一种非接触激光检测回转体截面轮廓形貌误差装置论文和设计-裴永臣

全文摘要

本实用新型提供了一种非接触激光检测回转体截面轮廓形貌误差装置，主要由垂直升降台、水平滑台、滑台安装板、精密转台、激光位移传感器、编码器及各种连接件组成。通过调整滑台安装板的位置，使激光位移传感器处于最佳的量程范围内，根据被测工件表面的光学反射情况调整激光位移传感器的角度，通过计算机控制垂直升降台调整被测工件被测截面的位置，通过计算机控制精密滑台调整激光位移传感器的水平位置。传感器采集到的数据经过采集卡传输到计算机，对数据进行处理，从而得到被测工件被测截面轮廓粗糙度、波纹度、形状误差。

主设计要求

1.一种非接触激光检测回转体截面轮廓形貌误差装置，其特征在于：激光位移传感器(20)安装于激光位移传感器安装板(19)上，激光位移传感器安装板(19)安装于水平滑台(27)上，水平滑台(27)上安装于滑台安装板(29)上，滑台安装板(29)安装于实验台底板(1)上；被测工件(15)安装于三爪卡盘(14)上，三爪卡盘(14)通过三爪卡盘连接杆(16)安装于三爪卡盘底座(24)上，三爪卡盘底座(24)安装于精密转台(6)上，精密转台(6)安装在垂直升降台(3)上，垂直升降台(3)安装于实验台底板(1)上；编码器(17)安装于三爪卡盘底座(24)的轴上用编码器固定板(4)实现编码器(17)外圈的固定，编码器固定板(4)底部安装于精密转台(6)和垂直升降台(3)之间的平面间；精密转台控制器(9)、垂直升降台控制器(10)、水平滑台控制器(12)安装于控制器安装板(7)上，控制器安装板(7)安装于实验台底板(1)上；调整好激光位移传感器(20)和被测工件(15)的位置之后，驱动精密转台(6)旋转，即可测得被测工件(15)数据。

设计方案

2.根据权利要求1所述的一种非接触激光检测回转体截面轮廓形貌误差装置，其特征在于：垂直升降台(3)与实验台底板(1)螺栓连接，编码器固定板(4)下端夹在精密转台(6)和垂直升降台(3)之间，精密转台(6)与垂直升降台(3)螺纹连接，三爪卡盘底座(24)与精密转台(6)螺纹连接，编码器(17)落在三爪卡盘底座(24)上，编码器(17)内圈顶在三爪卡盘底座(24)的轴肩上，编码器(17)内孔与三爪卡盘底座(24)第二轴段的配合为过渡配合，用编码器(17)自带的锁紧螺母锁紧，编码器(17)外圈与编码器固定板(4)上端螺纹连接，三爪卡盘连接杆(16)落在三爪卡盘底座(24)轴径最小的轴段上，顶在编码器(17)内圈上，三爪卡盘连接杆(16)内孔与三爪卡盘底座(24)轴径最小的轴段的配合为过渡配合，该轴段铣削出了一个平面，通过旋转三爪卡盘连接杆(16)自带的锁紧螺钉使其顶紧在该平面上实现三爪卡盘连接杆(16)与三爪卡盘底座(24)的固连，三爪卡盘(14)通过底部的螺纹孔与三爪卡盘连接杆(16)顶部的螺纹杆螺纹连接。

3.根据权利要求2所述的一种非接触激光检测回转体截面轮廓形貌误差装置，其特征在于：滑台安装板(29)与实验台底板(1)螺纹连接，水平滑台(27)与滑台安装板(29)螺纹连接，激光位移传感器安装板(19)与水平滑台(27)螺纹连接，激光位移传感器与激光位移传感器安装板(19)螺纹连接，激光位移传感器(20)的转动和平动的自由度由螺栓(21)螺母(18)锁紧后提供的摩擦力来限制。

4.根据权利要求1所述的一种非接触激光检测回转体截面轮廓形貌误差装置，其特征在于：控制器安装板(7)与实验台底板(1)螺纹连接，精密转台控制器(9)与控制器安装板(7)螺纹连接，垂直升降台控制器(10)与控制器安装板(7)螺纹连接，水平滑台控制器(12)与控制器安装板(7)螺纹连接。

5.根据权利要求2所述的一种非接触激光检测回转体截面轮廓形貌误差装置，其特征在于：三爪卡盘底座(24)底部有四个通孔，用于和精密转台(6)顶部的螺纹孔用螺栓连接，三爪卡盘底座(24)上部有三段不同轴径的轴，第一段轴与第二段轴之间有一个退刀槽，第二段轴用于安装编码器(17)，编码器(17)内圈用轴肩定位，第三段轴用于安装三爪卡盘连接杆(16)，第三段轴铣削出一个小平面用于三爪卡盘连接杆(16)自带的紧定螺钉的锁紧。

6.根据权利要求3所述的一种非接触激光检测回转体截面轮廓形貌误差装置，其特征在于：激光位移传感器安装板(19)，由一块底板和一块立板焊接加工得到，底部有四个通孔用于安装在水平滑台(27)上，立板上有一个长条孔用于安装激光位移传感器(20)以及调整其安装位置、角度。

设计说明书

技术领域

本实用新型属于非接触激光检测领域，尤其涉及一种非接触激光检测回转体截面轮廓形貌误差装置。

背景技术

回转体是指具有一个旋转对称轴的几何图形，回转体截面的形状是圆形。回转体零件是大多数工业产品的组成部分，特别是在制造业，大约70％的工程构件都有一个旋转对称轴。由于零件的加工制造过程不可能是理想的，所以加工出的回转体零件截面不可能是理想的圆。ISO1101将圆度定义为包含给定剖面上所有点的直径相差最小的两个同心圆。工件的圆度误差是反映旋转部件质量的一个重要指标，圆度误差不合格会引起机器不正常振动、磨损、冲击等问题。

回转体截面轮廓形貌误差测量技术分为接触式测量和非接触式测量两大类。接触式测量方法在测量过程中，测头始终和被测零件表面紧密接触，存在测头磨损问题和零件表面划伤问题，且由于测头球形触头半径的存在，实际接触点和理论接触点存在差异，存在理论误差。相比于接触式测量方法，非接触测量方法解决了接触式测量横向分辨率低、测头运动路径繁琐的问题，操作简单，大大提高了检测效率。因此开展非接触激光检测回转体截面轮廓形貌误差装置研究对转体截面轮廓形貌误差检测具有重要意义。

非接触激光检测技术受被测零件表面质量影响，对于镜面反射强的零件需要利用镜面反射的光来测量而对于漫反射为主的零件表面需要利用漫反射的光的测量。

综上所述，回转体截面轮廓形貌误差检测技术的发展迫切需要一种非接触激光检测回转体截面轮廓形貌误差装置，可以精确快速测试回转体截面轮廓形貌误差。设计开发出一套非接触激光检测回转体截面轮廓形貌误差的装置，具有重要意义与实际应用价值。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种非接触激光检测回转体截面轮廓形貌误差装置，可快速准确测试回转体截面轮廓形貌误差。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种非接触激光检测回转体截面轮廓形貌误差装置，由机械装置和电器设备组成。其中机械装置包括实验台底板、滑台安装板、编码器固定板、激光位移传感器安装板、三爪卡盘底座、三爪卡盘连接杆、三爪卡盘、控制器安装板等；电器设备包括垂直升降台、水平滑台、精密转台、激光位移传感器、编码器、垂直升降台控制器、水平滑台控制器、精密转台控制器、采集卡、计算机与直流电源等。

所述的实验台底板顶部有三组螺纹孔：四个螺纹孔用于安装精密升降台，四个螺纹孔用于安装滑台安装板，两个螺纹孔用于安装控制器安装板。

所述的滑台安装板有四个长条孔，用于和实验台底板连接以及调整安装位置；滑台安装板上面有四个螺纹孔用于安装水平滑台。

所述的编码器安装板由不锈钢板弯折加工得到，底部有四个通孔用于安装在垂直升降台顶部，顶部有两个通孔用于和编码器上螺纹孔用螺栓连接。

所述的激光位移传感器安装板，由一块底板和一块立板焊接加工得到，底部有四个通孔用于安装在水平滑台上；立板上有一个长条孔用于安装激光位移传感器以及调整其安装位置、角度。

所述的三爪卡盘安装底座底部有四个通孔，用于和精密转台顶部的螺纹孔用螺栓连接；三爪卡盘安装底座上部有三段不同轴径的轴，第一段轴与第二段轴之间有一个退刀槽，第二段轴用于安装编码器，编码器内圈用轴肩定位，第三段轴用于安装三爪卡盘连接杆，第三段轴铣削出一个小平面用于三爪卡盘连接杆自带的紧定螺钉的锁紧。

所述的控制器安装板由一块不锈钢板弯折加工得到，底部有两个通孔用于安装在实验台底板上；立板中间有两个通孔用于安装精密转台控制器，两侧各有两个通孔用于安装垂直升降台控制器和水平滑台控制器。

本实用新型的优势在于：非接触式测量，不会损伤工件表面，检测效率高，操作简单，测量结果精确。本套装置可准确测试的回转体截面轮廓形貌误差包括：回转体截面的轮廓、形状误差、波纹度、粗糙度。整套装置基于激光检测原理设计，加工、装配、拆卸方便，通过程序实现自动检测，整个测试过程操作简单灵活。此外，此装置还可以用于测量表面以漫反射为主的非回转零件(如六棱轴等)的轮廓形貌误差测量。

附图说明

图1为本实用新型整体结构前侧示意图

图2为本实用新型整体结构后侧示意图

图3为本实用新型装配爆炸图

图4为本实用新型具体工作过程流程图

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型进行进一步说明：

如图1、图2、图3所示，本实用新型一种非接触激光检测回转体截面轮廓形貌误差装置，各部分依次为：实验台底板(1)、螺栓(2)、垂直升降台(3)、编码器固定板(4)、螺栓(5)、精密转台(6)、控制器安装板(7)、螺栓(8)、精密转台控制器(9)、垂直升降台控制器(10)、螺栓(11)、水平滑台控制器 (12)、螺栓(13)、三爪卡盘(14)、被测工件(15)、三爪卡盘连接杆(16)、编码器(17)、螺母(18)、激光位移传感器安装板(19)、激光位移传感器(20)、螺栓(21)、螺栓(22)、螺栓(23)、三爪卡盘底座(24)、螺栓(25)、螺栓(26)、水平滑台(27)、螺栓(28)、滑台安装板(29)；其他诸如计算机、采集卡、导线等部件并未在图中表示。

如图3所示，垂直升降台(3)通过四个螺栓(2)与实验台底板(1)固连；三个螺栓(5)穿过精密转台(6)、编码器固定板(4)的三个通孔旋进垂直升降台(3)顶部的三个螺纹孔中，实现编码器固定板(4)、精密转台(6)和紧密升降台(3)的固连；四个螺栓(23)穿过三爪卡盘底座(24)上的四个通孔旋进精密转台(6)顶部的四个螺纹孔中，实现三爪卡盘底座(24)与精密转台 (6)的固连；编码器(17)落在三爪卡盘底座(24)上，编码器(17)内圈顶在三爪卡盘底座(24)的轴肩上，编码器(17)内孔与三爪卡盘底座(24)的轴段的配合为过渡配合，用编码器(17)自带的锁紧螺母锁紧，实现编码器(17) 内圈与三爪卡盘底座(24)轴段的固连，两个螺栓(22)穿过编码器固定板(4) 顶部的两个通孔旋进编码器(17)顶部的两个螺纹孔中，实现编码器(17)外圈与编码器固定板(4)的固连；三爪卡盘连接杆(16)落在三爪卡盘底座(24) 轴径最小的轴段上，顶在编码器(17)内圈上，三爪卡盘连接杆(16)内孔与三爪卡盘底座(24)轴径最小的轴段的配合为过渡配合，该轴段铣削出了一个平面，通过旋转三爪卡盘连接杆(16)自带的锁紧螺钉使其顶紧在该平面上实现三爪卡盘连接杆(16)与三爪卡盘底座(24)的固连；三爪卡盘(14)通过底部的螺纹孔与三爪卡盘连接杆(16)顶部的螺纹杆连接；被测工件(15)通过调整三爪卡盘(14)的夹紧范围装夹在三爪卡盘(14)上；四个螺栓(28) 穿过滑台安装板(29)的四个长条孔旋进实验台底板(1)的四个螺纹孔中，实现滑台安装板(29)与实验台底板(1)的固连；四个螺栓(26)穿过水平滑台 (27)底部的四个沉头通孔旋进滑台安装板(29)的四个螺纹孔中，实现水平滑台(27)与滑台安装板(29)的固连；四个螺栓(25)穿过激光位移传感器安装板(19)底部的四个通孔旋进水平滑台(27)顶部的四个螺纹孔中，实现激光位移传感器安装板(19)与水平滑台(27)的固连；螺栓(21)穿过激光位移传感器(20)安装的沉头通孔、激光位移传感器安装板(19)的长条孔，用螺母(18)锁紧，实现激光位移传感器(20)与激光位移传感器安装板(19) 的连接，激光位移传感器(20)的转动和平动的自由度由螺栓(21)螺母(18) 锁紧后提供的摩擦力来限制；两个螺栓(8)穿过控制器安装板(7)底部的两个通孔旋进实验台底板(1)的两个螺纹孔中，实现控制器安装板(7)与实验台底板(1)的固连；两个螺栓(13)穿过控制器安装板(7)中间的两个通孔旋进精密转台控制器(9)背后的两个螺纹孔中，实现精密转台控制器(9)与控制器安装板(7)的固连；四个螺栓(11)分别穿过垂直升降台控制器(10)、水平滑台控制器(12)的四个U形孔旋进控制器安装板(7)两边的四个螺纹孔，实现垂直升降台控制器(10)与控制器安装板(7)的固连以及水平滑台控制器 (12)与控制器安装板(7)的固连。至此，一种非接触激光检测回转体截面轮廓形貌误差装置安装完成。

以下结合附图1、附图2、附图3、附图4描述本实施例中测试装置的具体工作过程：

通过调整三爪卡盘(14)的夹紧范围，将被测工件(15)装夹在三爪卡盘 (14)上；松开螺栓(28)调整滑台安装板(29)的位置，使激光位移传感器 (20)处于最佳的量程范围内，再锁紧螺栓(28)；松开螺栓(21)螺母(18)，根据被测工件表面(15)的光学反射情况调整激光位移传感器(20)的角度，调整好角度后再锁紧螺栓(21)螺母(18)；通过计算机控制垂直升降台(3) 调整被测工件(15)被测截面的位置；通过计算机控制水平滑台(27)调整激光位移传感器(20)的水平位置，使发出激光的光线尽可能靠近被测工件(15) 的轴线。编码器(17)、激光位移传感器(20)采集到的数据经过采集卡传输到计算机，利用傅立叶变换等方法对采集到的数据进行处理，可以得到不同频率的信号，根据形状误差、波纹度、粗糙度信号的频率分布特性进行滤波，分别得到各个形貌误差的信号，最后利用傅里叶反变换得到被测工件被测截面轮廓被测工件被测截面粗糙度、波纹度、形状误差的分布曲线。

设计图

一种非接触激光检测回转体截面轮廓形貌误差装置论文和设计

一种非接触激光检测回转体截面轮廓形貌误差装置论文和设计-裴永臣

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