专利名称：并联式三维微观形貌测试仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及形貌测试仪，具体涉及并联式三维微观形貌测试仪。
背景技术：
零件表面的微观形貌对于零件的表面特性，如表面的承载能力、润滑特性、密封性 能、摩擦及磨损特性，有很大影响。表面粗糙度是反映零件表面微观几何形状的一个重要指 标。随着研究的深入，二维粗糙度评定参数已经不能全面准确地反映零件表面的性态。于 是对三维粗糙度评定参数的研究就成为必然，且已成为当前粗糙度领域研究的一个重要方 向。 对表面微观形貌的测量手段主要有光学方法和触针扫描方法。其中触针扫描方法 是目前最常用、最可靠的表面粗糙度测量方法，并且一直是各国的国家标准及国际标准制 定的依据。触针扫描方法基于感应式位移传感的原理，由触针以一定速度在被测表面移动， 由于表面的微观不平度引起触针的上下运动，从而跟踪描述出被测轮廓的几何形状。 国内目前在表面微观形貌测量与评价方面，着力于三维评价体系的研究，丰富了 粗糙度理论，实现了三维微观测量，成功地研制出串联式三维微观形貌测试仪，为研究三维 评价理论与工程应用提供了条件。 串联式三维微观形貌测试仪在工作中，在两个相互正交的方向上，由电机驱动复 杂的传动机构带动探针(包括宝石触针、光学探针、隧穿探针及原子力探针等)沿其中一个 方向(如x轴方向)作扫描运动，在该方向扫描过程中，探针不做另一方向(如y轴方向)
上的移动，为了连续扫描工件的某一区域表面，将工件放置于工作台上，靠工作台伺服装置
带动工件沿y轴方向移动一给定距离后，探针再沿x轴方向进行下一次扫描，如此循环直至 扫描完毕。
串联式三维微观形貌测试仪的局限性主要表现在 1测试仪机构庞杂，传动环节多，插入误差大，故障点多； 2测试仪体积大，重量大，使用场合与测试对象受到限制，不能满足现场检测的需 要； 3测试仪成本高，使用与维护费用高。
发明内容本实用新型的目的在于提出并联式三维微观形貌测试仪，该测试仪机构简单，没 有累积误差，体积小，重量轻，环境适应性强，能满足企业现场在线应用的要求。 本实用新型采用以下的技术方案该测试仪包括微型计算机、采集卡、驱动电源、 传感器和并联驱动机构，微型计算机通过接口或插槽连接采集卡，采集卡连接驱动电源和 传感器，驱动电源和传感器连接在并联驱动机构上；所述的并联驱动机构由基座、驱动杆、 带状柔性铰、探针支撑臂和探针组成，基座上并联安装两个驱动杆，两个驱动杆的前端安装 带状柔性铰，带状柔性铰上安装探针支撑臂，探针支撑臂的前端安装探针，传感器安装在探针支撑臂上，两个驱动杆连接驱动电源。 本实用新型的并联式三维微观形貌测试仪中，接口可以是USB、 RS232、 EPP或 IEEE1394，插槽可以是PCI、 ISA或EISA。 本实用新型的并联式三维微观形貌测试仪中，两个并联驱动杆用压电陶瓷做成，
或用其它的电致伸縮材料如高分子材料做成，或用磁致伸縮材料做成。 本实用新型的并联式三维微观形貌测试仪中，带状柔性铰用铍青铜带做成，或由
与铍青铜带相似特性的其它材料做成。 本实用新型的并联式三维微观形貌测试仪中，两个驱动杆的前端通过压片安装带 状柔性铰。 本实用新型的并联式三维微观形貌测试仪中，带状柔性铰上通过压片安装探针支 撑臂。 工作过程中，微型计算机在程序控制下经接口或插槽向采集卡循序发出与扫描位 置相对应的数据，采集卡将其转换成模拟信号，控制双路驱动电源的输出，使得并联驱动机 构的驱动杆的长度在驱动电源的作用下作出相应变化，通过带状柔性铰及探针支撑臂带动 探针在试件表面进行扫描，通过安装在探针支撑臂上的传感器测得试件表面各点处的高 度，送入采集卡量化后经接口或插槽送微型计算机，由微型计算机计算出表面微观形貌参 数并予以显示与记录。 本实用新型具有以下优点1、带状柔性铰是靠材料的弹性变形来实现微小的、等 效的运动，具有结构紧凑、体积小、无机械摩擦、无间隙的特点；2、两个并联驱动杆由压电陶 瓷组成，压电陶瓷是一种电致伸縮材料，其长度随所加电压的大小发生变化，两个并联驱动 杆的长度由双路驱动电源分别独立控制，在带状柔性铰的配合下通过探针支撑臂可以带动 探针沿两个方向移动，如x轴方向和y轴方向；3、测试仪无电机等复杂的驱动装置，也无滑 轮、丝杆等复杂的传动环节，机构简单，没有累积误差；4、测试仪体积小，重量轻，环境适应 性强，能满足企业现场在线应用的要求。

图1为本实用新型框架结构示意图。 图2为图1的并联驱动机构结构示意图。 图中1.基座，2. —号驱动杆，3. 二号驱动杆，4.压片，5.压片，6.压片，7.带状 柔性铰，8.探针支撑臂，9.探针，10微型计算机，11采集卡，12驱动电源，13传感器，14并联 驱动机构。
具体实施方式如图1所示，该测试仪包括微型计算机10、采集卡11、驱动电源12、传感器13和并 联驱动机构14，微型计算机IO通过接口或插槽连接采集卡ll，采集卡11连接驱动电源12 和传感器13，驱动电源12和传感器13连接在并联驱动机构14上；所述的并联驱动机构由 基座1、一号驱动杆2、二号驱动杆3、带状柔性铰7、探针支撑臂8和探针9组成，基座1上 并联安装一号驱动杆2和二号驱动杆3， 一号驱动杆2和二号驱动杆3的前端安装带状柔性 铰7，带状柔性铰7上安装探针支撑臂8，探针支撑臂8的前端安装探针9，传感器13安装在探针支撑臂8上，一号驱动杆2和二号驱动杆3连接驱动电源12。 本实用新型的并联式三维微观形貌测试仪中，接口可以是USB、 RS232、 EPP或 IEEE1394，插槽可以是PCI、 ISA或EISA。 本实用新型的并联式三维微观形貌测试仪中，两个并联驱动杆即一号驱动杆2和 二号驱动杆3用压电陶瓷做成，或用其它的电致伸縮材料如高分子材料做成，或用磁致伸 縮材料做成。 本实用新型的并联式三维微观形貌测试仪中，带状柔性铰7用铍青铜带做成，或 由与铍青铜带相似特性的其它材料做成。 本实用新型的并联式三维微观形貌测试仪中，两个驱动杆即一号驱动杆2和二号 驱动杆3的前端分别通过压片4和压片5安装带状柔性铰7。 本实用新型的并联式三维微观形貌测试仪中，带状柔性铰7上通过压片6安装探 针支撑臂8。 测量时，微型计算机在程序控制下经接口或插槽向采集卡发出与扫描位置相对应 的数据，采集卡将其转换成模拟信号，控制双路驱动电源的输出，使得并联驱动机构的一号 驱动杆、二号驱动杆的长度在驱动电源的作用下作出相应变化，通过带状柔性铰及探针支 撑臂带动探针在试件表面从第一个指定位置沿X轴方向作一次扫描，通过安装在探针支撑 臂上的传感器测得表面各点处的高度z，送入采集卡量化后经接口或插槽送微型计算机； 探针在完成第一次扫描采样后，在程序控制下探针自动到达试件表面的下一个指定位置， 此位置与上一次扫描起始位置在Y轴方向上相差一个给定距离，从此位置沿X轴方向进行 第二次扫描，以此类推，直到完成n次扫描；每次扫描结束后自动保存本次扫描各个采样点 的x、y、z数值，据此可以获得扫描区域表面的三维数据。
权利要求并联式三维微观形貌测试仪，该测试仪包括微型计算机(10)、采集卡(11)、驱动电源(12)、传感器(13)和并联驱动机构(14)，微型计算机(10)通过接口或插槽连接采集卡(11)，采集卡(11)连接驱动电源(12)和传感器(13)，驱动电源(12)和传感器(13)连接在并联驱动机构(14)上；所述的并联驱动机构由基座(1)、一号驱动杆(2)、二号驱动杆(3)、带状柔性铰(7)、探针支撑臂(8)和探针(9)组成，基座(1)上并联安装一号驱动杆(2)、二号驱动杆(3)，两驱动杆(2、3)的前端安装带状柔性铰(7)，带状柔性铰(7)上安装探针支撑臂(8)，探针支撑臂(8)的前端安装探针(9)，传感器(13)安装在探针支撑臂(8)上，一号、二号驱动杆(2、3)连接驱动电源(12)。
2. 根据权利要求1所述的并联式三维微观形貌测试仪，接口为USB、 RS232、 EPP或IEEE1394，插槽为PCI、 ISA或EISA。
3. 根据权利要求l所述的并联式三维微观形貌测试仪，两个并联驱动杆(2、3)用压电陶瓷做成，或用电致伸縮材料即高分子材料做成。
4. 根据权利要求l所述的并联式三维微观形貌测试仪，带状柔性铰(7)用铍青铜带做成，或用磁致伸縮材料做成，或由与铍青铜带相似特性的材料做成。
5. 根据权利要求1所述的并联式三维微观形貌测试仪，一号、二号驱动杆(2、3)的前端通过压片(4、5)安装带状柔性铰(7)。
6. 根据权利要求l所述的并联式三维微观形貌测试仪，带状柔性铰(7)上通过压片(6)安装探针支撑臂(8)。
专利摘要本实用新型公开了并联式三维微观形貌测试仪，该测试仪包括微型计算机(10)、采集卡(11)、驱动电源(12)、传感器(13)和并联驱动机构(14)，微型计算机(10)通过接口或插槽连接采集卡(11)，采集卡(11)连接驱动电源(12)和传感器(13)，驱动电源(12)和传感器(13)连接在并联驱动机构(14)上；本实用新型无电机等复杂驱动装置，也无滑轮、丝杆等复杂的传动环节，机构简单，没有累积误差，体积小，重量轻，环境适应性强，能满足企业现场在线应用的要求。
文档编号G01B7/28GK201449249SQ200920045900
公开日2010年5月5日 申请日期2009年5月15日 优先权日2009年5月15日
发明者刘远传, 叶文芊, 吴洪涛, 张月红, 李伯奎, 王林高, 郑晓虎, 陈亚娟, 陈小岗 申请人:淮阴工学院