CN109115826B - 一种热膨胀测量仪及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热膨胀测量仪装置及使用方法，热膨胀测量仪包括位于气浮导轨上的两个移动滑架、位于气浮导轨一端的激光干涉仪、位于气浮导轨下面用于放置试样的三自由度微调平台及五部分组成，位于气浮导轨一端的激光干涉仪在测量过程是固定的，三自由度微调平台用于保证试样与气浮导轨平行，测针分别固定在两个气浮滑架上用于将试样的热膨胀量转化为气浮滑架位移量，两个气浮滑架上分别固定有分光镜及反光镜组用于测量气浮滑架位移量。本发明解决了现有装置测量热膨胀困难，或者精度不高的问题。

Description

一种热膨胀测量仪及使用方法

技术领域

本发明涉及几何测量技术领域，具体是一种热膨胀测量仪及使用方法。

背景技术

在温度改变时，物体外形一般有胀缩现象。这种现象的存在，给制造工业带来很多不利的影响，尤其在精密机械、精密仪器及测试技术中，由于温度变化引起被加工和被测量对象的热变形对加工精度和测量精度的影响已越来越引起人们的重视。在工程应用中，将室内温度变化控制在20±1℃内成本即较为昂贵，如果要进一步提高温度控制精度，则测得量具和材料的热膨胀就显得至关重要。 材料的热膨胀系数取决于其原子结构，如果没有特殊的措施（热处理，退火等），材料的热膨胀系数很难改变。因此，热膨胀系数非常稳定，所以我们可以用热膨胀测量仪测量材料的热膨胀系数。

在等压下，单位温度变化所导致的长度量值的变化称为热膨胀系数。实际应用中，有两种主要的热膨胀系数，分别是线性热膨胀系数和体积热膨胀系数。大多数情况之下，此系数为正值。也就是说温度升高体积扩大。但是也有例外，当水在0℃到4℃之间，会出现反膨胀。而一些陶瓷材料在温度升高情况下，几乎不发生几何特性变化，其热膨胀系数接近0。

发明内容

本发明的目的是提供一种热膨胀测量仪及其使用方法，以解决棒体热膨胀测量装置位姿调整困难等问题，提高热膨胀量测量精度。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种热膨胀测量仪，其特征在于：包括设置在平台上的气浮导轨，气浮导轨上一端固定有激光干涉仪调整云台，激光干涉仪调整云台上安装有激光干涉仪激光器，气浮导轨上还滑动安装有两个气浮滑架，靠近激光干涉仪激光器的气浮滑架上固定有y向微调平台，y向微调平台上安装有分光镜及反射镜组，远离激光干涉仪激光器的气浮滑架上固定有y-z两自由度微调平台， y-z两自由度微调平台上固定有反射镜，且反射镜朝向分光镜及反射镜组；两个气浮滑架的底部分别垂直固定有一个测针，气浮导轨下的平台上固定有两个三自由度微调平台，两个三自由度微调平台上分别固定有一个窄V型块，两窄V型块用于放置被测试样。

所述的一种热膨胀测量仪，其特征在于：所述的两个气浮滑架，其中一个气浮滑架两侧分别固定有一柔性丝线，另一个气浮滑架两侧分别固定有一V型槽螺栓轴承，两柔性丝线分别绕过其同侧的V型槽螺栓轴承，且两柔性丝线的另一端分别固定有一个小重锤，两个小重锤用于保持测针端部与被测试样的接触力保持恒定。

所述的一种热膨胀测量仪，其特征在于：所述的测针端部为球形测尖，测尖的半径与被测试样的半径相同。

所述的一种热膨胀测量仪，其特征在于：所述的分光镜及干涉镜组由镜组安装架安装在y向微调平台上，分光镜及干涉镜组可调整沿z方向的位置及绕z方向的角度；所述y-z两自由度微调平台上的反射镜沿y、z方向的位置可进行微调；使得激光干涉仪激光器发出的激光束经分光镜分光并且一路激光经反射镜反射后与另一路激光干涉且与气浮导轨平行。

所述的一种热膨胀测量仪，其特征在于：所述的两个三自由度微调平台上的窄V型块的y、z方向的位置及绕z方向的转角可进行微调，保证被测试样与气浮导轨平行。

一种热膨胀测量仪的使用方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）、移动一个气浮滑架，使气浮滑架下的测针端部与一窄V型块的两面接触且能够左右移动，然后移动另一个气浮滑架，使气浮滑架下的测针端部与另一V型块的两面接触且能够左右移动；

（2）、将被测试样放置在两个窄V型块上，且使两个气浮滑架下的测针端部分别接触被测试样的两侧端面，调节环境温度至20℃并稳定一段时间，记录激光干涉仪示值a；

（3）、改变环境温度至一定温度并稳定一段时间，记录激光干涉仪示值b，b-a为被测试样在当前环境温度下的热变形量。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明中两个三自由度微调平台上的V型块y、z方向的位置及绕z方向的转角可进行微调，保证试样与气浮导轨平行。两个小重锤用于保持测针端部与试样的接触力保持恒定，且通过增加接触力保持机构，不仅可以测量温度升高时，试样的热膨胀，也可以测量温度降低时，试样的热收缩。本发明装置安装调整简单，容易实现，使用方便，并且可以更加精确地测量棒体的热膨胀。

附图说明

图1是本发明结构示意图；

图2是本发明被测试样与测针接触力保持机构示意图。

图中标号：1、气浮导轨，2、激光干涉仪调整云台，3、激光干涉仪激光器，4、左气浮滑架，5、右气浮滑架，6、y向调整平台，7、分光镜及反射镜组，8、y-z两自由度微调平台，9、反射镜，10、v型槽螺栓轴承，11、小重锤，12、柔性丝线，13、被测试样，14、左测针，15、右测针，16、左窄v型块，17、右窄v型块，18、左三自由度微调平台，19、右三自由度微调平台。

具体实施方式

具体实施方式：参见附图1，图1是本发明结构示意图，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。

本实施方式所述的一种热膨胀测量仪装置包括气浮导轨1、激光干涉仪调整云台2、激光干涉仪激光器3、左气浮滑架4、右气浮滑架5、y向调整平台6、分光镜及反射镜组7、y-z两自由度微调平台8、反射镜9、v型槽螺栓轴承10、小重锤11、柔性丝线12、试样13、左测针14、右测针15、左窄v型块16、左窄v型块17、左三自由度微调平台18，左三自由度微调平台19，激光干涉仪调整云台2固定在气浮导轨1上，分光镜及反射镜组7通过y向微调平台6安装在左气浮滑架4上，反射镜9通过y-z两自由度微调平台8安装在右气浮滑架5上，左气浮滑架4两侧分别固定有一柔性丝线12，右气浮滑架5两侧分别固定有一V型槽螺栓轴承10，两柔性丝线12分别绕过其同侧的V型槽螺栓轴承10，且两柔性丝线12的另一端分别固定有一个小重锤11，两个小重锤用于保持测针端部与被测试样的接触力保持恒定。左测针14固定在左气浮滑架4上，右测针15固定在右气浮滑架5上，左、右测针14、15端部为球形测尖，测尖的半径与被测试样13的半径相同。左窄v型块16固定在左三自由度微调平台18上，右窄v型块17固定在三自由度微调平台19上，被测试样13放置在左窄v型块16和右窄v型块17上，左、右窄V型块16、17的y、z方向的位置及绕z方向的转角可进行微调，保证被测试样13与气浮导轨1平行。

分光镜及干涉镜组由镜组7安装架安装在y向微调平台6上，分光镜及干涉镜组7可调整沿z方向的位置及绕z方向的角度；y-z两自由度微调平台8上的反射镜9沿y、z方向的位置可进行微调；使得激光干涉仪激光器3发出的激光束经分光镜分光并且一路激光经反射镜反射后与另一路激光干涉且与气浮导轨平行。

本实施方式的技术效果是：改变环境温度，试样13收缩或者膨胀时，左测针14和右测针15分别带动左气浮滑架4和右气浮滑架5在气浮导轨1上移动，激光干涉仪激光器3通过检测激光经过气浮滑架4上的分光镜及反射镜组7和反射镜9上的光程差变化来得到位移量，即被测试样的热膨胀变化量。

工作原理：

本发明进行热膨胀测量的具体步骤如下：

步骤一、移动左气浮滑架4或左气浮滑架5，使左测针14或右测针15端部与左窄v型块16的两面接触且能够左右移动，然后移动左气浮滑架4或左气浮滑架5，使左测针14或右测针15端部与右窄v型块17的两面接触且能够左右移动；

步骤二、将被测试样13放置在左窄v型块16和右窄v型块17上，且使左气浮滑架4下的左测针14和右气浮滑架5下的右测针15端部分别接触被测试样13的两侧端面，调节环境温度至20℃并稳定一定时间，记录激光干涉仪3示值a；

步骤三、改变环境温度至一定温度并稳定一段时间，记录激光干涉仪3示值b，b-a为被测试样13在当前环境温度下的热变形量。

以上实施方式仅用于说明本发明，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 (6)

1.一种热膨胀测量仪，其特征在于：包括设置在平台上的气浮导轨，气浮导轨上一端固定有激光干涉仪调整云台，激光干涉仪调整云台上安装有激光干涉仪激光器，气浮导轨上还滑动安装有两个气浮滑架，靠近激光干涉仪激光器的气浮滑架上固定有y向微调平台，y向微调平台上安装有分光镜及反射镜组，远离激光干涉仪激光器的气浮滑架上固定有y-z两自由度微调平台， y-z两自由度微调平台上固定有反射镜，且反射镜朝向分光镜及反射镜组；两个气浮滑架的底部分别垂直固定有一个测针，气浮导轨下的平台上固定有两个三自由度微调平台，两个三自由度微调平台上分别固定有一个窄V型块，两窄V型块用于放置被测试样。

2.根据权利要求1所述的一种热膨胀测量仪，其特征在于：所述的两个气浮滑架，其中一个气浮滑架两侧分别固定有一柔性丝线，另一个气浮滑架两侧分别固定有一V型槽螺栓轴承，两柔性丝线分别绕过其同侧的V型槽螺栓轴承，且两柔性丝线的另一端分别固定有一个小重锤。

3.根据权利要求1所述的一种热膨胀测量仪，其特征在于：所述的测针端部为球形测尖，测尖的半径与被测试样的半径相同。

4.根据权利要求1所述的一种热膨胀测量仪，其特征在于：所述的分光镜及干涉镜组由镜组安装架安装在y向微调平台上，分光镜及干涉镜组可调整沿z方向的位置及绕z方向的角度；所述y-z两自由度微调平台上的反射镜沿y、z方向的位置可进行微调；使得激光干涉仪激光器发出的激光束经分光镜分光并且一路激光经反射镜反射后与另一路激光干涉且与气浮导轨平行。

5.根据权利要求1所述的一种热膨胀测量仪，其特征在于：所述的两个三自由度微调平台上的窄V型块的y、z方向的位置及绕z方向的转角可进行微调，保证被测试样与气浮导轨平行。

6.一种权利要求1所述的一种热膨胀测量仪的使用方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）、移动一个气浮滑架，使气浮滑架下的测针端部与一窄V型块的两面接触且能够左右移动，然后移动另一个气浮滑架，使气浮滑架下的测针端部与另一V型块的两面接触且能够左右移动；

（2）、将被测试样放置在两个窄V型块上，且使两个气浮滑架下的测针端部分别接触被测试样的两侧端面，调节环境温度至20℃并稳定一段时间，记录激光干涉仪示值a；

（3）、改变环境温度至一定温度并稳定一段时间，记录激光干涉仪示值b，b-a为被测试样在当前环境温度下的热变形量。

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