專利名稱：并聯(lián)式三維微觀形貌測試儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及形貌測試儀，具體涉及并聯(lián)式三維微觀形貌測試儀。
背景技術(shù)：
零件表面的微觀形貌對于零件的表面特性，如表面的承載能力、潤滑特性、密封性 能、摩擦及磨損特性，有很大影響。表面粗糙度是反映零件表面微觀幾何形狀的一個(gè)重要指 標(biāo)。隨著研究的深入，二維粗糙度評定參數(shù)已經(jīng)不能全面準(zhǔn)確地反映零件表面的性態(tài)。于 是對三維粗糙度評定參數(shù)的研究就成為必然，且已成為當(dāng)前粗糙度領(lǐng)域研究的一個(gè)重要方 向。 對表面微觀形貌的測量手段主要有光學(xué)方法和觸針掃描方法。其中觸針掃描方法 是目前最常用、最可靠的表面粗糙度測量方法，并且一直是各國的國家標(biāo)準(zhǔn)及國際標(biāo)準(zhǔn)制 定的依據(jù)。觸針掃描方法基于感應(yīng)式位移傳感的原理，由觸針以一定速度在被測表面移動， 由于表面的微觀不平度引起觸針的上下運(yùn)動，從而跟蹤描述出被測輪廓的幾何形狀。 國內(nèi)目前在表面微觀形貌測量與評價(jià)方面，著力于三維評價(jià)體系的研究，豐富了 粗糙度理論，實(shí)現(xiàn)了三維微觀測量，成功地研制出串聯(lián)式三維微觀形貌測試儀，為研究三維 評價(jià)理論與工程應(yīng)用提供了條件。 串聯(lián)式三維微觀形貌測試儀在工作中，在兩個(gè)相互正交的方向上，由電機(jī)驅(qū)動復(fù) 雜的傳動機(jī)構(gòu)帶動探針(包括寶石觸針、光學(xué)探針、隧穿探針及原子力探針等)沿其中一個(gè) 方向(如x軸方向)作掃描運(yùn)動，在該方向掃描過程中，探針不做另一方向(如y軸方向)
上的移動，為了連續(xù)掃描工件的某一區(qū)域表面，將工件放置于工作臺上，靠工作臺伺服裝置
帶動工件沿y軸方向移動一給定距離后，探針再沿x軸方向進(jìn)行下一次掃描，如此循環(huán)直至 掃描完畢。
串聯(lián)式三維微觀形貌測試儀的局限性主要表現(xiàn)在 1測試儀機(jī)構(gòu)龐雜，傳動環(huán)節(jié)多，插入誤差大，故障點(diǎn)多； 2測試儀體積大，重量大，使用場合與測試對象受到限制，不能滿足現(xiàn)場檢測的需 要； 3測試儀成本高，使用與維護(hù)費(fèi)用高。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提出并聯(lián)式三維微觀形貌測試儀，該測試儀機(jī)構(gòu)簡單，沒 有累積誤差，體積小，重量輕，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，能滿足企業(yè)現(xiàn)場在線應(yīng)用的要求。 本實(shí)用新型采用以下的技術(shù)方案該測試儀包括微型計(jì)算機(jī)、采集卡、驅(qū)動電源、 傳感器和并聯(lián)驅(qū)動機(jī)構(gòu)，微型計(jì)算機(jī)通過接口或插槽連接采集卡，采集卡連接驅(qū)動電源和 傳感器，驅(qū)動電源和傳感器連接在并聯(lián)驅(qū)動機(jī)構(gòu)上；所述的并聯(lián)驅(qū)動機(jī)構(gòu)由基座、驅(qū)動桿、 帶狀柔性鉸、探針支撐臂和探針組成，基座上并聯(lián)安裝兩個(gè)驅(qū)動桿，兩個(gè)驅(qū)動桿的前端安裝 帶狀柔性鉸，帶狀柔性鉸上安裝探針支撐臂，探針支撐臂的前端安裝探針，傳感器安裝在探針支撐臂上，兩個(gè)驅(qū)動桿連接驅(qū)動電源。 本實(shí)用新型的并聯(lián)式三維微觀形貌測試儀中，接口可以是USB、 RS232、 EPP或 IEEE1394，插槽可以是PCI、 ISA或EISA。 本實(shí)用新型的并聯(lián)式三維微觀形貌測試儀中，兩個(gè)并聯(lián)驅(qū)動桿用壓電陶瓷做成，
或用其它的電致伸縮材料如高分子材料做成，或用磁致伸縮材料做成。 本實(shí)用新型的并聯(lián)式三維微觀形貌測試儀中，帶狀柔性鉸用鈹青銅帶做成，或由
與鈹青銅帶相似特性的其它材料做成。 本實(shí)用新型的并聯(lián)式三維微觀形貌測試儀中，兩個(gè)驅(qū)動桿的前端通過壓片安裝帶 狀柔性鉸。 本實(shí)用新型的并聯(lián)式三維微觀形貌測試儀中，帶狀柔性鉸上通過壓片安裝探針支 撐臂。 工作過程中，微型計(jì)算機(jī)在程序控制下經(jīng)接口或插槽向采集卡循序發(fā)出與掃描位 置相對應(yīng)的數(shù)據(jù)，采集卡將其轉(zhuǎn)換成模擬信號，控制雙路驅(qū)動電源的輸出，使得并聯(lián)驅(qū)動機(jī) 構(gòu)的驅(qū)動桿的長度在驅(qū)動電源的作用下作出相應(yīng)變化，通過帶狀柔性鉸及探針支撐臂帶動 探針在試件表面進(jìn)行掃描，通過安裝在探針支撐臂上的傳感器測得試件表面各點(diǎn)處的高 度，送入采集卡量化后經(jīng)接口或插槽送微型計(jì)算機(jī)，由微型計(jì)算機(jī)計(jì)算出表面微觀形貌參 數(shù)并予以顯示與記錄。 本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)1、帶狀柔性鉸是靠材料的彈性變形來實(shí)現(xiàn)微小的、等 效的運(yùn)動，具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、無機(jī)械摩擦、無間隙的特點(diǎn)；2、兩個(gè)并聯(lián)驅(qū)動桿由壓電陶 瓷組成，壓電陶瓷是一種電致伸縮材料，其長度隨所加電壓的大小發(fā)生變化，兩個(gè)并聯(lián)驅(qū)動 桿的長度由雙路驅(qū)動電源分別獨(dú)立控制，在帶狀柔性鉸的配合下通過探針支撐臂可以帶動 探針沿兩個(gè)方向移動，如x軸方向和y軸方向；3、測試儀無電機(jī)等復(fù)雜的驅(qū)動裝置，也無滑 輪、絲桿等復(fù)雜的傳動環(huán)節(jié)，機(jī)構(gòu)簡單，沒有累積誤差；4、測試儀體積小，重量輕，環(huán)境適應(yīng) 性強(qiáng)，能滿足企業(yè)現(xiàn)場在線應(yīng)用的要求。

圖1為本實(shí)用新型框架結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2為圖1的并聯(lián)驅(qū)動機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。 圖中1.基座，2. —號驅(qū)動桿，3. 二號驅(qū)動桿，4.壓片，5.壓片，6.壓片，7.帶狀 柔性鉸，8.探針支撐臂，9.探針，10微型計(jì)算機(jī)，11采集卡，12驅(qū)動電源，13傳感器，14并聯(lián) 驅(qū)動機(jī)構(gòu)。
具體實(shí)施方式如圖1所示，該測試儀包括微型計(jì)算機(jī)10、采集卡11、驅(qū)動電源12、傳感器13和并 聯(lián)驅(qū)動機(jī)構(gòu)14，微型計(jì)算機(jī)IO通過接口或插槽連接采集卡ll，采集卡11連接驅(qū)動電源12 和傳感器13，驅(qū)動電源12和傳感器13連接在并聯(lián)驅(qū)動機(jī)構(gòu)14上；所述的并聯(lián)驅(qū)動機(jī)構(gòu)由 基座1、一號驅(qū)動桿2、二號驅(qū)動桿3、帶狀柔性鉸7、探針支撐臂8和探針9組成，基座1上 并聯(lián)安裝一號驅(qū)動桿2和二號驅(qū)動桿3， 一號驅(qū)動桿2和二號驅(qū)動桿3的前端安裝帶狀柔性 鉸7，帶狀柔性鉸7上安裝探針支撐臂8，探針支撐臂8的前端安裝探針9，傳感器13安裝在探針支撐臂8上，一號驅(qū)動桿2和二號驅(qū)動桿3連接驅(qū)動電源12。 本實(shí)用新型的并聯(lián)式三維微觀形貌測試儀中，接口可以是USB、 RS232、 EPP或 IEEE1394，插槽可以是PCI、 ISA或EISA。 本實(shí)用新型的并聯(lián)式三維微觀形貌測試儀中，兩個(gè)并聯(lián)驅(qū)動桿即一號驅(qū)動桿2和 二號驅(qū)動桿3用壓電陶瓷做成，或用其它的電致伸縮材料如高分子材料做成，或用磁致伸 縮材料做成。 本實(shí)用新型的并聯(lián)式三維微觀形貌測試儀中，帶狀柔性鉸7用鈹青銅帶做成，或 由與鈹青銅帶相似特性的其它材料做成。 本實(shí)用新型的并聯(lián)式三維微觀形貌測試儀中，兩個(gè)驅(qū)動桿即一號驅(qū)動桿2和二號 驅(qū)動桿3的前端分別通過壓片4和壓片5安裝帶狀柔性鉸7。 本實(shí)用新型的并聯(lián)式三維微觀形貌測試儀中，帶狀柔性鉸7上通過壓片6安裝探 針支撐臂8。 測量時(shí)，微型計(jì)算機(jī)在程序控制下經(jīng)接口或插槽向采集卡發(fā)出與掃描位置相對應(yīng) 的數(shù)據(jù)，采集卡將其轉(zhuǎn)換成模擬信號，控制雙路驅(qū)動電源的輸出，使得并聯(lián)驅(qū)動機(jī)構(gòu)的一號 驅(qū)動桿、二號驅(qū)動桿的長度在驅(qū)動電源的作用下作出相應(yīng)變化，通過帶狀柔性鉸及探針支 撐臂帶動探針在試件表面從第一個(gè)指定位置沿X軸方向作一次掃描，通過安裝在探針支撐 臂上的傳感器測得表面各點(diǎn)處的高度z，送入采集卡量化后經(jīng)接口或插槽送微型計(jì)算機(jī)； 探針在完成第一次掃描采樣后，在程序控制下探針自動到達(dá)試件表面的下一個(gè)指定位置， 此位置與上一次掃描起始位置在Y軸方向上相差一個(gè)給定距離，從此位置沿X軸方向進(jìn)行 第二次掃描，以此類推，直到完成n次掃描；每次掃描結(jié)束后自動保存本次掃描各個(gè)采樣點(diǎn) 的x、y、z數(shù)值，據(jù)此可以獲得掃描區(qū)域表面的三維數(shù)據(jù)。
權(quán)利要求并聯(lián)式三維微觀形貌測試儀，該測試儀包括微型計(jì)算機(jī)(10)、采集卡(11)、驅(qū)動電源(12)、傳感器(13)和并聯(lián)驅(qū)動機(jī)構(gòu)(14)，微型計(jì)算機(jī)(10)通過接口或插槽連接采集卡(11)，采集卡(11)連接驅(qū)動電源(12)和傳感器(13)，驅(qū)動電源(12)和傳感器(13)連接在并聯(lián)驅(qū)動機(jī)構(gòu)(14)上；所述的并聯(lián)驅(qū)動機(jī)構(gòu)由基座(1)、一號驅(qū)動桿(2)、二號驅(qū)動桿(3)、帶狀柔性鉸(7)、探針支撐臂(8)和探針(9)組成，基座(1)上并聯(lián)安裝一號驅(qū)動桿(2)、二號驅(qū)動桿(3)，兩驅(qū)動桿(2、3)的前端安裝帶狀柔性鉸(7)，帶狀柔性鉸(7)上安裝探針支撐臂(8)，探針支撐臂(8)的前端安裝探針(9)，傳感器(13)安裝在探針支撐臂(8)上，一號、二號驅(qū)動桿(2、3)連接驅(qū)動電源(12)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的并聯(lián)式三維微觀形貌測試儀，接口為USB、 RS232、 EPP或IEEE1394，插槽為PCI、 ISA或EISA。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的并聯(lián)式三維微觀形貌測試儀，兩個(gè)并聯(lián)驅(qū)動桿(2、3)用壓電陶瓷做成，或用電致伸縮材料即高分子材料做成。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的并聯(lián)式三維微觀形貌測試儀，帶狀柔性鉸(7)用鈹青銅帶做成，或用磁致伸縮材料做成，或由與鈹青銅帶相似特性的材料做成。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的并聯(lián)式三維微觀形貌測試儀，一號、二號驅(qū)動桿(2、3)的前端通過壓片(4、5)安裝帶狀柔性鉸(7)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的并聯(lián)式三維微觀形貌測試儀，帶狀柔性鉸(7)上通過壓片(6)安裝探針支撐臂(8)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了并聯(lián)式三維微觀形貌測試儀，該測試儀包括微型計(jì)算機(jī)(10)、采集卡(11)、驅(qū)動電源(12)、傳感器(13)和并聯(lián)驅(qū)動機(jī)構(gòu)(14)，微型計(jì)算機(jī)(10)通過接口或插槽連接采集卡(11)，采集卡(11)連接驅(qū)動電源(12)和傳感器(13)，驅(qū)動電源(12)和傳感器(13)連接在并聯(lián)驅(qū)動機(jī)構(gòu)(14)上；本實(shí)用新型無電機(jī)等復(fù)雜驅(qū)動裝置，也無滑輪、絲桿等復(fù)雜的傳動環(huán)節(jié)，機(jī)構(gòu)簡單，沒有累積誤差，體積小，重量輕，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，能滿足企業(yè)現(xiàn)場在線應(yīng)用的要求。
文檔編號G01B7/28GK201449249SQ200920045900
公開日2010年5月5日 申請日期2009年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月15日
發(fā)明者劉遠(yuǎn)傳, 葉文芊, 吳洪濤, 張?jiān)录t, 李伯奎, 王林高, 鄭曉虎, 陳亞娟, 陳小崗 申請人:淮陰工學(xué)院