CN100501336C - 一种通用型精密位移测量辅助装置 - Google Patents

Abstract

本发明用于微位移测量，特别适用于位移量小于1微米的精密测量。采用了平衡式杠杆机构，可以精确的将微位移放大数十倍甚至数百倍，从而可以使普通位移测量仪器的测量精度提高1～2个数量级。采用了两级平衡调整方式，调整方便，最大限度的减小了受力变形对测量精度的影响，保证测量了过程稳定。本发明具有结构简单，使用、维护方便，制造成本低等特点，解决了目前微位移测量装置制造成本高、使用条件要求很高，很难在现场测量中直接使用的问题，极大地扩展了普通位移测量仪器的应用领域。

Description

一种通用型精密位移测量辅助装置

技术领域

本发明属于机械加工领域，特指一种具有成倍的提高位移测量仪器精度的装置，可方便于微位移测量，特别适用于精密加工、精密测量领域。

背景技术

位移是一种最基本的物理量，大量的研究都涉及到位移测量，因此如何方便、准确的测量到研究对象的位移一直是机械加工领域的需要解决的问题。特别是随着科学技术的发展，对产品的质量要求越来越高，从而导致对位移测量精度的要求越来越高，微小位移(也称微位移)的测量已经成为研究问题的重要手段。例如，在精密加工中，加工零件的精度测量，机床部件的微小变形控制，微进给装置的进给量控制，误差反馈系统的误差补偿量控制等都涉及到微位移的精确测量问题。

目前微位移测量中常用的方法有三类，即：(1)机械测量法；(2)电学测量法；(3)光学测量法。

在机械测量法中，最常用的微位移测量仪器是杠杆式千分表，它的分辨率只有1微米。而电学测量法中，最常的微位移测量仪器是电容式测微仪，它的分辨率只有0.3微米。这两类传统的位移测量仪器都不能直接用于微位移量小于1微米的测量。

采用光学测量法的位移测量仪器的精度和分辨率可以达到很高的水平，例如激光干涉测微仪的分辨率可以达到纳米级，理论上，它可以用于微位移量小于1微米的场合。但这类仪器价格昂贵，而且使用条件要求很高，很难在现场测量中直接使用。

因此，对于位移量小于1微米的微位移，目前还没有一种成本低，能直接应用于生产现场的精密微位移测量装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种低成本的微位移测量的辅助装置，将现有的位移测量仪器的测量精度提高1～2个数量级，使之能够直接应用于生产现场中位移量小于1微米的微位移测量。

针对微小位移的测量，传统的测量原理是寻找一种方法，它能将微位移量转变为分辨率极高的其它的物理量，利用该物理量来推算原始微位移量，从而使微位移的测量成为可能。

本发明的测量原理是寻找一种方法，它能将微位移量放大数十倍，使之成为普通位移测量仪器能够测量出的位移量，然后对新的位移进行直接测量，再反推算出原始的微位移量，从而也能实现微位移的测量。

实现本发明目的技术方案为：

利用一个具有平衡调整装置的精密杠杆，杠杆一端的第一测量头与被测物体轻微接触，通过精密杠杆将原始微位移放大数10倍后，在杠杆另一端的第二测量头处用普通非接触式位移测量仪器测量出放大后的位移量，即可很方便的计算出被测点的实际微位移量。通过调整第一测量头的位置，可以很方便的得到杠杆的不同放大倍数，达到不同精度的测量目的。

在结构上，为了尽可能减小测量过程中杠杆内力的变化引起的变形误差，方便平衡调整，本发明采用了两级平衡调整装置，即两级平衡式杠杆。在第一测量头的一侧安装了一根调整螺杆、一个粗调平衡块和一个微调平衡块，分别旋转这两个调平衡块，即可以方便地将杠杆调整平衡。为了提高精密杠杆的灵敏度，杠杆支承副采用了一对硬度很高的支承刀和支承块。杠杆轴的侧面刻有标尺，可以方便地调整第一测量头的位置，得到杠杆的不同放大倍数。

本发明相关功能参数可在以下范围内选择：

杠杆轴的尺寸Φ＝8～18mm

杠杆主动臂长度L1＝10～50mm

杠杆主动臂长度L2＝100～500mm

支承刀和支承块的材料必须为硬度很高的材料

实现精密微位测量的过程为：

首先根据所用位移测量仪器的精度和测量精度的需要，调整两个测量头的位置，得到所需要的放大倍数。然后调整平衡块的位置，使杠杆处于平衡状态，以便最大限度的减小受力接触变形对测量精度的影响并保证测量过程稳定。最后在第一测量头处施加微位移，用普通位移测量仪器在第二测量头处测量出对应的位移，即可很方便的得到第一测量头处的原始微位移。

本发明与现有的微位移测量装置相比，具有以下优点：

(1)结构简单，使用、维护方便。不需要专门培训和很专业的知识，即可掌握其使用方法。

(2)对测量环境的要求不高，可直接应用于生产现场。现有的精密微位移测量仪器对测量环境要求很多，难于直接在生产现场中使用。

(3)制造方便，制造成本低。本发明装置对材料、加工精度和加工装备没有特别的要求，一般机械制造厂家都可以完成本发明装置的制造。而现有精密微位移测量仪器含有一些精密或特殊的零部件，加工要求高，导致价格昂贵。

(4)抗干扰能力强，灵敏度高。具有平衡调整装置，最大限度的减小受力接触变形对测量精度的影响。

(5)可组合使用，极大的提高现有位移测量仪器的精度。如果测量更微小的位移，还可以很方便的将两套装置串联起来使用，这样相当于将普通位移测量仪器的精度提高了数百倍。

附图说明

图1为本发明的工作原理图

图2为本发明的组合测量工作原理图

1.微调平衡块  2.粗调平衡块  3.调整螺杆  4.被测物体  5.第一测量头6.支承刀  7.支承块  8.杠杆轴  9.位移测量仪探头  10.第二测量头11.底座  12.第一级放大装置  13.第二级放大装置

具体实施方式

具体实施例详细说明如下：

如图1所示，本实施例的相关功能参数的具体如下：

杠杆轴的尺寸Φ＝10mm

杠杆主动臂长度L1＝20mm

杠杆主动臂长度L2＝200mm

支承刀和支承块的材料采用硬质合金、硬质刀口式支承。

其工作过程如图1所示；微位移测量的过程为：

(1)根据所用位移测量仪器的精度和测量精度的需要，调整第一测量头5和第二测量头10的位置，得到所需要的放大倍数。假设放大倍数调整K＝20倍。

(2)调整粗调平衡块的位置，使杠杆处于平衡状态，以便最大限度的减小受力变形对测量精度的影响，保证测量过程稳定。

(3)在第一测量头5处施加微位移，用普通位移测量仪器在第二测量头10处测量出对应的位移，即可很方便的计算出第一测量头5的原始微位移S1。假设第二测量头处测量出对应的位移S2＝2微米，那么原始微位移为S1＝S2/K＝2/20＝0.1微米。

对应更小的微位移，可以采用将两个或多个装置串联起来的组合方法进行测量，其工作原理图如图2所示。

假设第一和第二装置的放大倍数K1和K2分别20和25，用普通位移测量仪器在第二放大装置的第二测量头处测量出对应的位移S2为2微米，那么原始微位移S1＝S2/K1/K2＝2/20/25＝0.004微米。

Claims (1)

1.一种通用型精密位移测量辅助装置，其特征是采用两级平衡调整装置，即两级平衡式杠杆，第一测量头(5)和第二测量头(10)分别位于杠杆轴的两端，在第一测量头(5)的一侧依次安装了一根调整螺杆(3)、一个粗调平衡块(2)和一个微调平衡块(1)，杠杆支承副为一对支承刀(6)和支承块(7)组成的硬质刀口式支承，杠杆轴(8)的侧面刻有标尺，杠杆轴的尺寸Φ＝8～18mm，杠杆主动臂长度L1＝10～50mm，杠杆主动臂长度L2＝100～500mm。

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