[發(fā)明專(zhuān)利]一種三維螺紋測(cè)量機(jī)用掃描測(cè)頭動(dòng)態(tài)特性的評(píng)價(jià)方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011243230.2
• 申請(qǐng)日: 2020-11-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112461183A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-03-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 禹靜;林希萌;蔡晉輝;李東升
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)計(jì)量大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01B21/20
• 分類(lèi)號(hào): G01B21/20
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• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明涉及三維螺紋測(cè)量機(jī)用掃描測(cè)頭領(lǐng)域，公開(kāi)了一種螺紋測(cè)量機(jī)用掃描測(cè)頭動(dòng)態(tài)特性的評(píng)價(jià)方法，包括如下步驟：(1)在螺紋測(cè)量機(jī)用掃描測(cè)頭的內(nèi)部彈性導(dǎo)向機(jī)構(gòu)處安裝分辨力小于等于10nm的光柵尺模塊；(2)將掃描測(cè)頭安裝于螺紋測(cè)量機(jī)上，使測(cè)量端處于自由狀態(tài)；(3)使用力錘對(duì)測(cè)頭的測(cè)端進(jìn)行敲擊；(4)通過(guò)光柵尺測(cè)得的數(shù)據(jù)，讀取并計(jì)算三維螺紋測(cè)量機(jī)用掃描測(cè)頭的固有頻率。本發(fā)明方法在評(píng)價(jià)過(guò)程中通過(guò)讀取計(jì)算振動(dòng)參考曲線，解決了傳統(tǒng)理論計(jì)算方法繁瑣且不準(zhǔn)確的問(wèn)題，本發(fā)明在評(píng)價(jià)過(guò)程中結(jié)合螺紋測(cè)量機(jī)用掃描測(cè)頭內(nèi)部彈性機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)，簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)的測(cè)頭動(dòng)態(tài)特性評(píng)價(jià)方法，操作簡(jiǎn)單且提高了測(cè)量效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種掃描測(cè)頭技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種三維螺紋測(cè)量機(jī)用掃描測(cè)頭動(dòng)態(tài)特性的評(píng)價(jià)方法。

背景技術(shù)

在螺紋測(cè)量行業(yè)，二維測(cè)量技術(shù)如基于影像法的萬(wàn)能工具顯微鏡測(cè)量螺紋基本參數(shù)、利用激光三角法測(cè)量螺紋軸截面輪廓繼而計(jì)算螺紋參數(shù)、三坐標(biāo)機(jī)測(cè)量法、觸針掃描式輪廓儀法等無(wú)法體現(xiàn)螺紋真實(shí)三維特性，無(wú)法滿(mǎn)足石油、航空航天、核電、汽車(chē)等先進(jìn)制造領(lǐng)域?qū)苈菁y幾何參數(shù)綜合測(cè)量的迫切需求，近年來(lái)，隨著螺紋三維測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，測(cè)量結(jié)果能夠達(dá)到提現(xiàn)三維特征的效果，但在數(shù)據(jù)的采集過(guò)程中，測(cè)頭作為測(cè)量機(jī)的核心部件之一，對(duì)其測(cè)量精度提出了更高的要求。

從結(jié)構(gòu)或原理設(shè)計(jì)、誤差補(bǔ)償和特性研究上可以實(shí)現(xiàn)測(cè)量精度的提高。對(duì)三維測(cè)量接觸式測(cè)頭的設(shè)計(jì)呈現(xiàn)多元化，將測(cè)頭與坐標(biāo)機(jī)進(jìn)行綜合補(bǔ)償與標(biāo)定，近年來(lái)較多利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立動(dòng)態(tài)誤差補(bǔ)償模型。以上兩個(gè)方面都能一定程度上提高測(cè)量精度，在特性研究上目前的測(cè)頭在靜態(tài)特性方面都能達(dá)到較好的效果，但在動(dòng)態(tài)測(cè)量時(shí)存在多種因素綜合的影響，需要對(duì)其進(jìn)行研究。螺紋測(cè)量機(jī)用掃描測(cè)頭的固有頻率、振型等是描述動(dòng)態(tài)特性的重要參數(shù)，對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)分析具有重要意義。一般來(lái)說(shuō)，通過(guò)理論及數(shù)值計(jì)算，可以估計(jì)系統(tǒng)固有頻率的頻率范圍，但很費(fèi)機(jī)時(shí)，且不準(zhǔn)確，近年來(lái)ANSYS有限元軟件代替了復(fù)雜的計(jì)算方法，但需要在建模型后對(duì)每個(gè)零件進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，該方法也是費(fèi)時(shí)的。測(cè)量系統(tǒng)的固有頻率，一般采用兩類(lèi)方法：自由振動(dòng)法和強(qiáng)迫振動(dòng)法。強(qiáng)迫振動(dòng)法實(shí)質(zhì)上就是利用共振的特點(diǎn)來(lái)測(cè)量測(cè)頭系統(tǒng)的固有頻率，即共振時(shí)的頻率就是系統(tǒng)的固有頻率，但是接觸式掃描測(cè)頭在固有頻率附近進(jìn)行測(cè)量時(shí)，共振不明顯。自由振動(dòng)法分為初位移法和敲擊法，但需要用示波器記錄波形，還要把系統(tǒng)的衰減系數(shù)也測(cè)試出來(lái)，再經(jīng)過(guò)計(jì)算方可得到測(cè)頭系統(tǒng)的固有頻率。

綜上所述，傳統(tǒng)的系統(tǒng)固有頻率的動(dòng)態(tài)特性的評(píng)價(jià)與測(cè)量復(fù)雜繁瑣，對(duì)測(cè)量條件有較高的要求，急需一種針對(duì)三維螺紋測(cè)量機(jī)用掃描測(cè)頭方便簡(jiǎn)單的評(píng)價(jià)方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有三維螺紋測(cè)量機(jī)的掃描測(cè)頭動(dòng)態(tài)特性測(cè)量方法的不足，提供了一種螺紋測(cè)量機(jī)用掃描測(cè)頭動(dòng)態(tài)特性的評(píng)價(jià)方法，本方法利用測(cè)頭結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)使其簡(jiǎn)單方便，能夠快速得到動(dòng)態(tài)特性的固有頻率這一重要參數(shù)，從而評(píng)價(jià)整個(gè)測(cè)頭系統(tǒng)。

1、本發(fā)明的目的通過(guò)如下措施來(lái)達(dá)到：一種螺紋測(cè)量機(jī)用掃描測(cè)頭動(dòng)態(tài)特性的評(píng)價(jià)方法，包括如下步驟：

(1)在螺紋測(cè)量機(jī)用掃描測(cè)頭的內(nèi)部彈性導(dǎo)向機(jī)構(gòu)處安裝分辨力小于等于10nm的光柵尺模塊(1-1)；

(2)將掃描測(cè)頭安裝于螺紋測(cè)量機(jī)上，使測(cè)量端處于自由狀態(tài)；

(3)使用力錘對(duì)測(cè)頭的測(cè)端(1-2)進(jìn)行(10-60)mN的敲擊；

(4)通過(guò)光柵尺測(cè)得的數(shù)據(jù)，獲取螺紋測(cè)量機(jī)用掃描測(cè)頭的固有頻率ω₁，具體步驟包括如下：

①獲取所述光柵數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)為關(guān)于時(shí)間的相對(duì)位移數(shù)字量，每?jī)蓚€(gè)數(shù)據(jù)間隔n毫秒；

②根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)制作時(shí)間-位移參考曲線；

③在參考曲線中計(jì)算第(2-11)個(gè)峰值之間的平均時(shí)間差按下式計(jì)算固有頻率ω₁：