一種接觸式球徑測量儀的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種接觸式球徑測量儀，具有一個由底部床身、兩側立柱和上部橫梁構成的龍門式框架，在床身上設置有工件裝夾部件，在兩立柱的內側分別安裝有左、導軌，在兩導軌間連設有一個可隨導軌沿豎直方向運動的測頭支架，在測頭支架上安裝有可做水平向移動的測頭部件，在橫梁上安裝有氣缸，氣缸活塞可通過氣缸連接件對測頭部件施加豎直方向的壓力，在左、右立柱的內側的下部分別設有左、右彈簧支架，在兩彈簧支架至測頭支架之間分別設有左、右彈簧。與現有技術相比，本實用新型具有結構合理、操作方便、測量精度高等優點，可實現測力恒定及工件多自由度自適應調整。
【專利說明】一種接觸式球徑測量儀
【技術領域】
[0001] 本實用新型內容屬于機械制造及測量【技術領域】，涉及一種用于高精度球徑測量的 接觸式球徑測量儀。
【背景技術】
[0002] 在現代計量技術高速發展的今天，針對高精度非整球面的小于1 ym精度的球徑 測量仍是精密長度測量學的難題，特別是凹球面的精密測量。
[0003] 目前公知的現代精密測量凹球面球徑的方法有用三坐標測量機測量、光學干涉法 測量和弓高弦長法測量。
[0004] 用三坐標測量機測量凹球面球徑的方法又分為直角坐標等精度測量方法和極徑 法。在計量室條件下，直角坐標等精度測量法測量凹球面球徑即使一維精度在〇. 7 y m的條 件下，其三維球徑精度也不小于1. 5 y m，對于像半球形氣體動壓軸承這樣高精度球面零件 要求球徑誤差不大于〇. 5 y m的來說，就遠遠不能滿足測量精度要求了。三坐標極徑法一般 是在一個與被測球徑大小相同的標準球形量規上布置多個測點，這樣一次可測得多點相對 于量規球徑的相對偏差值，經過數據處理，可以得球徑的評定值，屬于相對測量。此方法的 優點是可避免三維運動帶來的誤差，但測量精度仍然難以滿足像半球形氣體動壓軸承這樣 高精度球面零件的精度要求。
[0005] 光學干涉法測量球面球徑目前最常用的是將標準光學玻璃球規樣板貼合到被測 球面，通過透射光與反射光的干涉，讀取干涉條紋數，進而計算出球徑值，球徑測量精度不 大于0. 6 y m。但在精密加工過程中，由于被加工球面需要反復測量，光學球規樣板存在磨損 問題，需要定期檢定、更換。
[0006] 用弓高弦長法測量球面球徑，其具體設計因用途和所需精度不同而不同。現有的 弓高弦長法測量球面球徑的儀器有立式和臥式，現代高精度弓高弦長法測量球面球徑趨于 用臥式測量儀。一般精度條件下，測量儀是由兩個主要部分組成，即測定被測球面的裝置 和測量這個球面一部分的弓高裝置，由測出的弓高和已知球面部分的半徑，進而計算求出 被測球面的曲率半徑。但現有的弓高弦長法測量球面球徑的測量儀在實際應用中相應還存 在著由測力不易控制以及工件多自由度自適應調整性能較低等缺陷。 實用新型內容
[0007] 本實用新型的目的在于克服現有技術特別是采用弓高弦長法球徑測量儀存在的 缺陷，提供一種結構合理、操作方便、測量精度高、可實現測力恒定及工件多自由度自適應 調整的接觸式球徑測量儀。
[0008] 為實現上述發明目的而采用的技術解決方案如下所述。
[0009] -種接觸式球徑測量儀，具有一個由底部床身、左立柱、右立柱和上部橫梁構成的 龍門式框架，在床身上設置有工件裝夾部件，在左立柱和右立柱的內側分別安裝有左導軌 和右導軌，在左、右導軌之間連設有一個可隨導軌沿豎直方向運動的測頭支架，在測頭支架 上安裝有可做水平向移動的測頭部件，在橫梁上安裝有氣缸，氣缸活塞可通過氣缸連接件 對測頭部件施加豎直方向的壓力，在左立柱和右立柱的內側的下部分別設有左彈簧支架和 右彈簧支架，在兩彈簧支架至測頭支架之間分別設有左彈簧和右彈簧。
[0010] 本實用新型的技術解決方案還在于：在測頭支架上端面的左右兩側分別設置測頭 左壓板、測頭右壓板，測頭部件安裝于測頭支架、測頭左壓板與測頭右壓板之間，在測頭部 件中部設有膨大徑面的測頭法蘭，測頭法蘭上下端面與測頭支架、測頭左壓板及測頭右壓 板的結合部設置有用于使測頭部件在水平面內的自由調整滑動的滾子保持架與滾子。
[0011] 本實用新型的技術解決方案還在于：測頭部件包括測頭座和分別設置在其下端和 中部的測頭端蓋和測頭法蘭，在測頭座中心設置有探，在測頭座內側安裝有用于對探針支 承導向的導向銅套，在探針的上端安裝有限位螺母擋塊，在測頭法蘭的上端面設置有傳感 器支架，在傳感器支架上安裝位移傳感器，位移傳感器的測頭與探針同軸。
[0012] 本實用新型的技術解決方案還在于：工件裝夾部件包括軸承座、軸承蓋及安裝在 兩者之間的角接觸關節軸承，在角接觸關節軸承的轉子與軸承蓋之間沿圓周均布設置有 彈簧或其它形式的阻尼裝置，角接觸關節軸承的配合球面與工件的被測球面同心。
[0013] 本實用新型的技術解決方案還在于：在角接觸關節軸承轉子上通過直口安裝有 帶錐環口的工件夾具過渡件，在工件夾具過渡件的錐環口處安裝有用于安裝工件的工件夾 具。
[0014] 本實用新型的技術解決方案還在于：在左彈簧支架至測頭支架之間和右彈簧支架 至測頭支架之間分別設有用以增加測頭部件豎直向下運動時的阻尼的阻尼裝置。
[0015] 本實用新型的技術解決方案還在于：在床身的下端均布設置有用于調整水平的可 調支撐。
[0016] 與現有技術相比，本實用新型具有的優點是測頭支架與測頭部件的結構設置實現 了工件多自由度自適應調整，同時采用恒壓氣缸驅動測頭部件使探針與工件之間在每次 測量中具有相同的測力大小，保證了測量結果的重復性，通過位移傳感器保證了球徑測量 精度。通過上述實現方式，本實用新型提供一種結構合理、操作方便、測量精度高、可實現測 力恒定及工件多自由度自適應調整的高精度接觸式球徑測量儀，在球徑測量領域具有潛在 的推廣價值。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017] 圖1為本實用新型一個具體實施例的結構示意圖。
[0018] 圖2為本實用新型中工件裝夾部件的結構示意圖。
[0019] 圖3為本實用新型中測頭部件的剖視圖。
[0020] 圖4為本實用新型中測量原理示意圖。
[0021] 附圖中各數字標號的名稱分別為：1 一床身；2 -左立柱；3 -左彈簧支架；4 一工 件裝夾部件，4-1 一軸承座，4-2 -角接觸關節軸承，4-3 -軸承蓋，4-4 一彈簧，4-5 -工件 夾具過渡件，4-6 -工件夾具，4-7 -工件；5 -左彈簧；6 -左導軌；7 -測頭支架；8 -測頭 左壓板；9 一橫梁；10 -氣缸連接件；11 一氣缸；12 -測頭部件，12-1 -探針，12-2 -測頭 端蓋，12-3 -測頭座，12-4 -導向銅套，12-5 -測頭法蘭，12-6 -限位螺母擋塊，12-7 - 傳感器支架，12-8 -位移傳感器；13 -測頭右壓板；14 一右導軌；15 -右立柱；16 -右彈 簧；17 -右彈簧支架；18 -可調支承。
【具體實施方式】
[0022] 以下結合附圖對本實用新型的設計結構和工作原理作進一步說明，但本實用新型 的實際結構并不僅限于下述的實施例。
[0023] 參見圖1，本實用新型所述的接觸式球徑測量儀由床身1、左立柱2、右立柱15、橫 梁9、工件裝夾部件4、左導軌6、右導軌14、測頭支架7、測頭左壓板8、測頭右壓板13、測頭 部件12、氣缸連接件10、氣缸11、左彈簧支架3、右彈簧支架17、彈簧5、16和可調支承18等 構件組成。床身1、左立柱2、右立柱15和橫梁9構成龍門式框架，床身1下端均布設置可 調支承18用于調整水平。左導軌6和右導軌14分別安裝在左立柱2、右立柱15內側，測頭 支架7的左右兩側分別與左導軌6和右導軌14連接并可實現沿豎直方向的運動，在測頭支 架7上端面的左、右兩側分別設置測頭左壓板8、測頭右壓板13,測頭部件12安裝于測頭支 架7、測頭左壓板8與測頭右壓板13之間，在測頭部件12上的測頭法蘭12-5的上下端面與 測頭支架7、測頭左壓板8及測頭右壓板13的結合部分別設置由滾子保持架與滾子，以保證 測頭部件在水平面內的自由調整滑動。在橫梁9上安裝有氣缸11，氣缸活塞通過氣缸連接 件10與測頭左壓板8連接，可對測頭部件施加豎直方向的壓力。在龍門式框架的左立柱2 和右立柱15的內側分別設置左彈簧支架3和右彈簧支架17,并在左彈簧支架3和測頭支架 7之間及右彈簧支架17和測頭支架7之間分別設置左彈簧5和右彈簧16,也可以設置其它 形式的阻尼裝置，以增加測頭部件12豎直向下運動時的阻尼。
[0024] 參見圖1?2,該接觸式球徑測量儀的工件裝夾部件4包括軸承座4-1、軸承蓋4-3 及安裝在兩者之間的角接觸關節軸承4-2,在角接觸關節軸承4-2的轉子與軸承蓋4-3之 間沿圓周均布設置彈簧4-4。工件4-7安裝在工件裝夾部件4中的工件夾具4-6上，工件夾 具4-6與工件夾具過渡件4-5之間采用錐度定位安裝，工件夾具過渡件4-5通過直口安裝 在角接觸關節軸承4-2轉子上。
[0025] 參見圖1和圖3,該接觸式球徑測量儀的測頭部件12包括測頭座12-3和分別設 置在其下端和中部的測頭端蓋12-2和測頭法蘭12-5,在測頭座12-3的中心設置有探針 12-1，在測頭座12-3內側安裝導向銅套12-4實現對探針12-1的支承導向，在探針12-1的 上端安裝限位螺母擋塊12-6以實現限位，在測頭法蘭12-5的上端面設置傳感器支架12-7 并在傳感器支架12-7上安裝位移傳感器12-8。
[0026] 本實用新型設計結構中，要求工件4-7的被測球面與角接觸關節軸承4-2的配合 球面同心，并要求位移傳感器12-8的測頭與探針12-1同軸。
[0027] 本實用新型設計中，彈簧4-4、左彈簧5和右彈簧16均可采用其它等效阻尼裝置替 代。
[0028] 下面結合圖4,對本實用新型的測量算法進行說明。
[0029] 假設分別用半徑為&、&、R2三個半徑值的標準球標定時，L兩L2分別為相同的 值，根據三角函數可得
【權利要求】
1. 一種接觸式球徑測量儀，其特征在于：具有一個由底部床身（1)、左立柱（2)、右立柱 (15)和上部橫梁（9)構成的龍門式框架，在床身（1)上設置有工件裝夾部件（4)，在左立柱 (2)和右立柱（15)的內側分別安裝有左導軌（6)和右導軌（14)，在左、右導軌（6、14)之間 連設有一個可隨導軌沿豎直方向運動的測頭支架（7)，在測頭支架（7)上安裝有可做水平 向移動的測頭部件（12)，在橫梁（9)上安裝有氣缸（11)，氣缸活塞可通過氣缸連接件（10) 對測頭部件（12)施加豎直方向的壓力，在左立柱（2)和右立柱（15)的內側的下部分別設 有左彈簧支架（3)和右彈簧支架（17)，在兩彈簧支架至測頭支架（7)之間分別設有左彈簧 (5)和右彈簧（16)。
2. 根據權利要求1所述的接觸式球徑測量儀，其特征在于：在測頭支架（7)上端面的 左右兩側分別設置測頭左壓板（8)、測頭右壓板（13)，測頭部件（12)安裝于測頭支架（7)、 測頭左壓板（8)與測頭右壓板（13)之間，在測頭部件（12)中部設有膨大徑面的測頭法蘭 (12-5)，測頭法蘭（12-5)上下端面與測頭支架（7)、測頭左壓板（8)及測頭右壓板（13)的 結合部設置有用于使測頭部件（12)在水平面內的自由調整滑動的滾子保持架與滾子。
3. 根據權利要求1或2所述的接觸式球徑測量儀，其特征在于：測頭部件（12)包括測 頭座（12-3)和分別設置在其下端和中部的測頭端蓋（12-2)和測頭法蘭（12-5)，在測頭座 (12-3)中心設置有探針（12-1)，在測頭座（12-3)內側安裝有用于對探針（12-1)支承導向 的導向銅套（12-4)，在探針（12-1)的上端安裝有限位螺母擋塊（12-6)，在測頭法蘭（12-5) 的上端面設置有傳感器支架（12-7)，在傳感器支架（12-7)上安裝位移傳感器（12-8)，位移 傳感器（12-8)的測頭與探針（12-1)同軸。
4. 根據權利要求1所述的接觸式球徑測量儀，其特征在于：所說的工件裝夾部件（4) 包括軸承座（4-1)、軸承蓋（4-3)及安裝在兩者之間的角接觸關節軸承（4-2)，在角接觸關 節軸承（4-2)的轉子與軸承蓋（4-3)之間沿圓周均布設置有彈簧（4-4)或其它形式的阻尼 裝置，角接觸關節軸承（4-2)的配合球面與工件（4-7)的被測球面同心。
5. 根據權利要求4所述的接觸式球徑測量儀，其特征在于：在角接觸關節軸承（4-2) 轉子上通過直口安裝有帶錐環口的工件夾具過渡件（4-5)，在工件夾具過渡件（4-5)的錐 環口處安裝有用于安裝工件（4-7)的工件夾具（4-6)。
6. 根據權利要求1所述的接觸式球徑測量儀，其特征在于：在左彈簧支架（3)至測頭 支架（7)之間和右彈簧支架（17)至測頭支架（7)之間分別設有用以增加測頭部件（12)豎 直向下運動時的阻尼的阻尼裝置。
7. 根據權利要求1所述的接觸式球徑測量儀，其特征在于：在床身（1)的下端均布設 置有用于調整水平的可調支撐（18)。
【文檔編號】G01B21/20GK204240974SQ201420745871
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月1日 優先權日:2014年12月1日
【發明者】馬波, 薛飛 申請人:西安航志機電設備科技有限公司