申请/专利权人：吉林大学

申请日：2019-01-12

公开（公告）日：2024-04-19

公开（公告）号：CN109540032B

主分类号：G01B11/24

分类号：G01B11/24;G01B11/30

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.19#授权;2023.12.26#著录事项变更;2019.04.23#实质审查的生效;2019.03.29#公开

摘要：本发明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。

主权项：1.一种非接触激光检测回转体截面轮廓形貌误差装置由实验台底板1、滑台安装板29、编码器固定板4、激光位移传感器安装板19、三爪卡盘安装底座24、三爪卡盘连接杆16、三爪卡盘14、控制器安装板7、垂直升降台3、水平滑台27、精密转台6、激光位移传感器20、编码器17、垂直升降台控制器10、水平滑台控制器12、精密转台控制器9组成；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；滑台安装板29与试验台底板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20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；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；三爪卡盘安装底座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，三爪卡盘安装底座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；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；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，利用傅立叶变换方法对采集到的数据进行处理，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和被测工件被测截面粗糙度、波纹度、形状误差的分布曲线。

全文数据：一种非接触激光检测回转体截面轮廓形貌误差装置技术领域本发明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。发明内容本发明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，本发明采用的技术方案是：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、三爪卡盘安装底座、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。本发明的优势在于：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：回转体截面轮廓的形状误差、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为本发明整体结构前侧示意图图2为本发明整体结构后侧示意图图3为本发明装配爆炸图图4为本发明具体工作过程流程图具体实施方式以下结合附图对本发明进行进一步说明：如图1、图2、图3所示，本发明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、三爪卡盘安装座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的四个长条孔旋进试验台底板1的四个螺纹孔中，实现滑台安装板29与试验台底板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。

权利要求：1.一种非接触激光检测回转体截面轮廓形貌误差装置主要由实验台底板1、滑台安装板29、编码器固定板4、激光位移传感器安装板19、三爪卡盘安装底座24、三爪卡盘连接杆16、三爪卡盘14、控制器安装板7、垂直升降台3、水平滑台27、精密转台6、激光位移传感器20、编码器17、垂直升降台控制器10、水平滑台控制器12、精密转台控制器9等组成。2.根据权利要求1所述的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27和垂直升降台3之间，精密转台27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与试验台底板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：三爪卡盘安装底座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，三爪卡盘安装底座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。

百度查询： 吉林大学 一种非接触激光检测回转体截面轮廓形貌误差装置

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