全跳动综合检查仪 【技术领域】
本发明涉及一种轴类零件公差测量仪，具体地说是一种用于直线度、圆度、端面圆跳动、径向圆跳动、端面全跳动、轴向全跳动等公差项目的自动化综合检测仪。
背景技术
由于全跳动公差检测设备的欠缺，设计者在产品图样上很少标注全跳动公差项目。而轴类零件的全跳动误差对机器的工作精度、寿命等性能有着直接的影响，对高温、重载等条件下工作的机器及精密机械仪器，影响则更甚，如高精度数控车床主轴的跳动直接影响加工出来零件的精度。有鉴于此，设计了一台全跳动综合检查仪，采用步进电机驱动轴类零件回转，线位移传感器完成数据采样，计算机控制检测过程和处理实时数据。折叠式测量头能够完成圆度、轴线直线度、径向圆跳动、轴向全跳动、端面圆跳动、端面全跳动等项目的测量功能，实现一周内若干点的测量数据的采集，避免了两次安装夹紧被测零件时所引起的误差，从而能对零件作出准确的评价。
【发明内容】
本发明是要解决全跳动公差检测设备的欠缺问题，而提供一种全跳动综合检查仪。
本发明的目的是这样实现的：一种全跳动综合检查仪，包括底座部件、头架部件、测量滑板机构、测量装置、轴向、径向测量位置变换机构、控制电路、计算机，其特点是：底座上面左、右二端分别安装有头架部件和由右顶尖，锁紧机构，右顶尖座和手轮构成的右顶尖装置，中间上面安装有横向移动的测量滑板机构，测量滑板机构与底座部件之间安装有测量滑板传动机构，测量滑板机构上面安装有测量装置，测量装置上面设有轴向、径向测量位置变换机构、测量装置的传感器信号输出端依次连接控制电路，计算机，步进电机驱动电路，步进电机驱动电路输出端分别连接头架驱动电机和滑板驱动电机。
头架部件包括三相异步电动机，双级调速机构，左顶尖，滑移齿轮拔杆，卡箍，气动式定心夹盘，其中，气动式定心夹盘前端设置左顶尖，后端转动轴上连接有双级调速机构，双级调速机构中的滑移齿轮与滑移齿轮拔杆相连接，双级调速机构的输入轴与三相异步电动机输出轴相连接。
底座部件包括三相同步电动机，变速箱齿轮传动机构，丝杠，其中，丝杠后端连接变速箱齿轮传动机构，前端与测量滑板下面的传动螺母配合连接，变速箱齿轮传动机构的输入轴与三相同步电动机输出轴相连接。
测量机构包括立柱，滑动托板，传感器位置调整杆，摩擦轮，旋钮，定位套，调整旋钮，压块，其中，立柱固定连接在滑动托板上，其上端可调连接定位套，定位套右端内可调连接传感器位置调整杆，传感器位置调整杆上面的凹槽内摩擦连接摩擦轮，摩擦轮与旋钮相连接，定位套与立柱之间设有压块，压块与调整旋钮相连接。
轴向、径向测量位置变换机构包括槽形圆柱杆，螺纹立柱，弹簧铁夹，防松螺帽，其中，槽形圆柱杆的前端用螺钉拧入一个螺纹立柱，螺纹立柱上装夹一带圆孔的弹簧铁夹和拧有防松螺帽。
本发明的有益效果是：本发明集机械控制、数据采集、数据处理为一体。被测零件的回转运动和测量机构的直线运动分别由一个三相异步小功率电动机、三相同步小功率电动机通过齿轮传动系统减速装置来控制，且根据被测件的尺寸大小分别可提供高、低双速运转。即整个传动系统共有四种匹配的运转速度，计算机控制自动化实现轴类零件的自动数据采集、处理。便于操作控制，具有较高的能效比。
用于零件尺寸范围为Φ300～Φ800mm的轴类零件的多公差项目的自动测量，对于大尺寸轴类零件的公差计算机辅助测量的设计有参考意义。极大地提高了轴类零件全跳动公差测量的自动化水平，减小了人为因素引起的误差，降低了检测人员的劳动强度，提高了产品的生产效率。
【附图说明】
图1是本实用新型的结构和工作原理图；
图2是测量装置结构示意图；
图3是轴向、径向测量位置变换机构结构示意图；
图4是图中沿A-A的剖视图；
图5是本发明的电路原理图。
【具体实施方式】
下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明
如图1所示，本发明的全跳动综合检查，包括底座部件、头架部件、测量滑板机构、测量装置、轴向、径向测量位置变换机构、控制电路、计算机。
底座11上面左、右二端分别安装有头架部件和由右顶尖7，锁紧机构8，右顶尖座9和手轮10构成的右顶尖装置，中间上面安装有横向移动的测量滑板机构6，测量滑板机构6与底座部件之间安装有测量滑板传动机构，测量滑板机构6上面安装有测量装置15，测量装置15上面设有轴向、径向测量位置变换机构、测量装置15的传感器信号输出端依次连接控制电路，计算机，步进电机驱动电路，步进电机驱动电路输出端分别连接头架驱动电机和滑板驱动电机。
整个测量机构横纵向移动，顶尖和夹持机构带动被测件(轴类零件)回转运动，在轴的长度范围内检测全跳动误差值。
头架部件包括三相异步电动机1，双级调速机构2，左顶尖4，滑移齿轮拔杆3，卡箍5，气动式定心夹盘，其中，气动式定心夹盘前端设置有左顶尖4，后端转动轴上连接有双级调速机构2，双级调速机构2中的滑移齿轮与滑移齿轮拔杆3相连接，双级调速机构2的输入轴与三相异步电动机1输出轴相连接。
头架部分还可以采用一个同步低速电动机，齿轮传动机构通过换置机构(滑移齿轮在花键轴上移动)完成双速变换，实现被测件的高速30r/min、低速15r/min两级速度的回转运动。高精度双顶尖支承是保证本仪器具有较高回转精度的关键结构。轴类零件以其中心孔定位，盘套类零件以与零件相配的测量芯轴上的中心孔定位。左顶尖4为固定顶尖，右顶尖7为可伸缩式顶尖。选用气动式定心夹盘。全跳动综合检查仪在线检测系统原理如图1所示，当被测轴转动时，其径向误差及轴向误差使轴产生移动，在x、y两个方向上移动量的大小即为轴的径向、轴向跳动量，由位移传感器对工件进行检测，将位移信号变成电信号，经放大后由A/D转换板送入计算机完成数据处理和实时显示。
底座部件包括三相同步电动机12，变速箱齿轮传动机构16，丝杠13，其中，丝杠13后端连接变速箱齿轮传动机构16，前端与测量滑板下面的传动螺母配合连接，变速箱齿轮传动机构16的输入轴与三相同步电动机12输出轴相连接。
底座部件采用一个三相同步小功率电动机12，测量机构的变速箱齿轮传动机构中利用滑移齿轮完成双速变换，实现丝杠带动测量机构的高速、低速两级速度的直线运动。
在总体结构中，利用计算机控制电机，驱动被测件的传动，利用电感位移传感器代替指示表，对运动中公差项目连续采样，并由测量电路对传感器31输出的电信号放大，经A/D转换后送入计算机进行数据处理.当被测件转动一周时，计算机将测量结果和误差曲线实时显示出来。
对被测工件采用气动式定心夹盘进行定位，在电机驱动下作低速回转运动，根据要求检测地公差项目调整折叠式测量头传感器触点位置。测量头处于水平位置沿x轴匀速移动，可测量径向全跳动；测量头从铅垂位置旋转一定角度与圆柱面母线垂直时，测量轴向全跳动；处于水平位置的测量头同时沿y轴匀速移动，可测量端面全跳动。
调整测量装置使测量头进入线性量程内，通过头座的电机驱动，被测件做定轴回转运动，测量头可测量轴上每一微段上的圆跳动形位误差；如果此时测量头通过丝杆传递的轴向力做轴向直线运动，还可以测量在线性量程内被测件径向全跳动；如果要测量被测件的端面圆跳动，这时只需要把侧头弯折，纵向移动测量机构到所要测量的断面进行测量即可，这就是本机构能够多功能测量的原因。
如图2所示，测量装置包括立柱28，滑动托板21，传感器位置调整杆22，摩擦轮23，旋钮24，支臂定位套25，调整旋钮26，压块27，其中，立柱28固定连接在滑动托板21上，其上端可调连接支臂定位套25，支臂定位套25右端内可调连接传感器位置调整杆22，传感器位置调整杆22上面的凹槽内摩擦连接摩擦轮23，摩擦轮23与旋钮24相连接，支臂定位套25与立柱28之间设有压块27，压块27与调整旋钮26相连接。
Φ30螺纹式圆立柱28与滑动托板21采用M8的螺钉联接且保持垂直度要求在允差范围内，支臂定位套25和立柱28构成测量机构。转动支臂定位套25可调整测头与被测件轴线的垂直度，并通过螺钉锁紧。转动支臂定位套25上带有一个摩擦轮传动机构，通过调整旋钮24带动测量机构测头沿水平和铅直方向来回移动，以控制测头与工件的接触状态。测头在在根据测量项目和其他测量要求调节测头的位置，调整好后用小旋钮锁紧测量机构，同时进行测量。
如图3，4所示，轴向、径向测量位置变换机构包括槽形圆柱杆33，螺纹立柱34，弹簧铁夹32，防松螺帽30，其中，槽形圆柱杆33的前端用螺钉拧入一个螺纹立柱34，螺纹立柱34上装夹一带圆孔的弹簧铁夹32和拧有防松螺帽30。
通过调节弹簧铁夹32的位置实现轴向全跳动的自动化测量、径向全跳动半自动化测量的位置变换。在测量端面全跳动及有关项目时，可通过匀速转动测量机构上的摩擦轮，实现测头在端面上的径向移动。
位移传感器31的精度及稳定性直接决定整个测量系统的精度和稳定性。本检测仪是为测量跳动公差等级为3～6级、直径为Φ10～Φ300mm的工件而设计的，允许的跳动误差为0.02～0.15μm。考虑到测量时工件和传感器分别作匀低速转动和滑动，振动较轻，根据传感器选择的一般原则，选择动态分辨率为0.13～0.15μm的传感器。
采用接触式线位移传感器，即量头直接与被测件的被测表面接触，被测参数的变化，直接反映在量杆的移动量上，然后通过某种传感器转换为电量。如采用MCW-D型线位移传感器主要技术指标，它的主要特征参数见表1。
表1 位移传感器技术参数
底座11和尾座设计，纵通过步进电机带动丝杠螺母进而实现测头架在被测件上的轴向自动移位，并在底座的刻度尺上读出测头的轴向位置。
底座11上的导轨为燕尾形导轨，高精度底座导轨底座11上有平面度较高的平导轨和直线度较高的侧导轨，侧导轨对两顶尖的回转轴线具有高精度的平行度。对导轨的基本要求为：①导向精度高，对于直线导轨，即要求直线度好；②运动轻便、平稳，无爬行现象；③有足够的承载能力；④稳定可靠，安装、使用方便。主要技术参数导轨精度为10μm/100mm。
传动部分由高精度滚珠丝杠组成以适合应用于精密定位和精密测量的要求。传动部分安装有行程限位开关，可防止运动意外失控而损坏整机，使测量更为安全可靠。
如图5所示，采用以计算机为控制核心的控制系统，承担测量过程的实时控制、数据采集、数据处理、检测结果的浏览、存储和打印测试等功能。为了实现这些功能，计算机系统由主机、接口板、键盘、USB接口、打印机等硬件组成。主机采用DELL计算机、接口有MS≥1213型A/D≥D/A转换板，功能扩展板等。高精度数据采集系统，设置滤波器、放大线性补偿器等，使得整个系统的技术指标较好。为了提高计算机系统的功能，在基本硬件组成基础上，设计和组装辅助工作装置，如光电编码器等，保证微机系统的正确可靠运行。
主控程序提供一个集成化的测试环境和主测试界面，可选择测试项目和项目测试的功能，同时还具有系统管理、知识库管理等功能。用户界面采用测试项目选择窗口、测试窗口和帮助窗口，先确定需要测定的公差项目，根据公差项目进入相应的测量程序中，然后数据采集卡对位移传感器的数据进行采集和A/D转换，计算机根据读入的数据对电机和行程开关进行实时控制。整个测试过程均有帮助和操作提示。
计算机软件包括：数据采集、数据处理、测试信号的实时屏幕显示、谐波分析、数据输出及检测曲线的绘制等软件功能。考虑到近距离信息的实时性，采用外中断方式采集。
动态测量数据中包括硬件本身引入的随机误差和工件表面粗糙度引起的误差值，经A/D转换所得数据包含干扰噪声，要求必须对采样数据进行数据处理，加以滤除噪声，尤其是对精密工件的测量。
由于低通数字滤波器的截止频率比模拟滤波器的低，低通数字滤波对滤除变化极缓慢的被测信号的干扰是很有效的。精加工工件表面的跳动误差经传感器转换后得到缓变信号，测量数据中包含的随机误差量一般属高频成分，可用低通滤波的方法有效地去除。为了提高测量的可靠性和精度，利用软件算法的灵活性，故选择低通数字滤波。