CN1318730A - 便携式凸凹曲面测量仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种精确测量任意凸凹曲面的曲率半径和曲率的测量仪器,属现代加工中的精密测量领域。它是由测量架、测脚和仪表组成,测脚1采用左、中、右三只测脚,中测脚通过套管15装在叠置在一起的连接架9和测量架10的中心孔内,并与仪表12相连,仪表12通过表座13固定在套管15和测量架上,中测脚可在套管(15)内滑动,并可由锁紧螺母(16)锁紧,左、右测脚的上端分别固定在相互啮合的双联齿轮(6)上,双联齿轮(6)通过齿轮轴(5)装在连接架(9)上,连接架(9)由测量架(10)压紧。本发明的使用方法是根据公式:ρ=(H²+r² ₀－△h²+2l₀△h+)/2H,其中r₀和l₀为在测量仪制造时已经设定的已知量,利用该测量仪可以测得H和Δh,把H和Δh代入以上公式,便能测得任意曲面上预测处的曲率半径ρ和曲率1/ρ。

Description

便携式凸凹曲面测量仪

本发明涉及一种精确测量任意凸凹曲面的曲率半径和曲率的测量仪器，属现代加工中的精密测量领域。

20世纪50年代出现的三坐标测量仪，经过近半个世纪的发展，已基本上能满足测量复杂凸凹曲面几何形状的要求，但是现行的三坐标曲面测量仪体积大、固定安装、造价高，而且对工作环境有一定要求，因此，设计一种造价低，既可固定安装测量大型曲面，也可是携带的测量中小型曲面几何形状的测量仪，已势在必行。

本发明的目的是为克服现有三坐标仪存在的上述缺点，提供一种结构简单，既可固定安装测量大型曲面，也可以携带测量中小曲面几诃形状的便携式凸凹曲面测量仪，以及该测量仪的使用方法。

本发明的目的是这样实现的，结合附图说明如下：该测量仪是由测量架10、测脚1和仪表12组成，测脚1采用左、中、右三只测脚，中测脚通过套管15装在叠置在一起的连接架9和测量架10的中心孔内，并与仪表12相连，仪表12通过表座13固定在套管15和测量架上，中测脚可在套管15内滑动，并可由锁紧螺母16锁紧，左、右测脚的上端分别固定在相互啮合的双联齿轮6上，双联齿轮6通过齿轮轴5装在连接架9上，连接架9由测量架10压紧。

该测量仪是根据以下原理设计的：结合附图1(凹面)、图2(凸面)和图3，有如下关系：

        ρ²=R²+(ρ-H)²     (1) $\mathrm{\ρ}=\frac{R^2=H^2}{2H}------\left(2\right)$

        r²=l₀ ²-h²         (3)由附图1、图2和图3可知：

        R=r₀+r                  (4)

        h=l₀-Δh                (5) $r=\sqrt{{l^2}_0-h^2}------\left(6\right)$ 把(5)式代入(6)式，然后把结果代入(4)式，得： $R=r_0+\sqrt{{2l}_0\mathrm{\Δh}-\mathrm{\Δ}{h}^2}------\left(7\right)$ 把(7)式代入(2)式，得： $\mathrm{\ρ}=\frac{H^2+{r_0}^2-\mathrm{\Δ}{h}^2+2l_0\mathrm{\Δh}+2r_0\sqrt{2l_0\mathrm{\Δh}-\mathrm{\Δ}{h}^2}}{2H}---\left(8\right)$ 由(8)可知，如果已知r₀和l₀，只要测得Δh和H，便可求得ρ，根据曲面上任一点均可用两条正交的曲线描示，而曲线上任一点的几何形状均可用该点曲率半径或曲率表示的原理，便可测得任意曲面的几何形状。

本发明涉及的便携式凸凹曲面测量仪的用途是测量零件凸凹曲面的曲率半径、曲率，其使用方法是：

a．测量仪处于初始状态时，将其测脚1置于平面上，使左、右测脚相距2r₀，三只测脚长度为l₀，而且互相平衡，仪表(可采用千分表)调零后，便处于已知的l₀和r₀状态；

b．当把左、右测脚张开2R时，再置于平面上，千分表记录的时中间测脚缩短Δh的值；

c．再将千分表调零后，三只测脚置于待测的凹曲面或凸曲面上，千分表记录的数值即为中间测脚伸长或缩短了l₀，即H=Δl±Δh；

d．把Δh和H带入 $\mathrm{\ρ}=\frac{H^2+{r_0}^2-\mathrm{\Δ}{h}^2+2l_0\mathrm{\Δh}+2r_0\sqrt{2l_0\mathrm{\Δh}}-\mathrm{\Δ}{h}^2}{2H},$ 即可求得所测零件曲面得曲率半径p和曲率 的具体值。

与现有的三座标曲面测量仪相比本发明有以下的优点和效果：1．可以直接携带到加工制造现场对中小型的零、部件进行测量，也可以固定安装在实验室对中大型的零、部件进行测量；2．可以根据测量对象的大小，方便的更换左右和中间测量脚；3．加工制造简单，造价低，每件测量仪的造价约需现有的三座标曲面测量仪的二十分之一；4．如果把千分表用位移传感器代换，再设置一个固化集成块，还可以直接输入到小型计算器直接显示出曲率半径和曲率之值；

图1测量仪置于待测的凹曲面上的示意图；

图2测量仪置于待测的凸曲面上的示意图；

图3测量仪处于初始状态的示意图；

图4测量仪(剖掉连接架和测量架)的结构示意图；

图5是图4的侧视图；

图6是测量仪的外形示意图；

图7是双联齿轮的结构示意图；

图8是图7的A-A视图；

图9测量示例图，其中(a)任意一条曲线；(b)根据测得的曲率半径作出的曲线；(c)为(a)和(b)两条曲线吻合效果。

图中：1．测脚(左、右、中测脚)2．左、右测杆3．螺钉4．中测杆5．齿轮轴6．双联齿轮7．滚珠8．弹簧压片9．连接架10．测量架11．紧固螺钉12．仪表13．仪表座14．螺钉15．中测杆套16．锁紧螺母

该测量仪包括三只测脚1。中测脚通过套管15装在叠置在一起的连接架9和测试架10的中心孔内，壶与仪表12相连，仪表12相连，仪表12由螺钉14固定在哀座13上，表座13固定在套管15和测量架10上。中测脚可在套管15内滑动，并可由锁紧螺母16锁紧。左、右测脚的上端分别插入相互啮合的双联齿轮6中间的中心孔内，用螺钉3锁紧。双联齿轮6通过齿轮轴5装在联接架9上，齿轮轴5可以采用半轴结构，连接架9由测量架10通过紧固螺钉11压紧。

三只测脚1可以采用测杆与测脚相联接的结构，且长度可调。

由于限于结构的关系，若齿轮轴5采用半轴结构，为保证双联齿轮6良好的啮合以保证测量精度，在双联齿轮6的两测端面上分别开有与各自轴心同心的环槽，其内装有滚珠7，该滚珠7通过弹簧压片8由连接架9的内压力保持在环槽内。连接架9的内侧面设由凹槽以固定弹簧压片。

该测量仪的仪表12，既可以采用千分表，也可以采用位移传感器，通过固化集成快直接将测量数据输入到小型计算器，直接显示测量结果。

该测量仪的实施方可以采用h/r₀=10、h/r₀=7和h/r₀=4三种，当然也可根据实际需要定为其它的比例尺寸。h为初始状态时三脚的高度，r₀为测量仪处初始状态时，即三只测脚平行时其间距。

前述的使用方法测量零件曲率半径的实施方式结合图9说明如下：

如图9(a)所示的任意一条曲线，将其分成适当的几段1-2、2-3，用h₀/r₀=7中型规格制造的测量仪测量各段的曲率半径，得到测量值如下：ρ_A=21.2134、ρ_B=24.1364。根据测得的曲率半径作出的曲线如图9(b)所示，两者吻合效果如图9(c)所示。由图可见，用肉眼看基本上是重叠在一起，如果缩小1-2、2-3间的距离，采用本发明小型规格的测量仪测量，可得到更好的精度。这说明达到了设计的效果。

Claims (4)

1．便携式凸凹曲面测量仪是由测量架、测脚和仪表组成，其特征在于测脚(1)采用左、中、右三只测脚，中测脚通过套管(15)装在叠置在一起的连接架(9)和测量架(10)的中心孔内，并与仪表(12)相连，仪表(12)通过表座(13)固定在套管(15)和测量架上，中测脚可在套管(15)内滑动，并可由锁紧螺母(16)锁紧，左、右测脚的上端分别固定在相互啮合的双联齿轮(6)上，双联齿轮(6)通过齿轮轴(5)装在连接架(9)上，连接架(9)由测量架(10)压紧。

2．按权利要求1所述的便携式凸凹曲面测量仪，其特征在于所说的测脚(1)可以采用测杆与测脚连接的结构，且长度可调。

3．按权利要求1或2所述的便携式凸凹曲面测量仪，其特征在于在双联齿轮(6)的两测端面上分别开有与各自轴心同心的环槽，其内装有滚珠(7)，该滚珠(7)通过弹簧压片(8)由连接架(9)的内压力保持在环槽内。

4．权利要求1所述的便携式凸凹曲面测量仪的用途是测量零件凸凹曲面的曲率半径、曲率，其使用方法特征在于：

a．测量仪处于初始状态时，将其测脚(1)置于平面上，使左、右测脚相距2r₀，三只测脚长度为l₀，仪表调零后，便处于已知的l₀和r₀状态；

b．当把左、右测脚张开2R时，再置于平面上，仪表记录的时中间测脚缩短Δh的值；

c．再将仪表调零后，三只测脚置于待测的凹曲面或凸曲面上，仪表记录的数值即为中间测脚伸长或缩短了l₀，即H=Δl±Δh；

d．把Δh和H带入 $\mathrm{\ρ}=\frac{H^2+{r_0}^2-\mathrm{\Δ}{h}^2+2l_0\mathrm{\Δh}+2r_0\sqrt{2l_0\mathrm{\Δh}-\mathrm{\Δ}{h}^2}}{2H},$ 即可求得所测零件曲面得曲率半径ρ和曲率 的具体值。

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