面的測(cè)量，觸針在完成一次快速掃描采樣后，由控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)返回掃描起點(diǎn)，工作臺(tái)伺服裝置帶動(dòng)工件沿Z軸移動(dòng)一給定距離，具體數(shù)值視精度要求要求選定，一般取0.02mm，觸針進(jìn)行第二次快速掃描，以此類推，直到完成n次掃描，每次掃描結(jié)束自動(dòng)保存本次采樣的x、y、z數(shù)值，這樣就獲得某一區(qū)域表面三維數(shù)據(jù)。
對(duì)于回轉(zhuǎn)體內(nèi)外表面的測(cè)量，可通過V形鐵把軸類、套類零件固定于工作臺(tái)上，不同直徑的回轉(zhuǎn)體零件，通過調(diào)節(jié)V形鐵高度，使零件軸心線與旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)軸心線基本重合。旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)可以繞平行于x軸的某一固定軸線旋轉(zhuǎn)，并可精確分度，相當(dāng)于一萬能角度尺，通過旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)的精確分度，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)旋轉(zhuǎn)體內(nèi)外表面某一區(qū)域的數(shù)據(jù)采樣。


圖1為觸針式二維粗糙度測(cè)量?jī)x示意圖圖2為觸針式三維粗糙度測(cè)量?jī)x示意圖圖3為使用觸針式三維粗糙度測(cè)量?jī)x測(cè)量氣缸套內(nèi)表面平臺(tái)珩磨網(wǎng)紋評(píng)定指標(biāo)系列圖圖中1立柱、2驅(qū)動(dòng)箱、3傳感器、4觸針、5工件、6旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)、7工作臺(tái)、8工作臺(tái)伺服裝置、9基礎(chǔ)平臺(tái)
具體實(shí)施方式
如圖2所示，該測(cè)量?jī)x主要由立柱1、驅(qū)動(dòng)箱2、傳感器3、觸針4、旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)6、工作臺(tái)7、伺服裝置8組成，立柱1安裝基礎(chǔ)平臺(tái)9上，驅(qū)動(dòng)箱2連接立柱1上，觸針4連接驅(qū)動(dòng)箱2，觸針與驅(qū)動(dòng)箱間安裝傳感器3，由旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)6和工作臺(tái)7組成工作臺(tái)面，工作臺(tái)面安裝基礎(chǔ)平臺(tái)9上，安裝基礎(chǔ)平臺(tái)9上的工作臺(tái)伺服裝置8連接工作臺(tái)7。
對(duì)于平面的測(cè)量，觸針在完成一次快速掃描采樣后，由控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)返回掃描起點(diǎn)，工作臺(tái)伺服裝置帶動(dòng)工件沿Z軸移動(dòng)一給定距離，具體數(shù)值視精度要求要求選定，一般取0.02mm，觸針進(jìn)行第二次快速掃描，以此類推，直到完成n次掃描，每次掃描結(jié)束自動(dòng)保存本次采樣的x、y、z數(shù)值，獲得某一區(qū)域表面三維數(shù)據(jù)。以觸針掃描長(zhǎng)度的常用值4mm為基準(zhǔn)，確定最大采樣區(qū)域?yàn)?mm×4mm＝16mm2，根據(jù)表面精度及功能屬性的要求，評(píng)定區(qū)域可通過Z軸采樣長(zhǎng)度的選擇及三維數(shù)據(jù)的取舍在1mm2到16mm2之間選擇。
對(duì)于回轉(zhuǎn)體內(nèi)外表面的測(cè)量，可通過V形鐵把軸類、套類零件固定于工作臺(tái)上，不同直徑的回轉(zhuǎn)體零件，通過調(diào)節(jié)V形鐵高度，使零件軸心線與旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)軸心線基本重合。旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)可以繞平行于x軸的某一固定軸線旋轉(zhuǎn)，并可精確分度，相當(dāng)于一萬能角度尺，通過旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)的精確分度，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)旋轉(zhuǎn)體內(nèi)外表面某一區(qū)域的數(shù)據(jù)采樣。
采樣后的三維數(shù)據(jù)通過專門的數(shù)據(jù)處理軟件，可以得到完整的表面三維立體圖，并可以按公式計(jì)算表面三維算術(shù)平均偏差R3a，三維均方根偏差R3q及三維輪廓支承長(zhǎng)度t3p等常規(guī)參數(shù)，以及設(shè)定的一系列非標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)。實(shí)現(xiàn)三維表面再現(xiàn)，其意義已不在是幾個(gè)通用參數(shù)，而是可以實(shí)現(xiàn)不同表面?zhèn)€性化功能屬性的描述。
如圖3所示，我們對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸套內(nèi)表面珩磨平臺(tái)網(wǎng)紋進(jìn)行了測(cè)試，通過三維信息，可以對(duì)珩磨汽缸套內(nèi)表面的網(wǎng)紋角度及分布進(jìn)行定量描述，對(duì)表面由于金屬變形而造成的深溝槽的覆蓋進(jìn)行描述，進(jìn)而指導(dǎo)加工工藝過程的改進(jìn)，可以設(shè)定基準(zhǔn)面，定量描述某一基準(zhǔn)面上方的峰谷數(shù)量與分布，以評(píng)定缸套表面磨合期的長(zhǎng)短，以及表面的反光性能，油漆性能等。對(duì)于人造器官表面及集成電路元件等可以通過有限元、分形理論等方法進(jìn)行深入分析。
觸針式三維粗糙度測(cè)量?jī)x與三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)有著明顯的區(qū)別。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)主要是通過掃描采集表面數(shù)據(jù)，對(duì)復(fù)雜工件幾何形狀及輪廓進(jìn)行測(cè)量與分析，如檢測(cè)機(jī)翼、渦輪葉片、凸輪、專用模具等。也可以利用采樣樣件的表面點(diǎn)，使用逆向工程功能，把采樣點(diǎn)導(dǎo)入CAD工作站，從而產(chǎn)生零件幾何形狀的數(shù)字化描述。相對(duì)于三維粗糙度而言，它是宏觀的幾何尺寸、形狀的測(cè)量與反求，不涉及微觀粗糙度參數(shù)的測(cè)量與評(píng)價(jià)。
表面形貌評(píng)定的核心在于特征信號(hào)的無失真提取和對(duì)使用性能的量化評(píng)定，對(duì)用戶開放原始三維數(shù)據(jù)通訊口，觸針式三維粗糙度測(cè)量?jī)x將成為科研工作者進(jìn)行粗糙度基礎(chǔ)理論研究的有力工具。隨著當(dāng)今微機(jī)處理技術(shù)、集成電路技術(shù)、機(jī)電一體化技術(shù)等的發(fā)展，可對(duì)表面進(jìn)行分離與重構(gòu)，應(yīng)用分形理論、Motif法、功能參數(shù)集法、時(shí)間序列技術(shù)分析法、最小二乘多項(xiàng)式擬合法、濾波法等各種評(píng)定理論與方法進(jìn)行研究。
觸針式三維粗糙度測(cè)量?jī)x具有以下優(yōu)點(diǎn)1.由于是在二維粗糙度測(cè)量?jī)x的基礎(chǔ)上改進(jìn)而成，三維測(cè)量?jī)x保留了原儀器所有的功能。
2.可以實(shí)現(xiàn)平面、斜面、回轉(zhuǎn)體內(nèi)外表面的三維形貌再現(xiàn)與評(píng)定，突破傳統(tǒng)二維形貌的限制，三維評(píng)定具有整體特性，能夠全面準(zhǔn)確地反映零件表面的性態(tài)，描述零件表面特性。
3.觸針式三維粗糙度測(cè)量?jī)x的功能和測(cè)量對(duì)象得到巨大擴(kuò)展，可面對(duì)各類金屬切削表面與非金屬表面，如建筑、裝飾材料、電子元器件等，儀器不再是單一功能、單一用途、單一用戶的產(chǎn)品。
權(quán)利要求1.觸針式三維粗糙度測(cè)量?jī)x，其特征在于該測(cè)量?jī)x主要由立柱(1)、驅(qū)動(dòng)箱(2)、傳感器(3)、觸針(4)、旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)(6)、工作臺(tái)(7)、伺服裝置(8)組成，立柱(1)安裝基礎(chǔ)平臺(tái)(9)上，驅(qū)動(dòng)箱(2)連接立柱(1)上，觸針(4)連接驅(qū)動(dòng)箱(2)，觸針與驅(qū)動(dòng)箱間安裝傳感器(3)，由旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)(6)和工作臺(tái)(7)組成工作臺(tái)面，工作臺(tái)面安裝基礎(chǔ)平臺(tái)(9)上，安裝基礎(chǔ)平臺(tái)(9)上的工作臺(tái)伺服裝置(8)連接工作臺(tái)(7)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了觸針式三維粗糙度測(cè)量?jī)x，該測(cè)量?jī)x主要由立柱(1)、驅(qū)動(dòng)箱(2)、傳感器(3)、觸針(4)、旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)(6)、工作臺(tái)(7)、伺服裝置(8)組成，立柱(1)安裝基礎(chǔ)平臺(tái)(9)上，驅(qū)動(dòng)箱(2)連接立柱(1)上，觸針(4)連接驅(qū)動(dòng)箱(2)，觸針與驅(qū)動(dòng)箱間安裝傳感器(3)，由旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)(6)和工作臺(tái)(7)組成工作臺(tái)面，工作臺(tái)面安裝基礎(chǔ)平臺(tái)(9)上，安裝基礎(chǔ)平臺(tái)(9)上的工作臺(tái)伺服裝置(8)連接工作臺(tái)(7)?？梢詫?shí)現(xiàn)平面、斜面、回轉(zhuǎn)體內(nèi)外表面的三維形貌再現(xiàn)與評(píng)定，突破傳統(tǒng)二維形貌的限制，三維評(píng)定具有整體特性，能夠全面準(zhǔn)確地反映零件表面的性態(tài)，描述零件表面特性。
文檔編號(hào)G01B5/28GK2786552SQ20042002571
公開日2006年6月7日 申請(qǐng)日期2004年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月23日
發(fā)明者李伯奎, 劉遠(yuǎn)偉, 王林高 申請(qǐng)人:淮陰工學(xué)院