CN100398989C - 紧凑型可变径接触式球面曲率半径测量仪 - Google Patents

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一种紧凑型可变径接触式球面曲率半径测量仪,由长度计、步进电机、驱动器、微机、可变径测环和基座组成。它可用于测量球面曲率半径、平面度和弧形轮廓度。它的测量原理是由长度计测量出待测球面的矢高,微机根据公式算出球面曲率半径,然后由微机根据测量精度的要求分析出所需要的测环半径尺寸大小,再由微机通过步进电机的驱动器控制步进电机自动变化所需要的测环半径尺寸,这时再由长度计测量出待测球面的矢高,根据公式算出所需要精度的球面曲率半径。本发明装置还具有体积小,结构简单紧凑,测环半径变化范围大,测量精度高特点。

Description

紧凑型可变径接触式球面曲率半径测量仪 技术领域本发明涉及一种测量仪器,尤其是一种适用于球面元件曲率半径测 量的紧凑型可变径接触式球面曲率半径测量仪。 技术背景球面曲率半径测量仪器是球面元件曲率半径的测量仪器。由于精密 球面元件是精密机械、仪器仪表、航空航天设备和光学制造行业中主要 的元件之一,因此研究和探讨高精度球面曲率半径的测量具有非常重要 的现实意义。目前,球面曲率半径按测量方式主要有两种: 一种是非接 触式,主要是利用光学干涉方法,例如利用等厚干涉原理的牛顿环干涉 仪,但它主要测量一些具有镜面反射性质的玻璃元件。另一种是接触式, 主要为"弓高弦长"法,它的测量原理主要是由长度计测量出矢高,然 后再根据公式算出球面元件的曲率半径。然而对这种接触式的测量仪器 进行精度分析可知,测量精度是随着测环的半径而变化的,也随着待测 球面元件的曲率半径发生变化。目前解决这-一矛盾的方法是准备多套不 同半径的测环,针对不同的待测球面曲率半径和不同的测量精度使用不 同的半径的测环。由于开始为粗估待测球面曲率半径,然后做出判断, 选用合适的测环,再进行细测,而且在测量不同的待测球面曲率半径时, 须选用不同半径的测环,这样在仪器使用过程中就必须不断地装卸和更 换不同半径的测环,不可避免的引进了很多的随机误差和人为误差,大 大降低了测量精度。并且不同半径的测环数目有限,只有几套固定半径 的测环,因此测量待测球面元件时,不可能所有的待测球面元件的测量 精度都能达到所标称的最高精度。 发明内容本发明要解决的技术问题在于克服上述在先技术的不足,提供一种 紧凑型可变径接触式球面曲率半径测量仪器,它的测环半径变化精度高,测环半径变化范围大,并且结构简单紧凑。它可以即时显示待测球面元 件的曲率半径和精度。它可以对精度进行分析和判断,然后自动调节测 环半径再进行测量,还可以对同一球面元件进行多次测量,以使其达到 高的测量精度。另外,由于不涉及测环的装卸和更换,所以大大减小了 随机误差和人为误差所带来的影响。本发明通过以下技术方案来实现:--种紧凑型可变径接触式球面曲率半径测量仪,其特征在于它由长 度计、步进电机、驱动器、微机、可变径测环和基座组成,所述的可变 径测环和歩进电机固定在基座上,所述的可变径测环的构成是:在一圆 柱形测环壳体的空腔内安装的中心大齿轮及其周边与之相啮合的中心对 称的三个小齿轮,在所述的三个小齿轮的轴上端和所述的测环壳体的上 表面分别通过相应的三根连接杆连接三个支撑球任一小齿轮轴的下端通 过连轴器与所述的步进马达之轴相连,在该基座和可变径测环之间安装一长度计,该长度计由探头、测量杆和本体组成,所述的测量杆通过可 变径测环的中心和中心大齿轮的中心的通孔伸出,该测量杆处于三个支 撑球连线所构成的等边三角形的中心位置,该测量杆上端的探头处于测 环壳体的上表面,该探头相对于测量杆和本体可以竖直移动,所述的微机的输入端接长度计的输出端,该微机的输出端经所述的驱动器与所述的步进电机连接。所述的长度计的测量杆与测环壳体之间通过张紧锥形套筒连接。 所述的微机具有相应的数据处理和测控软件。测量时先由长度计初步测量出待测球面的矢高,然后由微机根据公 式计算出待测球面的曲率半径,再由微机进行精度分析和计算出达到精 度所需要的测环曲率半径尺寸大小,然后由驱动器控制步进电机转动。 从而带动侧边的一个小齿轮转动,再由该小齿轮带动中心大齿轮和侧边 的其它两个小齿轮转动,由于侧边的三个小齿轮固连着连接杆和支撑球, 最终三个支撑球同步进行转动,从而保证了长度计的测量杆始终在三个 支撑球连线所构成的等边三角形的中心位置,并且达到了测环半径尺寸的连续变化的目的。本发明具有以下优点:1. 本发明可变径测环结构简单紧凑,外形尺寸小,测环半径变化范 围大,测环半径变化精度高。2. 测量时可以通过变化测环的半径来提高测量精度,而且可以根据 测量精度的需要来改变测环半径。3. 测量时无须更换测环,使用方便,大大减小了装卸过程所带来的 随机误差和人为误差的影响。4. 本发明测量仪利用可以即时显示待测球面曲率半径的尺寸大小, 并给出测量精度大小,还可以根据测量精度的要求来测量待测球面的曲 率半径尺寸。附图说明图1为本发明紧凑型可变径接触式球面曲率半径测量仪的结构框图。图2为本发明的可变径测环的俯视图。图3为本发明紧凑型可变径接触式球面曲率半径测量仪的机械主体 部分的主视剖视图。图4为本发明的测环的A-A剖视图。图5为本发明的测环壳体的上盖的主视图。图6为本发明的测环壳体的上盖的B-B剖视图。图7为本发明的中间的大齿轮的主视图。图8为本发明的中间的大齿轮的俯视图。图9为本发明的张紧锥形套筒的主视图。图10为本发明的张紧锥形套筒的俯视图。图11为本发明的长度计的主视图。图12为本发明的长度计的俯视图。具体实施方式下面结合附图对本发明作进一步详细描述。由图l可见,本发明紧凑型可变径接触式球面曲率半径测量仪,由长度计7、步进电机6、驱动器5、微机4、可变径测环和基座11组成。 请参阅图2、图3和图4,所述的可变径测环和步进电机6固定在基座 11上,所述的可变径测环的构成是在一圆柱形测环壳体9的空腔内安装 的中心大齿轮8及其周边与之相啮合的中心对称的第一小齿轮1-1、第 二小齿轮l-2和第三小齿轮1-3,在所述的第一小齿轮1-1、第二小齿轮 l-2和第三小齿轮l-3的轴上端和所述的测环壳体9的上表面分别通过相 应的第一连接杆2-l、第二连接杆2-2、第三连接杆2-3连接第一支撑球 3-1、第二支撑球3-2、第三支撑球3-3,所述的第-一小齿轮l-l的轴的下 端通过连轴器10与所述的步进马达6之轴相连,在该基座11和可变径 测环之间安装一长度计7,该长度计7由探头7-1、测量杆7-2和本体7-3 组成,参见图11和图12,所述的测量杆7-2通过可变径测环的中心和 中心大齿轮8的中心的通孔伸出,该测量杆7-2处于三个支撑球连线所 构成的等边三角形的中心位置,该测量杆7-2上端的探头7-1处于测环 壳体9的上表面,该探头7-l相对于测量杆7-2和本体7-3可以竖直移动, 所述的微机4的输入端接长度计7的输出端,该微机4的输出端经所述 的驱动器5与所述的步进电机6连接。所述的长度计7的测量杆7-2与测环壳体9之间通过张紧锥形套筒 12连接,参见图9和图10。所述的微机4具有相应的数据处理软件。由于微机4、驱动器5和步进电机6是以数据线连接,所以微机4 可以通过驱动器5来控制步进电机6的步数、方向和速度。微机4有两条线路连接: 一条连接步进电机的驱动器5,以便给驱 动器5输出脉冲信号,再由驱动器5通过数据线输出步进电机6的转动 控制信号;另一条连接长度计7,以便接收长度计7的测量信号,再由 微机4根据公式计算出待测球面的曲率半径和精度。参阅图ll、图12,本发明的测量器件为德国HEIDENHAIN公司的 增量式长度计,选用HEIDENHAIN-METRO系列长度计中的MT2500,它由探头7-1、测量杆7-2、本体7-3组成。探头7-i相对于测量杆7,2 和本体7-3可以移动,长度计就是通过探头7-1的移动来精确测量位移 的。参阅图5、图6、图7、图8、图9、图10,在本发明的机械结构中, 长度计7相对于测环垂直放置,长度计的测量杆7-2可以顺利通过中心 大齿轮8和测环壳体9-l、 9-2的中心,这是因为测环壳体9-l、 9-2的中 间和中心大齿轮8的中间分别留有孔洞,这样,它们机械结构之间就不 会互相发生干涉矛盾。而且长度计的测量杆7-2和测环壳体9-1 、 9-2之 间通过张紧锥形套筒12连接,这样,可以保证它们之间高的垂直度,而 且中心定位精度非常高。本发明仪器的使用方法如下:在使用前,首先调节好三个第一支撑球3-l、第二支撑球3-2、第三 支撑球3-3和长度计7,校零过程是将标准平晶放置于第一支撑球3-1 、 第二支撑球3-2、第三支撑球3-3上,使得探头7-1和第--支撑球3-1 、 第二支撑球3-2、第三支撑球3-3同时接触标准平晶,此时,它们的触点 就处于同一平面上,可设长度计7的读数为零,步进电机6的步数初值 为零,这样就完成了校零过程,然后将待测球面元件放置于第-•支撑球 3-1、第二支撑球3-2、第三支撑球3-3上,微机4通过驱动器5和步进 电机6来调节测环半径,使测环半径大小为一个数值,此时由长度计7 测量矢高得到第一个数值,这样可以由微机4计算出待测球面元件的曲 率半径的初值,然后由微机4根据精度要求和待测球面元件的曲率半径 初值算出需要的测环半径尺寸大小。再由微机4通过驱动器5来控制步 进电机6转动步数,使与步进电机6连接的第一支撑球3-l、第二支撑 球3-2、第三支撑球3-3到达所需要的测环半径的位置。这时再由长度计 7进行测量,得到第二个矢高数值,最后微机4可以根据长度计7测得 的第二个矢高数值和步进电机6走的步数计算出所需要精度的待测球面 元件的曲率半径的数值。本发明的外形尺寸小,结构简单紧凑,测环半径范围大,测环半径 变化精度高,而且可以根据测量精度的要求来测量待测球面元件的曲率半径的尺寸。另外,对同一个球面元件也可以进行变参量的多次测量, 这样就减小了测量过程中随机误差和人为误差对测量精度的影响。

Claims (1)

1. 一种紧凑型可变径接触式球面曲率半径测量仪,其特征在于它由长度计、步进电机、驱动器、微机、可变径测环和基座组成,所述的可变径测环和步进电机固定在基座上,所述的可变径测环的构成是:在一圆柱形测环壳体的空腔内安装的中心大齿轮及其周边与之相啮合的中心对称的三个小齿轮,在所述的三个小齿轮的轴上端和所述的测环壳体的上表面分别通过相应的三根连接杆连接三个支撑球,任一小齿轮轴的下端通过连轴器与所述的步进电机之轴相连,在该基座和可变径测环之间安装一长度计,该长度计由探头、测量杆和本体组成,所述的测量杆通过可变径测环的中心和中心大齿轮的中心的通孔伸出,该测量杆处于三个支撑球连线所构成的等边三角形的中心位置,该测量杆上端的探头处于测环壳体的上表面,该探头相对于测量杆和本体可以竖直移动,所述的微机的输入端接长度计的输出端,该微机的输出端经所述的驱动器与所述的步进电机连接,所述的长度计的测量杆与测环壳体之间通过张紧锥形套筒连接,所述的微机具有相应的数据处理软件。
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