非接触式滚动直线导轨精度测量装置*

杨炫召，叶飞原，张艳红

（广东高新凯特精密机械股份有限公司，广东江门 529100）

非接触式滚动直线导轨精度测量装置*

杨炫召，叶飞原，张艳红

（广东高新凯特精密机械股份有限公司，广东江门 529100）

非接触式滚动直线导轨精度测量装置主要用于滚动直线导轨运动精度（平直度）的检测，同时也可以测量导轨沟槽到导轨底面的距离。对滚动直线导轨要测量的精度项目以及其传统的测量方法作了简单介绍，对新的非接触式动态测量装置的结构原理、测量方法以及实现这一测量方法的机台作了详细说明，最后还在技术特点方面对新旧两种方法作了比较。关键词：滚动直线导轨；导轨精度;非接触式动态测量

1 导轨精度主要的测量项目

直线导轨需要测量的精度项目主要是沟槽中心相对导轨底面的距离（高度H）、平行度1和平行度2，如图1所示。高度H为在导轨任一横截面上沟槽中心对导轨底面的距离；平行度1为在导轨任一横截面上导轨左右沟槽中心连线对导轨底面的平行度；平行度2为沿导轨纵向方向上沟槽中心线对导轨底面的平行度。

2 导轨精度的普通测量方法

图1 直线导轨的精度

测量导轨上述精度的普通方法是把导轨装夹在检测平板的夹具上，测量时套上基准滑块或在导轨左右两侧沟槽放置量棒并用手按紧然后在检测平板上移动表座进行测量。要测量导轨一个横截面的高度和平行度1需在检测平板上沿导轨横截面方向移动表座测量滑块顶面3个点的位置或两量棒最高点。沿导轨纵向移动基准滑块和表座，用同样的方式测量每一截面位置的高度和平行度1，综合每一截面位置高度的最大最小值便可得出导轨的平行度2。这种测量方法的缺点在于：

（1）需要在检测平板上装夹导轨和移动表座，工作量和劳动强度都很大，检测效率极低；

（2）测量误差大，检测平板、导轨夹具以及表座的接触面容易磨损和变形，检测平板和导轨夹具的误差需要频繁地进行校对测量；

（3）检测平板和导轨夹具由于容易磨损而经常需要修复和维护，检测成本高。

3 非接触式检测装置的测量原理

非接触式测量装置的原理结构为：在基准滑块上固定一个支架，支架上安装两个非接触式测头，组成基准滑块测量组件。两个非接触式测头A、B分别用于测量导轨底面左右两边位置，测头与导轨底面不接触，为非接触式测量。测量时先将基准滑块测量组件套入基准导轨校对传感器的初始值（基准导轨沟槽中心线相对导轨底面的距离（高度H）及平行度1为已知），然后将基准滑块测量组件套进被测导轨。基准滑块套进被测导轨后，若被测导轨的高度和平行度1与基准导轨不一致，将引起基准滑块相对导轨底面高度距离产生变化以及滑块绕导轨纵向轴线产生旋转。基准滑块与固定在其上的支架和非接触式测头组成的是刚性组件，基准滑块相对导轨底面的尺寸变化可以由两个非接触式测头检测出来。根据两测头在被测导轨测量值与在基准导轨初始测量值的相对变化以及基准导轨已知的高度距离和平行度1便可计算出被测导轨的高度和平行度1。计算方法如下：假设基准导轨的高度为H，平行度1为PAL1，基准滑块测量组件套入基准导轨校对时两传感器的初始测量值分别为A0、B0，基准滑块测量组件套入被测导轨某一位置时两传感器的测量值分别为A1、B1，则被测导轨在该位置的高度和平行度1分别为：

沿导轨纵向在全长范围以一定的距离间隔移动基准滑块测量组件进行测量可得到每个测量位置的测量值：A1，A2，A3，…，An；B1，B2， B3，…，Bn。依据上述计算方法可以得到导轨各测量位置的高度和平行度1：

根据各位置的测量值可以计算和综合评定被测导轨的高度、平行度1和平行度2：

取各测量位置高度测量值绝对值的最大值为被测导轨的高度值：

h=max(bas(h1)，bas(h2)，bas(h3)，…，bas(hn))

取各测量位置平行度1测量值绝对值的最大值为被测导轨的平行度1：

pal1=max(bas(pal11)， bas(pal12)，bas(pal13)，…，bas(pal1n))

所有位置高度测量值的最大值与最小值之差为被测导轨的平行度2：

4 检测装置的实现

为实现这一测量方法，需要设计相应的检测机台。如图2所示，检测机分成两个台架（主要是考虑导轨检测时搬运和装夹的便利性），每个台架都有两路相同的检测机构，均为步进电机加同步带驱动测量头的结构方式。在台架的一头有用于固定过渡导轨的区域，该区域装有连接板和导轨定位块。导轨定位块用于安装过渡导轨和定位被测导轨，被测导轨放上检测台架后通过定位块的约束能迅速对齐过渡导轨，以便于标准滑块顺利进入被测导轨或从被测导轨退回过渡导轨。换型号时导轨定位块随过渡导轨一同更换。过渡导轨用于测量前和测量后标准滑块的承接，过渡导轨同时也是标准导轨，以便于传感器的校对。每路检测机构都有一根导向导轨，导向导轨有两个作用：（1）是用于装夹被测导轨时的导向；（2）是测量时的导向。非接触测量电箱安装在导向导轨的滑块上，测量时让非接触测量电箱跟随测头模块一同运动。导向导轨的滑块上还装有支承机构，支承机构的作用是便于被测导轨的装夹以及测量过程的支撑，支承机构的动作由软件进行控制。检测机工作时，所有校对传感器、驱动、采集数据、返回、数据处理等一系列动作和过程均由安装在工控机上的软件来完成。

图2 测量装置结构示意图

5 检测装置的技术特点

本测量装置主要的技术特点有以下几点。

（1）采用基准滑块测量组件沿导轨运动进行测量的模式，位移传感器与基准滑块组成刚性测量组件，在测量组件沿导轨运动过程中测量基准滑块相对导轨底面的尺寸变化，实现导轨高度及两平行度的测量。采用这种测量模式的好处在于不用将导轨在检测平台上用螺钉固定。一根导轨大约有60个安装孔，在检测平板上拆装60根螺钉是相当耗时的。本测量装置不用在检测平板上装夹导轨，因而可以极大地提高测量的效率。

（2）采用非接触测量方式。本装置所使用的非接触测量方式是利用气电传感器将测头与导轨底面间隙的位移量转换成电信号，再进行A/D转换，将模拟的电信号数字化，从而实现非接触测量。气电传感器的分辨率很高，可达0.5微米，线性0.5%F.S。与接触式测量相比较，非接触式测量没有接触式测量所具有的机械误差和反向间隙误差，受振动的影响也比接触式测量小得多，因而非接触测量的稳定性相对接触式测量要高。

本测量装置结构简单，测量精度高，稳定性好，易于进行自动化测量。通过自动控制可以检测导轨任意位置的精度，比在检测平板上用螺钉锁紧导轨然后手工移动表座逐点测量的方式要先进得多，检测导轨的位置数目也是手动移动表座逐点测量的方式所无法比拟的。由于不用在检测平板上拧螺钉装夹导轨以及不用手工移动表座逐点测量，因而本测量装置的应用可以大幅降低检测人员的劳动强度。另外，由于本测量装置不用检测平板，因而可以免去检测平板的维护，也在一定程度上降低了检测成本。

6 结束语

本测量装置使用非接触式动态测量滚动直线导轨运动精度，极大地提高了导轨运动精度的检测精度和检测效率，实现了滚动直线导轨精度检测从手工到自动化、从传统到信息化、从低效到高效的技术转变，可以说是滚动直线导轨运动精度检测的一项大技术革新，是直线导轨运动精度检测技术发展的一个里程碑。

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The Precision Measuring Device for the Linear Rolling Guide with the Non Contact Type

YANG Xuan-zhao，YE Fei-yuan，ZHANG Yan-hong
（Guangdong GAOXIN Height Precision Machinery Co.，Ltd，Jiangmen529100，China）

This paper describes the precision measuring device for the linear rolling guide with the non-contact type is mainly used for the precision(flatness)detection with the motion of the linear rolling guides， but also can measure the distance between the groove and bottom surface of the linear rolling guide.This paper is briefly introducing the precision project and its traditional measurement methods of the linear rolling guide，and makes the explain in details for the new non-contact measuring principle dynamic structure of the device，the measurement methods and this machine，finally it also compares the technical features both about the old and new methods.

the linear rolling guide；precision；non-contact dynamic measurement

TG502.31

A

1009－9492(2014)07－0005－03

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.07.002

杨炫召，男，1971年生，广东新会人，大学本科，工程师。研究领域：滚动直线导轨副精度检测和性能测试技术。已发表论文2篇。

(编辑：阮 毅)

*2012年国家重大专项（编号：2012ZX04002021-06）

2014－04－22