圆柱体全局尺寸测量仪研发中的关键技术研究

作     者：王帅飞 

作者单位：中原工学院 

学位级别：硕士

导师姓名：赵则祥;曹秀成

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 0804[工学-仪器科学与技术] 

主      题：圆柱体 全局尺寸 气体静压转台 自动调心调平 测量仪 

摘      要：对于圆柱体零件,除了两点尺寸外,新一代产品几何技术规范(GPS)还规定了直接全局尺寸(包括最小二乘直径、最小外接直径、最大内切直径和最大最小直径)和计算尺寸(包括周长直径、面积直径和体积直径),用游标卡尺、螺旋千分尺和内径百(千)分表等量具的尺寸测量或圆柱度仪等精密测量仪器对圆柱体零件的径向尺寸的测量不能满足圆柱体全局尺寸和计算尺寸的测量要求,本文主要对圆柱体全局尺寸测量仪(后简称测量仪)主机研发中的关键技术开展研究。基于立柱、横臂、转台、调心调平工作台等关键部件,对测量仪主机进行了设计,横臂上下沿立柱导轨(花岗岩材料)运动采用同步带驱动的气体静压结构,横臂径向前后运动采用同步带驱动模组,转台采用内置电机的气体静压结构,转台配置圆光栅,自动调心调平工作台配置集电环,采用接触测量方式。对测量仪的零部件进行了结构设计和关键零部件的有限元分析。研究了调平工作原理和多种调平方案,选择一点固定、两点可调的调平方案,对自动调心调平工作台进行了结构设计,该调心调平工作台装置有标准孔,用于消除径向尺寸测量的系统误差。对测量仪的零部件进行了制造、购置和装配。首先对立柱-横臂部件、转台、调心调平工作台进行装配,各部件精度指标达到要求后,对测量仪主机进行了装配和调试。经对测量仪主机检验,其主要性能指标如下:横臂上下运动的直线度误差为1.03μm,运动范围≤380mm,重复定位精度为0.75μm;横臂水平径向运动的直线度误差为1.5μm,运动范围≤330mm,重复定位精度为0.76μm,转台的径向跳动为0.4μm,轴向跳动为0.5μm,载荷≤50kg,定位精度为0.05°;自动调心调平工作台的调心范围为±3mm;调平角度范围为±1°。对测量仪的测量不确定度影响因素进行了分析,建立了测量仪的测量不确定度评定模型。本文所研发的测量仪主机配置测控系统程序后,可满足基于圆周轮廓、素线轮廓、鸟笼等轮廓提取方案的圆柱体要素轮廓高精度提取的需要,推动GPS相关标准在机械制造业的实施。