【正文】 兩大類。無直線 基準(zhǔn)測量和有直線測量基準(zhǔn)。 無直線基準(zhǔn)測量法： 是指被測對象直線度的測量不是與某種直線基準(zhǔn)進(jìn)行比較 ,而是沿被測表面以線值測量的方法 ,得到被測表面上各采樣點(diǎn)的偏差值 ,然后經(jīng)數(shù)據(jù)處理得到被測對象的直線度誤差值。無直線基準(zhǔn)測量主要采用誤差分離法。所謂誤差分離法是指從測量結(jié)果中將標(biāo)準(zhǔn)量的誤差和被測量的誤差分離開來 ,從而提高測量精重慶理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 管材直線度檢測機(jī)系統(tǒng)設(shè)計 2 度和測量效率。按照信息獲得的途徑不同 ,無直線基準(zhǔn)測量法又可分為反向法、錯位法和多測頭法。反向法是將被測零件進(jìn)行兩次安裝 ,并分別進(jìn)行兩次測量 ,兩次安裝的位置正好反向 ,經(jīng)數(shù)據(jù)處理求出被測零件的直線 度誤差。根據(jù)采用的直尺的數(shù)量 ,又可分為單尺法 ,雙尺法和三尺法。 移位法是通過被測零件的起始測量位置的變動進(jìn)行兩次測量 ,即第 1 次測量后 ,被測件向前平移一跨距 ,再進(jìn)行第 2 次測量 ,經(jīng)數(shù)據(jù)處理可消除測量基準(zhǔn)本身的直線的誤差 ,求出被測件的直線度誤 多測頭法也叫多測點(diǎn)法 ,如圖 。在測量架上安裝多個測頭 (A, B ) ,然后以測頭間距 (L )為步長逐次測量 ,各次測量的首尾端點(diǎn)相接 ,并記錄下每個測頭的讀數(shù) ,然后通過數(shù)據(jù)處理進(jìn)行誤差分析 ,可同時得到被測表面的直線度和測量架的直線度偏差線。 圖 多測頭法測直線度原理圖 有直線基準(zhǔn)測量 :直線基準(zhǔn)測量法是直接采用一定的直線基礎(chǔ) ,并以此基準(zhǔn)來檢測被測表面的直線度偏差 (線差或角度值 ) ,從而獲得被測表面的直線度誤差值。所采用的直線基準(zhǔn)通常有三種 :實(shí)物基準(zhǔn)、重力水平基準(zhǔn)和光線基準(zhǔn) 光隙法是用刀口尺作為理想直線測量直線度誤差的一種方法，如圖 。直線度誤差大小可通過測刀口與表面間光隙的大小來判斷 ,誤差值大小由比對法獲得。在良好的照明條件下 ,可以清楚地判斷出 1μ m的微小間隙。 圖 光隙法測直線度示意圖 重慶理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 管材直線度檢測機(jī)系統(tǒng)設(shè)計 3 節(jié)距法把被測要素按一定長度 (節(jié)距 )劃分為若干等分 ,然后使其測量微小角度的儀器測出各等分段相對于自然水平基準(zhǔn)或某一固定光軸的傾角 ,再根據(jù)等分的長度將各段的角值偏差換算為線值偏差 ,最后根據(jù)該組線值偏差數(shù)據(jù)評定被測要素的直線度誤差。 三坐標(biāo)法。三坐標(biāo)測量機(jī)是近二十年來發(fā)展起來的一種以精密機(jī)械為基礎(chǔ) ,結(jié)合光柵與激光干涉技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、應(yīng)用電子技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)的測量設(shè)備。利用三坐標(biāo)測量機(jī) (或機(jī)床 )的高精度導(dǎo)軌作為直 線基準(zhǔn) ,在工作臺沿床身導(dǎo)軌移動過程中 ,利用固定不動的測微表測量被測件表面各采樣點(diǎn)的偏差值。該法具有高精度、測量靈活、系統(tǒng)柔性好的優(yōu)點(diǎn) ,但測量屬于接觸測量 ,對于定位點(diǎn)的確定需要一定技巧 ,測量速度較慢。隨著測量工件的增大 ,系統(tǒng)往往需要配有高精度的長導(dǎo)軌 ,不適合于在線實(shí)時測量 ,適合于離線抽檢 激光準(zhǔn)直儀法是以激光光束的能量中心線為直線基準(zhǔn) ,如圖 。它是由光電位置敏感元件進(jìn)行測量。其測量原理為 :由氦 2氖激光器發(fā)出的一束激光經(jīng)準(zhǔn)直后射向目標(biāo)測量靶 ,該靶中心有一塊圓形四象限硅光電池 ,兩兩相對的硅光電池接成差動式 。其中心與靶子的機(jī)械軸線重合。上、下一對硅光電池 ,可用來測量靶子相對于激光束在垂直方向上的偏移 。左、右一對硅光電池 ,可用來測量靶子相對于激光束在水平方向上的偏移。 圖 激光準(zhǔn)直儀法測直線度 當(dāng)光電接收靶中心與激光束能量中心重合時 ,相對的兩個光電池接收能量相同 ,因此輸出光電信號相等 ,無信號輸出 ,指示電表指示為零。當(dāng)靶子中心偏移激光束能量中心時 ,相對的兩個光電池有差值信號輸出 ,通過運(yùn)算電路可用指示表指示出數(shù)值或用紀(jì)錄儀紀(jì)錄下曲線。因此 ,測量時首先將儀器與 靶子調(diào)整好 ,然后將靶子沿被測表面重慶理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 管材直線度檢測機(jī)系統(tǒng)設(shè)計 4 測量方向移動 ,便能得到直線度誤差的原始數(shù)據(jù)。 直線度測量國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 世界各個國家對直線度測量領(lǐng)域一直予以高度重視 ,并不斷推出新型高精度直線度測量方法和裝置 ,以滿足日益增長的對產(chǎn)品質(zhì)量的要求。目前國內(nèi)外在圓度、平行度以及表面粗糙度等計量領(lǐng)域甚至已達(dá)到納米級測量精度水平 ,然而直線度的測量精度卻不高 ,特別是在大長度范圍的直線度測量領(lǐng)域 ,其精度水平更遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于其他計量項(xiàng)目。國際上只有美國 N IST,德國 PTB,原蘇聯(lián)國家標(biāo)準(zhǔn)局 ,美國勞侖斯國家實(shí)驗(yàn)室 ,日本 Osaka 大學(xué) ,美國 Lockheed 火箭和空間公司等達(dá)到了 011μ m /m 或更高的精度水平。我國目前仍采用長平晶組分段互檢方法作為直線度檢定基準(zhǔn) ,測量精度不高 (特別是在測量大尺寸零件時尤為明顯 ) 。這種狀況嚴(yán)重制約著我國精密計量測試領(lǐng)域的發(fā)展步伐。因此 ,對國內(nèi)直線度測量方法進(jìn)行研究 ,具有重要的意義。 縱觀國內(nèi)外所報導(dǎo)的直線度測量方法 ,測量精度低于 015μ m /m 的為一般精度水平 ,高于 015μ m /m 的屬高精度測量 ,而高于 011μ m /m 者屬國際先進(jìn)水平。但由于測量方法種類繁多 ,目前尚未見到統(tǒng)一而合理的分類方 法。 重慶理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 管材直線度檢測機(jī)系統(tǒng)設(shè)計 5 2 總體方案設(shè)計 相關(guān)參數(shù) 管材直徑為 1040mm，管長 4000mm。要求直線度誤差小于 。 檢測方案設(shè)計 已有測量方案的分析 :天津大學(xué)在這方面的測試技術(shù)領(lǐng)先于國內(nèi)。基于視覺測試技術(shù)度無縫鋼管直線度進(jìn)行了在線測量，測量了鋼管兩端 1 米范圍的直線度，兩端定位，如下圖所示 所示。 圖 測量示意圖 測量時鋼管由圓柱支 撐導(dǎo)軌支撐，鋼管到位后，由計算機(jī)發(fā)出信號，控制兩端的5 個視覺傳感器，快速采集 10 個光平面與鋼管相截得橢圓弧圖像，計算機(jī)對 10 副圖像進(jìn)行處理，經(jīng)過一定算法，得到直線度誤差。 上述方案分析有以下不足：（ 1）由于采用單線結(jié)構(gòu)光測量原理，只能對鋼管截面的極小段圓弧采集數(shù)據(jù)，對計算機(jī)處理數(shù)據(jù)時得到的圓心數(shù)據(jù)不精確。（ 2）由于采用了同時段測量，數(shù)據(jù)量太大造成系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)的復(fù)雜性。 基于上述方案的研究，做出一些改進(jìn)。具體為：在管材的兩側(cè)各安裝一個視覺傳感器，兩個視覺傳感器的光源中心在同一條直線上，這樣兩個視 覺傳感器就形成一個傳感器組，經(jīng)過改進(jìn)后，對管材截面的信息獲得量大大增加，計算機(jī)處理數(shù)據(jù)后得到的圓心數(shù)據(jù)精確度顯著提高。原理圖如 所示。 重慶理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 管材直線度檢測機(jī)系統(tǒng)設(shè)計 6 圖 測量原理圖 將這個傳感器組安裝在一個可移動的支架上，隨著支架的移動，逐段的測量截面，得到多個截面的圓心數(shù)據(jù)。 檢測機(jī)結(jié)構(gòu)及機(jī)床總布置圖如圖 所示。 圖 機(jī)床總體布置圖 管材由三個支架支撐，在最右端有一個擋塊，主要作用是：放置管材時起一個定位的作用， 上下兩個對組式傳感器安裝在移動的滑臺上，當(dāng)系統(tǒng)開始啟動時，步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，通過聯(lián)軸器帶動絲桿的旋轉(zhuǎn)，再經(jīng)過絲桿螺母的配合使滑臺向左移動，當(dāng)程序設(shè)定的脈沖輸入結(jié)束，電機(jī)停止， LD 激光發(fā)射器發(fā)出激光， CCD 攝像機(jī)攝像，數(shù)據(jù)處理后，傳輸給計算機(jī)，通過兩個 CCD 得到的數(shù)據(jù)得到第一個截面圓心的數(shù)據(jù)。如此循環(huán) 15 次后，得到 15 個截面圓心的空間坐標(biāo)，計算機(jī)得到這 15 個空間圓心坐標(biāo)，再通過一定的算法就可得到管材的直線度誤差。 重慶理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 管材直線度檢測機(jī)系統(tǒng)設(shè)計 7 3 檢測機(jī)設(shè)計 測量裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計 要實(shí)現(xiàn)視覺傳感器的水平直線運(yùn)動，只需要它安裝的滑 臺實(shí)現(xiàn)即可完成 .選擇絲桿和直線導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)以及驅(qū)動設(shè)計 。 驅(qū)動設(shè)計 運(yùn)動機(jī)構(gòu)的主體是螺旋傳動裝置，即絲杠螺母傳動裝置。傳動機(jī)構(gòu)使得步進(jìn)電機(jī)的角位移轉(zhuǎn)化為左右方向的直線位移。步進(jìn)電機(jī)具有慣性小，不需制動裝置，啟動性能好，能頻繁瞬間啟動、倒轉(zhuǎn)和停轉(zhuǎn)等優(yōu)點(diǎn)。步進(jìn)電機(jī)由脈沖信號觸發(fā)控制。它的轉(zhuǎn)動角度由脈沖數(shù)量決定，轉(zhuǎn)速只和脈沖頻率有關(guān)，而和電壓、電流等的大小及波動沒有直接關(guān)系，誤差不會積累。所以 采用步進(jìn)電機(jī)。 機(jī)身部件設(shè)計 本設(shè)計工況震動小，兩軸的對中性要求高，根據(jù)電機(jī)軸以及絲 桿的軸徑初步選擇剛性聯(lián)軸器 YL7。運(yùn)動過程中軸承主要承受軸向載荷，根據(jù)受力的特點(diǎn)選擇深溝球軸承，型號為 :6008。根據(jù)設(shè)計要求，需要承受的載荷不大，定位精度高，因此選用三角形導(dǎo)軌和平面導(dǎo)軌的組合。考慮到本設(shè)計中導(dǎo)軌行程尺寸過大，選擇專用導(dǎo)軌。電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動需要通過絲杠的螺旋運(yùn)動轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動。選用滾珠絲桿副。 絲桿旋轉(zhuǎn)螺母相對移動。 計算選型 電機(jī)的計算選型 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，初選導(dǎo)程為 5mm 的絲杠。 a 為步進(jìn)電機(jī)步距角，初選為 176。；傳動比 i=1。 初設(shè)滑臺工作速度 V=導(dǎo)程 p=5mm 轉(zhuǎn)速 n=pV=2r/s ； 式（ ) n=pf60 ； 式（ ) f=8Hz f 為脈沖頻率 重慶理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 管材直線度檢測機(jī)系統(tǒng)設(shè)計 8 P 為電機(jī)極對數(shù) 根據(jù)計算可得滑臺與支架的質(zhì)量約 200Kg，即 m=200Kg。 滑臺與導(dǎo)軌之間的摩擦系數(shù) u= f=umg=10N 絲杠直徑 D=50mm 導(dǎo)程 p=5mm 根據(jù)力的三角形原理： 轉(zhuǎn)動力 M=10X505 =1N 驅(qū)動力矩 Mt==