緊湊型可變徑接觸式球面曲率半徑測量儀的製作方法

2023-06-05 14:10:26 1

專利名稱：緊湊型可變徑接觸式球面曲率半徑測量儀的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種測量儀器，尤其是一種適用於球面元件曲率半徑測量的緊湊型可變徑接觸式球面曲率半徑測量儀。
背景技術：
球面曲率半徑測量儀器是球面元件曲率半徑的測量儀器。由於精密球面元件是精密機械、儀器儀表、航空航天設備和光學製造行業中主要的元件之一，因此研究和探討高精度球面曲率半徑的測量具有非常重要的現實意義。目前，球面曲率半徑按測量方式主要有兩種一種是非接觸式，主要是利用光學幹涉方法，例如利用等厚幹涉原理的牛頓環幹涉儀，但它主要測量一些具有鏡面反射性質的玻璃元件。另一種是接觸式，主要為「弓高弦長」法，它的測量原理主要是由長度計測量出矢高，然後再根據公式算出球面元件的曲率半徑。然而對這種接觸式的測量儀器進行精度分析可知，測量精度是隨著測環的半徑而變化的，也隨著待測球面元件的曲率半徑發生變化。目前解決這一矛盾的方法是準備多套不同半徑的測環，針對不同的待測球面曲率半徑和不同的測量精度使用不同的半徑的測環。由於開始為粗估待測球面曲率半徑，然後做出判斷，選用合適的測環，再進行細測，而且在測量不同的待測球面曲率半徑時，須選用不同半徑的測環，這樣在儀器使用過程中就必須不斷地裝卸和更換不同半徑的測環，不可避免的引進了很多的隨機誤差和人為誤差，大大降低了測量精度。並且不同半徑的測環數目有限，只有幾套固定半徑的測環，因此測量待測球面元件時，不可能所有的待測球面元件的測量精度都能達到所標稱的最高精度。

發明內容
本發明要解決的技術問題在於克服上述在先技術的不足，提供一種緊湊型可變徑接觸式球面曲率半徑測量儀器，它的測環半徑變化精度高，測環半徑變化範圍大，並且結構簡單緊湊。它可以即時顯示待測球面元件的曲率半徑和精度。它可以對精度進行分析和判斷，然後自動調節測環半徑再進行測量，還可以對同一球面元件進行多次測量，以使其達到高的測量精度。另外，由於不涉及測環的裝卸和更換，所以大大減小了隨機誤差和人為誤差所帶來的影響。
本發明通過以下技術方案來實現一種緊湊型可變徑接觸式球面曲率半徑測量儀，其特徵在於它由長度計、步進電機、驅動器、微機、可變徑測環和基座組成，所述的可變徑測環和步進電機固定在基座上，所述的可變徑測環的構成是在一圓柱形測環殼體的空腔內安裝的中心大齒輪及其周邊與之相嚙合的中心對稱的三個小齒輪，在所述的三個小齒輪的軸上端和所述的測環殼體的上表面分別通過相應的三根連接杆連接三個支撐球任一小齒輪軸的下端通過連軸器與所述的步進馬達之軸相連，在該基座和可變徑測環之間安裝一長度計，該長度計由探頭、測量杆和本體組成，所述的測量杆通過可變徑測環的中心和中心大齒輪的中心的通孔伸出，該測量杆處於三個支撐球連線所構成的等邊三角形的中心位置，該測量杆上端的探頭處於測環殼體的上表面，該探頭相對於測量杆和本體可以豎直移動，所述的微機的輸入端接長度計的輸出端，該微機的輸出端經所述的驅動器與所述的步進電機連接。
所述的長度計的測量杆與測環殼體之間通過張緊錐形套筒連接。
所述的微機具有相應的數據處理和測控軟體。
測量時先由長度計初步測量出待測球面的矢高，然後由微機根據公式計算出待測球面的曲率半徑，再由微機進行精度分析和計算出達到精度所需要的測環曲率半徑尺寸大小，然後由驅動器控制步進電機轉動。從而帶動側邊的一個小齒輪轉動，再由該小齒輪帶動中心大齒輪和側邊的其它兩個小齒輪轉動，由於側邊的三個小齒輪固連著連接杆和支撐球，最終三個支撐球同步進行轉動，從而保證了長度計的測量杆始終在三個支撐球連線所構成的等邊三角形的中心位置，並且達到了測環半徑尺寸的連續變化的目的。
本發明具有以下優點1.本發明可變徑測環結構簡單緊湊，外形尺寸小，測環半徑變化範圍大，測環半徑變化精度高。
2.測量時可以通過變化測環的半徑來提高測量精度，而且可以根據測量精度的需要來改變測環半徑。
3.測量時無須更換測環，使用方便，大大減小了裝卸過程所帶來的隨機誤差和人為誤差的影響。
4.本發明測量儀利用可以即時顯示待測球面曲率半徑的尺寸大小，並給出測量精度大小，還可以根據測量精度的要求來測量待測球面的曲率半徑尺寸。


圖1為本發明緊湊型可變徑接觸式球面曲率半徑測量儀的結構框圖。
圖2為本發明的可變徑測環的俯視圖。
圖3為本發明緊湊型可變徑接觸式球面曲率半徑測量儀的機械主體部分的主視剖視圖。
圖4為本發明的測環的A-A剖視圖。
圖5為本發明的測環殼體的上蓋的主視圖。
圖6為本發明的測環殼體的上蓋的B-B剖視圖。
圖7為本發明的中間的大齒輪的主視圖。
圖8為本發明的中間的大齒輪的俯視圖。
圖9為本發明的張緊錐形套筒的主視圖。
圖10為本發明的張緊錐形套筒的俯視圖。
圖11為本發明的長度計的主視圖。
圖12為本發明的長度計的俯視圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明作進一步詳細描述。
由圖1可見，本發明緊湊型可變徑接觸式球面曲率半徑測量儀，由長度計7、步進電機6、驅動器5、微機4、可變徑測環和基座11組成。請參閱圖2、圖3和圖4，所述的可變徑測環和步進電機6固定在基座11上，所述的可變徑測環的構成是在一圓柱形測環殼體9的空腔內安裝的中心大齒輪8及其周邊與之相嚙合的中心對稱的第一小齒輪1-1、第二小齒輪1-2和第三小齒輪1-3，在所述的第一小齒輪1-1、第二小齒輪1-2和第三小齒輪1-3的軸上端和所述的測環殼體9的上表面分別通過相應的第一連接杆2-1、第二連接杆2-2、第三連接杆2-3連接第一支撐球3-1、第二支撐球3-2、第三支撐球3-3，所述的第一小齒輪1-1的軸的下端通過連軸器10與所述的步進馬達6之軸相連，在該基座11和可變徑測環之間安裝一長度計7，該長度計7由探頭7-1、測量杆7-2和本體7-3組成，參見圖11和圖12，所述的測量杆7-2通過可變徑測環的中心和中心大齒輪8的中心的通孔伸出，該測量杆7-2處於三個支撐球連線所構成的等邊三角形的中心位置，該測量杆7-2上端的探頭7-1處於測環殼體9的上表面，該探頭7-1相對於測量杆7-2和本體7-3可以豎直移動，所述的微機4的輸入端接長度計7的輸出端，該微機4的輸出端經所述的驅動器5與所述的步進電機6連接。
所述的長度計7的測量杆7-2與測環殼體9之間通過張緊錐形套筒12連接，參見圖9和圖10。
所述的微機4具有相應的數據處理軟體。
由於微機4、驅動器5和步進電機6是以數據線連接，所以微機4可以通過驅動器5來控制步進電機6的步數、方向和速度。
微機4有兩條線路連接一條連接步進電機的驅動器5，以便給驅動器5輸出脈衝信號，再由驅動器5通過數據線輸出步進電機6的轉動控制信號；另一條連接長度計7，以便接收長度計7的測量信號，再由微機4根據公式計算出待測球面的曲率半徑和精度。
參閱圖11、圖12，本發明的測量器件為德國HEIDENHAIN公司的增量式長度計，選用HEIDENHAIN-METRO系列長度計中的MT2500，它由探頭7-1、測量杆7-2、本體7-3組成。探頭7-1相對於測量杆7-2和本體7-3可以移動，長度計就是通過探頭7-1的移動來精確測量位移的。參閱圖5、圖6、圖7、圖8、圖9、圖10，在本發明的機械結構中，長度計7相對於測環垂直放置，長度計的測量杆7-2可以順利通過中心大齒輪8和測環殼體9-1、9-2的中心，這是因為測環殼體9-1、9-2的中間和中心大齒輪8的中間分別留有孔洞，這樣，它們機械結構之間就不會互相發生幹涉矛盾。而且長度計的測量杆7-2和測環殼體9-1、9-2之間通過張緊錐形套筒12連接，這樣，可以保證它們之間高的垂直度，而且中心定位精度非常高。
本發明儀器的使用方法如下在使用前，首先調節好三個第一支撐球3-1、第二支撐球3-2、第三支撐球3-3和長度計7，校零過程是將標準平晶放置於第一支撐球3-1、第二支撐球3-2、第三支撐球3-3上，使得探頭7-1和第一支撐球3-1、第二支撐球3-2、第三支撐球3-3同時接觸標準平晶，此時，它們的觸點就處於同一平面上，可設長度計7的讀數為零，步進電機6的步數初值為零，這樣就完成了校零過程，然後將待測球面元件放置於第一支撐球3-1、第二支撐球3-2、第三支撐球3-3上，微機4通過驅動器5和步進電機6來調節測環半徑，使測環半徑大小為一個數值，此時由長度計7測量矢高得到第一個數值，這樣可以由微機4計算出待測球面元件的曲率半徑的初值，然後由微機4根據精度要求和待測球面元件的曲率半徑初值算出需要的測環半徑尺寸大小。再由微機4通過驅動器5來控制步進電機6轉動步數，使與步進電機6連接的第一支撐球3-1、第二支撐球3-2、第三支撐球3-3到達所需要的測環半徑的位置。這時再由長度計7進行測量，得到第二個矢高數值，最後微機4可以根據長度計7測得的第二個矢高數值和步進電機6走的步數計算出所需要精度的待測球面元件的曲率半徑的數值。
本發明的外形尺寸小，結構簡單緊湊，測環半徑範圍大，測環半徑變化精度高，而且可以根據測量精度的要求來測量待測球面元件的曲率半徑的尺寸。另外，對同一個球面元件也可以進行變參量的多次測量，這樣就減小了測量過程中隨機誤差和人為誤差對測量精度的影響。
權利要求
1.一種緊湊型可變徑接觸式球面曲率半徑測量儀，其特徵在於它由長度計、步進電機、驅動器、微機、可變徑測環和基座組成，所述的可變徑測環和步進電機固定在基座上，所述的可變徑測環的構成是在一圓柱形測環殼體的空腔內安裝的中心大齒輪及其周邊與之相嚙合的中心對稱的三個小齒輪，在所述的三個小齒輪的軸上端和所述的測環殼體的上表面分別通過相應的三根連接杆連接三個支撐球任一小齒輪軸的下端通過連軸器與所述的步進馬達之軸相連，在該基座和可變徑測環之間安裝一長度計，該長度計由探頭、測量杆和本體組成，所述的測量杆通過可變徑測環的中心和中心大齒輪的中心的通孔伸出，該測量杆處於三個支撐球連線所構成的等邊三角形的中心位置，該測量杆上端的探頭處於測環殼體的上表面，該探頭相對於測量杆和本體可以豎直移動，所述的微機的輸入端接長度計的輸出端，該微機的輸出端經所述的驅動器與所述的步進電機連接。
2.根據權利要求1所述的緊湊型可變徑接觸式球面曲率半徑測量儀，其特徵在於所述的長度計的測量杆與測環殼體之間通過張緊錐形套筒連接。
3.根據權利要求1所述的緊湊型可變徑接觸式球面曲率半徑測量儀，其特徵在於所述的微機具有相應的數據處理軟體。
全文摘要
一種緊湊型可變徑接觸式球面曲率半徑測量儀，由長度計、步進電機、驅動器、微機、可變徑測環和基座組成。它可用於測量球面曲率半徑、平面度和弧形輪廓度。它的測量原理是由長度計測量出待測球面的矢高，微機根據公式算出球面曲率半徑，然後由微機根據測量精度的要求分析出所需要的測環半徑尺寸大小，再由微機通過步進電機的驅動器控制步進電機自動變化所需要的測環半徑尺寸，這時再由長度計測量出待測球面的矢高，根據公式算出所需要精度的球面曲率半徑。本發明裝置還具有體積小，結構簡單緊湊，測環半徑變化範圍大，測量精度高特點。
文檔編號G01B21/20GK1869587SQ20061002794
公開日2006年11月29日 申請日期2006年6月21日 優先權日2006年6月21日
發明者楊中國, 朱健強 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所