[發明專利]一種大型拋光機盤面平面度檢測裝置及其工作方法

有效

• 申請號: 201811095740.2
• 申請日: 2018-09-19
• 公開（公告）號: CN109238218B
• 公開（公告）日: 2019-12-27
• 發明（設計）人: 朱祥龍;康仁科;董志剛;馬進;高尚;郭江;金洙吉
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01B21/30
• 分類號: G01B21/30
• 代理公司: 21212 大連東方專利代理有限責任公司
• 代理人: 李洪福

1.一種大型拋光機拋光盤的平面度檢測裝置，其特征在于：包括基座(1)、氣體靜壓軸承單元、擺臂(6)、距離傳感器(7)、拋光盤(8)、液壓轉臺(9)和工控機，所述的氣體靜壓軸承單元包括氣體靜壓軸承座(2)、氣體靜壓軸承(3)、主軸角度傳感器(4)和氣體靜壓主軸(5)，所述的拋光盤(8)安裝在液壓轉臺(9)上，所述的氣體靜壓軸承單元和液壓轉臺(9)并列固定在基座(1)上，所述的擺臂(6)通過擺臂(6)右端的定位孔和氣體靜壓主軸(5)相連接，所述的距離傳感器(7)通過擺臂(6)左端的定位孔和擺臂(6)相連接；

所述的氣體靜壓軸承(3)固定在氣體靜壓軸承座(2)上，所述的氣體靜壓主軸(5)為階梯軸，兩端定位部分軸徑較大，中間定位部分軸徑較小，上端定位部分的下表面與氣體靜壓軸承(3)上表面接觸，下端定位部分的上表面與氣體靜壓軸承(3)下表面接觸，中間定位部分的圓柱狀側面與氣體靜壓軸承(3)內孔接觸并配合；所述的氣體靜壓軸承(3)設有六個氣體通道，六個氣體通道在水平方向上以氣體靜壓軸承(3)內孔為中心沿周向均勻分布；每個氣體通道均為十字形通道，十字形通道的徑向通道與氣體靜壓軸承(3)的內外表面連通，十字形通道的軸向通道與氣體靜壓軸承(3)的上下表面連通；所述的氣體靜壓軸承單元工作時，六個氣體通道同時供氣，保證氣體靜壓主軸(5)的平穩旋轉；所述的主軸角度傳感器(4)為圓環狀結構，底面固定在氣體靜壓軸承(3)的上表面，內側面與氣體靜壓主軸(5)的上端定位部分的外圓表面間隙配合，通過氣體靜壓軸承(3)和氣體靜壓主軸(5)的相對角度變化測量氣體靜壓主軸(5)的旋轉角度；

所述的工控機通過數據線分別與直驅電機、伺服電機、距離傳感器(7)和主軸角度傳感器(4)連接；

所述的工控機中安裝檢測控制系統，所述的檢測控制系統在LabVIEW環境下基于研華API通用函數框架二次開發，包括拋光盤旋轉單元、氣體靜壓主軸旋轉單元和數據采集及計算單元，所述的拋光盤旋轉單元控制直驅電機帶動液壓轉臺(9)，從而實現拋光盤(8)的穩定旋轉，并將旋轉角度傳輸至數據采集及計算單元中；所述的氣體靜壓主軸旋轉單元控制伺服電機帶動氣體靜壓主軸(5)旋轉，從而實現擺臂(6)在規定范圍內的定軸旋轉運動，旋轉角度傳輸至數據采集及計算單元中；所述的數據采集及計算單元采集并儲存拋光盤(8)旋轉角度數據、氣體靜壓主軸(5)旋轉角度數據和與之對應的距離傳感器(7)數據，經數據處理后計算得出拋光盤(8)的平面度。

2.根據權利要求1所述的一種大型拋光機拋光盤的平面度檢測裝置，其特征在于：所述的氣體靜壓主軸(5)的兩端定位部分軸徑相等。

3.根據權利要求1所述的一種大型拋光機拋光盤的平面度檢測裝置，其特征在于：所述的十字形通道的軸向通道和徑向通道均為圓形通道，徑向通道的外端口為進氣口，另外三個端口均為出氣口。

4.根據權利要求1所述的一種大型拋光機拋光盤的平面度檢測裝置，其特征在于：所述的擺臂(6)的長度為拋光盤(8)半徑的0.4～0.8倍。

5.一種如權利要求1所述的大型拋光機拋光盤的平面度檢測裝置的工作方法，其特征在于：包括以下步驟：

A、氣體靜壓主軸(5)旋轉帶動擺臂(6)運動，距離傳感器(7)測量臨時安裝在基座(1)上的位置標定塊的位置數據并清零，完成位置標定；

B、氣體靜壓主軸(5)旋轉帶動擺臂(6)作定軸旋轉運動，主軸角度傳感器(4)記錄擺臂(6)的擺動角度，與此同時距離傳感器(7)測量拋光盤(8)各點的位置數據；

C、不斷重復步驟B直至達到單次測量預定的測量點數，隨后將拋光盤(8)各點位置數據及擺臂(6)旋轉角度一一對應并傳輸至數據采集及計算單元，拋光盤旋轉單元控制拋光盤(8)旋轉角度θ，θ由液壓轉臺(9)測得；

D、不斷依次重復步驟B、C直至達到預定的測量次數，隨后，數據采集及計算單元使用最小二乘法計算出拋光盤(8)的平面度；

所述的拋光盤(8)的平面度計算方法，包括以下步驟：

D1、求出單次測量時測量點C與原點A的距離；

AC²＝a²+b²-2abcosα

其中，AC為單次測量時測量點與原點的距離，a＝b為擺臂(6)中距離傳感器(7)定位孔中心到氣體靜壓主軸(5)定位孔中心的距離，α為擺臂(6)擺動的角度；

D2、求出拋光盤(8)旋轉角度θ后測量點的直角坐標；

其中，x為拋光盤(8)旋轉角度θ后測量點的橫向直角坐標，y為拋光盤(8)旋轉角度θ后測量點的縱向直角坐標，θ為拋光盤(8)的旋轉角度；

D3、求出拋光盤(8)的平面度；

z＝Dx+Ey+F

f＝max(z’-z)-min(z’-z)

式中，N為測量點的數量，取值范圍為1≤N≤2000；z’為距離傳感器(7)經位置標定后測量拋光盤(8)的形貌數據，f為拋光盤(8)的平面度，i為測量點的序號；α取值范圍為0°≤α≤90°；θ取值范圍為0°≤θ≤360°。