CN109029323A - 一种具有热变形补偿机构的精密球杆 - Google Patents

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    • G01B21/042—Calibration or calibration artifacts

Abstract

本发明公开了一种具有热变形补偿机构的精密球杆，包括标准球座和杆体，标准球座包括标准球固定结构和标准球座热变形补偿机构，标准球固定结构与杆体通过连接部相连接，标准球座热变形补偿机构包括两个由不同材料制成的补偿部件，两个补偿部件分别设置在标准球固定结构内，两个补偿部件的材料的热膨胀系数不同，当环境温度超过20℃时，热变形补偿机构挤压标准球固定结构，当环境温度低于20℃时，热变形补偿机构拉伸标准球固定结构，减小标准球固定结构由于温度变化导致的标准球座轴向尺寸变化。本发明适用于标定或校准各类坐标测量机、激光跟踪仪、激光扫描仪以及工业摄影测量仪器，有利于提高测量仪器的测量精度。

Description

一种具有热变形补偿机构的精密球杆
技术领域
本发明涉及几何测量技术领域，具体是一种具有热变形补偿机构的精密球杆。
背景技术
球杆（ball bar，也称为球棒）是标定和校准坐标测量机长度测量误差的一种常用一维标准件，在标定和校准激光跟踪仪、激光扫描仪以及工业摄影测量仪器等方面也有应用。
球杆由两个高精度的标准球和连接两个球的杆件组成，两球间的球心距（以下简称球杆长度）是其提供的标准距离，目前球杆长度精度最高能达到0.1微米。球杆两端端部常用标准球的直径有25.4毫米、38.1毫米和50.8毫米，连接两个球的杆件一般低热膨胀系数的碳纤维或者殷钢等材料制成。在使用球杆对测量仪器进行标定和校准时，一般难以保证环境温度。随着测量技术的发展，对球杆的长度精度、使用时变形、校准精度等提出了更高的要求。现有技术存在的不足之处在于：
为了方便标准球的装卸，现有球杆的标准球座材料多选择为软磁性金属材料，其尺寸受温度影响较大，不利于保证球杆在环境温度变化时的长度精度。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有热变形补偿机构的精密球杆，解决球杆因温度变化导致标准长度发生变化的问题。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种具有热变形补偿机构的精密球杆，其特征在于：包括能够补偿轴向热变形的标准球座和尺寸随温度变化基本保持稳定的杆体，其中标准球座包括标准球固定结构和标准球座热变形补偿机构，标准球固定结构与杆体通过连接部相连接，标准球座热变形补偿机构包括两个由不同材料制成的补偿部件，两个补偿部件分别设置在标准球固定结构内，两个补偿部件的材料的热膨胀系数不同，当环境温度超过20℃时，热变形补偿机构挤压标准球固定结构，当环境温度低于20℃时，热变形补偿机构拉伸标准球固定结构，减小标准球固定结构由于温度变化导致的标准球座轴向尺寸变化。
所述的一种具有热变形补偿机构的精密球杆，其特征在于：所述的标准球座为标准球的安装位置，标准球座内设置有磁芯，利用磁铁将标准球固定在标准球座内。
所述的一种具有热变形补偿机构的精密球杆，其特征在于：所述的标准球固定结构采用软磁外壳。
所述的一种具有热变形补偿机构的精密球杆，其特征在于：所述的标准球座热变形补偿机构的两个补偿部件分别是第一补偿筒、第二补偿筒，所述第一补偿筒的外壁为台阶型结构，第二补偿筒套装在第一补偿筒的细端，第一补偿筒的粗端和第二补偿筒嵌在软磁外壳中。
所述的一种具有热变形补偿机构的精密球杆，其特征在于：所述的第二补偿筒的材料的热膨胀系数比软磁外壳和第一补偿筒的材料的热膨胀系数大。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明采用一种机械式热变形补偿机构，减少球杆由于温度变化发生的变形，从而保证球杆标准长度在环境温度变化时的稳定性。
附图说明
图1是本发明的精密球杆结构示意图；
图2是本发明具有热变形补偿机构的标准球座结构示意图。
图中标号：1、标准球座，2、杆体，3、第一补偿筒，4、第二补偿筒，5、磁芯， 6、标准球座与杆体的连接部，7、软磁外壳。
具体实施方式
下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步地说明。
参见附图1和图2，图1和图2是本发明的一种结构示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成及设计示意图。
一种具有热变形补偿机构的精密球杆，包括能够补偿轴向热变形的标准球座1和尺寸随温度变化基本保持稳定的杆体2，其中标准球座1包括标准球固定结构和标准球座热变形补偿机构，标准球固定结构与杆体2通过连接部6相连接，标准球座热变形补偿机构包括两个由不同材料制成的补偿部件，两个补偿部件分别设置在标准球固定结构内，两个补偿部件的材料的热膨胀系数不同，当环境温度超过20℃时，热变形补偿机构挤压标准球固定结构，当环境温度低于20℃时，热变形补偿机构拉伸标准球固定结构，减小标准球固定结构由于温度变化导致的标准球座轴向尺寸变化。
标准球座1为标准球的安装位置，标准球座1内设置有磁芯5，利用磁铁将标准球固定在标准球座1内。
标准球固定结构采用软磁外壳7。
标准球座热变形补偿机构的两个补偿部件分别是第一补偿筒3、第二补偿筒4，所述第一补偿筒3的外壁为台阶型结构，第二补偿筒4套装在第一补偿筒3的细端，第一补偿筒3的粗端和第二补偿筒4嵌在软磁外壳7中。
第二补偿筒4的材料的热膨胀系数比软磁外壳7和第一补偿筒3的材料的热膨胀系数大。
本发明所设计的热变形补偿机构工作原理如下：
本发明所设计的球杆，在温度发生变化时，第一补偿筒3和第二补偿筒4对软磁外壳7的轴向尺寸变化进行补偿，当环境温度超过20℃时，热变形补偿机构挤压标准球座1的软磁外壳7，第一补偿筒3、第二补偿筒4发生的变形对软磁外壳7形成挤压作用，从而限制软磁外壳7的伸长；当环境温度低于20℃时，热变形补偿机构拉伸标准球座1的软磁外壳7，第一补偿筒3、第二补偿筒4发生的变形对软磁外壳7形成拉伸作用，从而限制软磁外壳7的缩短，减少球杆轴向尺寸变化。合理设计各零件尺寸和选择各零件材料，可控制软磁外壳7在温度变化时轴向尺寸方向上的变形量在很小的范围内，满足工程应用的需求。
本实施方式的技术效果是：当温度发生变化时，球杆的热变形补偿机构限制与标准球直接接触的软磁外壳7的轴向尺寸变化，从而提高球杆使用过程中的尺寸稳定性。
以上实施例仅用于说明本发明，而非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的保护范畴。

Claims (5)

1.一种具有热变形补偿机构的精密球杆，其特征在于：包括能够补偿轴向热变形的标准球座和尺寸随温度变化基本保持稳定的杆体，其中标准球座包括标准球固定结构和标准球座热变形补偿机构，标准球固定结构与杆体通过连接部相连接，标准球座热变形补偿机构包括两个由不同材料制成的补偿部件，两个补偿部件分别设置在标准球固定结构内，两个补偿部件的材料的热膨胀系数不同，当环境温度超过20℃时，热变形补偿机构挤压标准球固定结构，当环境温度低于20℃时，热变形补偿机构拉伸标准球固定结构。
2.根据权利要求1所述的一种具有热变形补偿机构的精密球杆，其特征在于：所述的标准球座为标准球的安装位置，标准球座内设置有磁芯。
3.根据权利要求1所述的一种具有热变形补偿机构的精密球杆，其特征在于：所述的标准球固定结构采用软磁外壳。
4.根据权利要求3所述的一种具有热变形补偿机构的精密球杆，其特征在于：所述的标准球座热变形补偿机构的两个补偿部件分别是第一补偿筒、第二补偿筒，所述第一补偿筒的外壁为台阶型结构，第二补偿筒套装在第一补偿筒的细端，第一补偿筒的粗端和第二补偿筒嵌在软磁外壳中。
5.根据权利要求4所述的一种具有热变形补偿机构的精密球杆，其特征在于：所述的第二补偿筒的材料的热膨胀系数比软磁外壳和第一补偿筒的材料的热膨胀系数大。
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