[發明專利]中小口徑柱形元件微小孔在位精密測量裝置及方法

有效

• 申請號: 201710400530.9
• 申請日: 2017-05-31
• 公開（公告）號: CN107014333B
• 公開（公告）日: 2019-04-12
• 發明（設計）人: 趙惠英;班新星;姜淳燁;顧亞文;張楚鵬;朱學亮;趙凌宇;董龍超
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01B21/10
• 分類號: G01B21/10;G01B21/20
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 李宏德

1.中小口徑柱形元件微小孔在位精密測量方法，其特征在于，基于中小口徑柱形元件微小孔在位精密測量裝置，包括中小口徑柱形元件微小孔加工裝置和在位檢測裝置；

所述的中小口徑柱形元件微小孔加工裝置包括X向導軌副(1)，轉臺(3)，沿Z軸方向設置的主軸(12)和刀具(11)，以及用于柱形元件(6)夾裝的夾具(5)；夾具(5)同軸固定在轉臺(3)上，轉臺(3)固定在X向導軌副(1)上；轉臺(3)用于帶動柱形元件(6)在加工和測量時的Z向轉動，X向導軌副(1)用于帶動柱形元件(6)在加工和測量時的X向移動；

所述的在位檢測裝置包括Z向導軌副，與主軸(12)軸向平行設置的分節氣缸(9)，以及依次連接在分節氣缸(9)伸出端的力傳感器(8)和檢測球頭(7)；分節氣缸(9)通過氣缸固定座(10)與Z向導軌副連接；力傳感器(8)的輸出端連接用于檢測數據采集和處理的數據采集系統(14)；

所述的方法包括以下步驟，

步驟1，在中小口徑柱形元件微小孔的加工過程中需要對微小孔進行測量時，升起刀具主軸(12)，移動X向導軌副(1)橫向移動，使檢測球頭(7)的Z向軸線與轉臺(3)回轉中心重合；

步驟2，啟動分節氣缸(9)，伸出檢測球頭(7)，并移動Z向導軌副使檢測球頭(7)位于待檢柱形元件(6)的微小孔內；

步驟3，移動X向導軌副(1)使檢測球頭(7)與柱形元件(6)微小孔的一側孔壁相接觸，采集此時檢測球頭(7)的X坐標位置，然后移動X向導軌副(1)至柱形元件(6)微小孔的另一側孔壁，采集此時檢測球頭(7)的坐標位置，通過計算可得到X向導軌副(1)移動的距離，加上檢測球頭(7)直徑即可得到柱形元件(6)微小孔的孔徑大小；

步驟4，移動X向導軌副(1)使檢測球頭(7)與柱形元件(6)微小孔的一側孔壁相接觸時，保持X向導軌副(1)不動，啟動轉臺(3)，同時開始采集數據，設置每轉采集點的個數，通過數據采集系統(14)對數據進行處理，得到檢測圓周的形狀精度，即微小孔檢測圓周的圓度；

步驟5，移動Z向導軌副至柱形元件(6)微小孔的不同深度，通過重復步驟3和4兩步驟，獲得不同深度的孔徑以及圓度，通過數據處理得到柱形元件(6)微小孔的圓柱度；

步驟6，使用數據采集系統(14)對步驟(3)、步驟(4)和步驟(5)的測量結果進行數據處理，得到柱形元件(6)微小孔的二維或三維誤差評定結果，完成中小口徑柱形元件微小孔在位精密測量。

2.根據權利要求1所述的中小口徑柱形元件微小孔在位精密測量方法，其特征在于，步驟3和步驟4中，移動X向導軌副(1)使檢測球頭(7)向柱形元件(6)微小孔孔壁運動，當力傳感器(8)檢測到的接觸力達到設定值時，X向導軌副(1)停止運動，保持檢測球頭(7)與柱形元件(6)微小孔孔壁的接觸。

3.根據權利要求1所述的中小口徑柱形元件微小孔在位精密測量方法，其特征在于，所述的夾具(5)通過夾具連接板(4)固定在轉臺(3)上，轉臺(3)通過下方設置的轉臺驅動裝置(2)安裝在X向導軌副(1)上。

4.根據權利要求1所述的中小口徑柱形元件微小孔在位精密測量方法，其特征在于，所述檢測球頭(7)直徑為0.5～1mm，檢測球頭(7)的Z向軸線在X向導軌副(1)運動方向上通過柱形元件(6)的回轉中心。

5.根據權利要求1所述的中小口徑柱形元件微小孔在位精密測量方法，其特征在于，所述力傳感器其測量靈敏度小于20mN，測量范圍為±5N。

6.根據權利要求1所述的中小口徑柱形元件微小孔在位精密測量方法，其特征在于，所述轉臺(3)為超精密氣體靜壓轉臺，其回轉精度小于50nm。

7.根據權利要求1所述的中小口徑柱形元件微小孔在位精密測量方法，其特征在于：所述轉臺驅動裝置(2)包括用于驅動轉臺旋轉的力矩電機和用于控制轉臺旋轉角度的編碼器。

8.根據權利要求1所述的中小口徑柱形元件微小孔在位精密測量方法，其特征在于：所述X向導軌副(1)采用氣體靜壓導軌副。