基于垂直位移扫描的表面轮廓综合测量仪

接触式测量是目前工程表面测量中应用最为广泛的一种。传统的电感式接触测量仪在测量范围、测量精度和测量力三者之间存在着矛盾,随着测量范围的扩大,触针对被测工件的测量力逐渐增大,易产生变形误差并划伤工件表面,磨损触针,影响测量精度。随着量程的扩大,电感位移传感器偏离平衡点附近的线性区域,也会影响测量的精度。同时杠杆在测量过程中因为被测表面的起伏而绕支点旋转,产生X,Z方向上的微位移偏差也造成工件的测量轮廓和原始轮廓的不一致。而在实际的工程应用中,很多工件的重要工作表面都是具有曲率的表面,这些曲面的表面特征对使用性能有着非常重要的作用。对曲面表面形貌的测量不但要测量表面粗糙度,同时也要测量表面轮廓及其面形误差,这就要求轮廓仪应同时具有高精度和大量程。为此,研制具有大量程、高精度、小测量力的表面轮廓综合测量仪具有非常重要的意义。本文的主要研究内容与工作如下: 在分析了传统的接触式电感测量仪存在的缺点后,提出了基于垂直位移扫描表面轮廓综合测量仪的整体方案,该轮廓仪改变了以往的工件垂直方向不动而让触针沿工件表面上下移动,杠杆机构将该位移量通过电感传感器以电信号反映的测量思路,采用了保持杠杆始终处于平衡位置而让工件随垂直方向工作台上下移动,利用安放在垂直方向工作台上的衍射光栅干涉位移传感器来得到被测量,有效的避免了传统测量仪的弊端。阐述了仪器的测量原理,系统论述了测量仪各个组成单元的设计和实现方法。 在衍射光栅干涉的原理上,对Z向工作台的计量原理,光栅干涉信号的处理和工作台的两级定位做了研究,并制作了相应的信号处理和驱动电路。应用虚拟仪器技术,以C++Builder6.0为开发平台,编制了关于表面轮廓有关参数评定的应用程序,给出了具有曲面轮廓的被测件的二维误差曲线。对球面透镜,柱面透镜、轴承内外滚道,鼓形滚动体等工件的曲面进行了测量,验证了程序的可行性。