专利名称:圆锥度测量装置的制作方法
本实用新型属于长度测量技术(G01B)。
在已有的技术中测量圆锥面只能测量锥角偏差，而不能测量整体圆锥面的圆锥度，其测量技术通常是采用圆锥量规测量装置。于1984年5月〈计量技术〉发表的“圆锥量规的高精度测量装置”，目前它是测量锥角偏差的基准装置。它主要是由多齿分度盘〔31〕、微调转台〔32〕、望远镜〔33〕、激光器〔19〕、计算机〔28〕、打印机〔29〕所组成。其优点是校准方便、锥角偏差的测量精度高。但也存在下列缺点(1)、只能对单项锥角偏差进行测量，而不能对圆锥度误差(即是指圆锥面的三个几何要素——圆度误差、素线的直线度误差、锥角偏差的综合误差)进行综合测量与评定；(2)、锥角偏差的测量只是在某相对素线上选定两点的尺寸差计算，没有综合形状误差对锥角偏差的影响；(3)、测量过程是静态的，欲测量圆锥面上的多处锥角偏差时，需要进行多次放置工件以便进行测量，因而测量效率较低。
为了解决已有技术的上述缺点，尤其是不能整体综合测量和不能连续测量的缺点，特提出本实用新型。其基本构思是圆锥体绕测量基准轴线作无轴向移动的等速连续旋转的同时，测头作平行于测量基准轴线的等速连续直线运动，形成密集的圆锥螺旋测量线，用圆锥度精度指标对圆锥面进行综合测量与评定，代替已有技术只在某相对素线上选定两点测量锥角偏差的静态测量技术。本实用新型测量装置主要包括激光器〔19〕、计算机〔28〕、打印机〔29〕，其特征在于它还包括等速连续旋转的回转轴系〔27〕、等速连续移动的轴向移动机构〔5〕、封闭气浮式的径向移动机构〔4〕、基准平面镜〔12〕、棱镜组〔10〕、测力杠杆〔15〕。这种圆锥度测量装置，可以在一个较宽的尺寸范围内，测量圆锥面、圆柱面、鼓形柱面等多种几何形体的几何精度。回转轴系〔27〕的旋转速度，一般为3转／分至8转／分，最佳旋转速度为5转／分；而轴向移动机构〔5〕的移动速度一般为0.5毫米／秒至5毫米／秒，最佳移动速度为1毫米／秒；工作时两者速度比例可在一个较宽的范围内变化，一般为每转移动3.75毫米至每转移动100毫米，最佳速度比例为每转移动12毫米。测头〔2〕的测量力一般为10克力至150克力，最佳测量力为20克力。
轴向移动机构〔5〕的一端通过滚动丝杠付〔8〕与步进电机〔7〕相连接，中部通过平行弹簧〔9〕固定有棱镜组〔10〕及轴三棱镜〔13〕。径向移动机构〔4〕上固定有径三棱镜〔3〕，一端固定有可更换的测头〔2〕，另一端固定有连接盘〔14〕。基准平面镜〔12〕通过支架固定在基准平板〔20〕上。棱镜组〔10〕及轴三棱镜〔13〕与径向移动机构〔4〕是不接触的，并通过平行弹簧〔9〕将它们固定在轴向移动机构〔5〕上，棱镜组〔10〕及轴三棱镜〔13〕的一侧固定有触杆〔11〕，触杆〔11〕经过连接盘〔14〕的中心孔留有间隙并与基准平面镜〔12〕接触。棱镜组〔10〕是由3个三棱镜胶结而成。测力杠杆〔15〕通过支架将其固定支承固定在轴向移动机构〔5〕上，并且可以绕固定支承摆动，它的铅直下方挂有测力重锤〔16〕，它的铅直上方的球端放入连接盘〔14〕的环形槽中。
本实用新型可以制作成立式的，也可以制作成卧式的。制成立式的“圆锥度测量装置”可以测量外圆锥面也可以测量内圆锥面；制成卧式的“圆锥面测量装置”只能测量外圆锥面，但是安装圆锥体〔1〕时不需找正。卧式的与立式的不同之处是圆锥体〔1〕顶在两顶尖〔41〕之间，并通过弹性夹持器〔40〕使圆锥体〔1〕与回转轴系〔27〕相连接，不需安装平衡锤〔6〕。
本实用新型可以测量二等标准圆锥量规，锥度范围为13至1500，基本圆锥长度为120毫米以内，最佳测量锥度为110，最佳基本圆锥长度为100毫米；并且可以测量圆柱体(锥角为零)的一等圆柱度，尺寸范围为φ300mm×120mm以内，最佳测量尺寸为φ50mm×100mm。
本实用新型与已有技术相比所具有的优点是(1)、用圆锥度精度指标可以对圆锥面的三个基本几何要素进行综合测量与评定，综合了各单项误差的相互抵消或叠加，比用单项测量、分别评定更接近于实际；(2)、由于是采用密集的圆锥螺旋测量线对圆锥面进行整体测量，包含了圆锥面形状误差对锥角偏差的影响；(3)、测量过程是连续的、动态的，因此圆锥面整体测量的效率较高；(4)、机械测量装置结构简单、回转轴系及指示器精度高，并且用计算机对测量数据进行处理与运算，因此保持了测量精度高的特点。
图1是已有技术的圆锥量规测量装置示意图。圆锥量规〔30〕置于多齿分度盘〔31〕上，多齿分度盘〔31〕置于微调转台〔32〕上，定位干涉条纹用望远镜〔33〕观察，激光器〔19〕是激光源，计算机〔28〕、打印机〔29〕用于数据计算和打印测量结果。
图2是本实用新型立式的圆锥度测量装置示意图。基准平板〔20〕上固定有回转轴系〔27〕、导轨体〔21〕、激光器〔19〕，并置有计算机〔28〕、打印机〔29〕。回转轴系〔27〕上放置有用橡皮泥固定的圆锥体〔1〕。轴向移动机构〔5〕装在导轨体〔21〕上，并通过滚动丝杠付〔8〕与步进电机〔7〕相连接。封闭气浮式的径向移动机构〔4〕装在轴向移动机构〔5〕上，测头〔2〕固定在径向移动机构〔4〕的一侧，并可根据圆锥体〔1〕的不同尺寸和要求进行更换。轴向接收器〔24〕、径向接收器〔26〕通过导线与计算机〔28〕相连。反射镜〔17〕、始分光镜〔18〕、轴分光镜〔22〕、静三棱镜〔23〕、半透明棱镜〔25〕及基准平面镜〔12〕通过支架固定在基准平板〔20〕上。径三棱镜〔3〕固定在径向移动机构〔4〕上。棱镜组〔10〕及轴三棱镜〔13〕通过平行弹簧〔9〕固定在轴向移动机构〔5〕上。棱镜组〔10〕及轴三棱镜〔13〕的一侧固定有触杆〔11〕，触杆〔11〕经过连接盘〔14〕的中心孔留有间隙并与基准平面镜〔12〕接触，用以消除轴向移动机构〔5〕及导轨体〔21〕的形位误差对测头〔2〕径向位移精度的影响。平衡锤〔6〕通过悬线、滑轮与轴向移动机构〔5〕相连，用以平衡轴向移动机构〔5〕，使其移动平稳、省力。安装基准平面镜〔12〕时，应严格调整它与回转轴系〔27〕的回转轴线的平行性，精度控制在100mm0.1μm以内。测力杠杆〔15〕通过支架将其固定支承固定在轴向移动机构〔5〕上，并且可以绕固定支承摆动，它的铅直下方挂有测力重锤〔16〕，它的铅直上方的球端放入连接盘〔14〕的环形槽中，更换测力重锤〔16〕的大小可以改变测头〔2〕的测量力。测力重锤〔16〕挂在靠近测头〔2〕的测力杠杆〔15〕的一边时，可以测量外圆锥面，挂在远离测头〔2〕的测力杠杆〔15〕的另一边时，可以测量内圆锥面。
图2中的光路系统是
由激光器〔19〕发射激光，经始分光镜〔18〕将平行光分成两路。
一路光经半透明棱镜〔25〕至棱镜组〔10〕。此路光经棱镜组〔10〕又分为两束，一束光经棱镜组〔10〕的顶三棱镜，另一束光经径三棱镜〔3〕，反射后于棱镜组〔10〕的内胶结面干涉，产生干涉条纹。棱镜组〔10〕及轴三棱镜〔13〕通过平行弹簧〔9〕固定在轴向移动机构〔5〕上，径三棱镜〔3〕固定在径向移动机构〔4〕上。当测头〔2〕有径向位移时，则光程差发生变化而产生干涉条纹的移动。通过径向接收器〔26〕，则可将测头〔2〕的径向移动信息输入计算机〔28〕，进行数据处理与运算。
另一路光经反射镜〔17〕至轴分光镜〔22〕。此路光经轴分光镜〔22〕又分成两束。一束光经静三棱镜〔23〕，另一束光经轴三棱镜〔13〕，反射后于轴分光镜〔22〕处相干涉，产生干涉条纹。静三棱镜〔23〕通过支架固定在基准平板〔20〕上，轴三棱镜〔13〕及棱镜组〔10〕通过平行弹簧〔9〕固定在轴向移动机构〔5〕上。当测头〔2〕有轴向位移时，则光程差发生变化而产生干涉条纹的移动。通过轴向接收器〔24〕，则可将测头〔2〕的轴向位移信息输入计算机〔28〕，进行数据处理与运算。
测头〔2〕的径向位移、轴向位移信息输入计算机〔28〕后，经过数据处理与运算则可评定出被测圆锥面的圆锥度误差大小，并通过打印机〔29〕打印出测量结果。
图3是本实用新型卧式的圆锥度测量装置示意图。它与立式的圆锥度测量装置的不同之处是圆锥体〔1〕的两个工艺中心孔要进行精密研磨，然后将圆锥体〔1〕顶在两顶尖〔41〕之间，并通过弹性夹持器〔40〕使圆锥体〔1〕与回转轴系〔27〕相连接；由于测量装置是卧式的，径向移动机构〔4〕的上下微小飘移对测量误差影响较小，并且没有必要安装平衡锤〔6〕；卧式的圆锥度测量装置在安装工件时不需找正，但是不能测量内圆锥面。
下面是本实用新型具体实施例。
实施例1将锥度为110、基本圆锥长度为110毫米的圆锥塞规，用橡皮泥固定于回转轴系〔27〕的工作台上。采用50毫米长的测头〔2〕，装在径向移动机构〔4〕上，使测头〔2〕的球端与外圆锥面接触。选择测力为20克力的测力重锤〔16〕，挂在靠近测头〔2〕的测力杠杆〔15〕的一边。启动回转轴系〔27〕的电动开关，使回转轴系〔27〕带动圆锥塞规以5转／分的速度连续旋转。用回转轴系〔27〕的可调工作台调整圆锥塞规的轴线与回转轴系〔27〕的轴线的同轴度误差在0.1微米以内，待定位测微表上的显示达到要求以后，启动计算机〔28〕的电气开关，之后再启动步进电机〔7〕的电动开关。轴向移动机构〔5〕在步进电机〔7〕的驱动下以1毫米／秒的速度连续移动，径向移动机构〔4〕在测头〔2〕的作用下产生位移。轴向接收器〔24〕用来采集测头〔2〕轴向位移的激光干涉条纹信息。径向接收器〔26〕用来采集测头〔2〕径向位移的激光干涉条纹信息。测量完圆锥塞规的全程之后，采集的测量信息通过计算机〔28〕进行数据处理与运算，求出圆锥度的误差值，并通过打印机〔29〕打印出测量结果。将其测量结果与其公差值相比较，最终评定出该圆锥塞规的精度等级。测量完毕之后，关闭步进电机〔7〕的电动开关、关闭计算机〔28〕的电气开关、关闭回转轴系〔27〕的电动开关。取下测力重锤〔16〕，之后从回转轴系〔27〕的工作台上取下圆锥塞规。
实施例2
将锥度为110、基本圆锥长度为110毫米的圆锥环规，用橡皮泥固定于回转轴系〔27〕的工作台上。采用长度为50毫米、高度为120毫米的“∏”形的测头〔2〕，装在径向移动机构〔4〕上，使测头〔2〕的球端与圆锥环规的内表面接触。选择测量力为20克力的测力重锤〔16〕，挂在远离测头〔2〕的测力杠杆〔15〕的一边。启动回转轴系〔27〕的电动开关，使回转轴系〔27〕带动圆锥环规以5转／分的速度连续旋转。用回转轴系〔27〕的可调工作台调整圆锥环规的轴线与回转轴系〔27〕的轴线的同轴度误差在0.1微米以内，待定位测微表上的显示达到要求之后，再启动计算机〔28〕的电气开关，然后再启动步进电机〔7〕的电动开关。轴向移动机构〔5〕在步进电机〔7〕的驱动下以1毫米／秒的速度连续移动，径向移动机构〔4〕在测头〔2〕的作用下产生位移。轴向接收器〔24〕用来采集测头〔2〕轴向位移的激光干涉条纹信息。径向接收器〔26〕用来采集测头〔2〕径向位移的激光干涉条纹信息。测量完圆锥环规的全程之后，采集的测量信息通过计算机〔28〕进行数据处理与运算，求出圆锥度的误差值，并通过打印机〔29〕打印出测量结果。将其测量结果与其公差值相比较，最终评定出该圆锥环规的精度等级。测量完毕之后，关闭步进电机〔7〕的电动开关、关闭计算机〔28〕的电气开关、关闭回转轴系〔27〕的电动开关。取下测力重锤〔16〕，之后从回转轴系〔27〕的工作台上取下圆锥环规。
权利要求
1.一种长度测量技术圆锥度测量装置，它主要包括激光器[19]、计算机[28]、打印机[29]、等速连续旋转的回转轴系[27]，等速连续移动的轴向移动机构[5]、封闭气浮式径向移动机构[4]、基准平面镜[12]、棱镜组[10]、测力杠杆[15]，其特征在于(1)轴向移动机构[5]的一端通过滚动丝杠付[8]与步进电机[7]相连接，中部通过平行弹簧[9]固定有棱镜组[10]及轴三棱镜[13]，(2)基准平面镜[12]通过支架固定在基准平板[20]上，(3)径向移动机构[4]上固定有径三棱镜[3]，一端固定有可更换的测头[2]，另一端固定有连接盘[14]，(4)棱镜组[10]及轴三棱镜[13]与径向移动机构[4]是不接触的，并通过平行弹簧[9]固定在轴向移动机构[5]上，棱镜组[10]及轴三棱镜[13]的一侧固定有触杆[11]，触杆[11]经过连接盘[14]的中心孔留有间隙并与基准平面[12]接触，(5)测力杠杆[15]通过支架将其固定支承固定在轴向移动机构[5]上，并且可以绕固定支承摆动，它的铅直下方挂有测力重锤[16]，它的铅直上方的球端放入连接盘[14]的环形槽中，(6)棱镜组[10]是由3个三棱镜胶结而成。
2.根据权利要求
1所述的圆锥度测量装置，其特征在于它可以制作成立式的也可以制作成卧式的，制成立式的“圆锥度测量装置”可以测量外圆锥面也可以测量内圆锥面；制成卧式的“圆锥度测量装置”只能测量外圆锥面，但是安装圆锥体〔1〕时不需找正。
3.根据权利要求
1所述的圆锥度测量装置，其特征在于回转轴系〔27〕的旋转速度为3转／分至8转／分，最佳旋转速度为5转／分，轴向移动机构〔5〕的轴向移动速度为0.5毫米／秒至5毫米／秒，最佳移动速度为1毫米／秒。
4.根据权利要求
1或3所述的圆锥度测量装置，其特征在于回转轴系〔27〕的旋转速度与轴向移动机构〔5〕的轴向移动速度两者速度比例为每转移动3.75毫米至每转移动100毫米，最佳速比例为每转移动12毫米。
5.根据权利要求
1所述的圆锥度测量装置，其特征在于测头〔2〕的测量力为10克力至150克力，最佳测量力为20克力。
专利摘要
本实用新型属于长度测量技术。主要用来解决圆锥面的圆锥度误差的综合测量与评定问题。它的特点是回转轴系带动圆锥体作等速连续旋转，轴向移动机构在步进电机的驱动下作等速连续移动，使测头形成密集的圆锥螺旋测量线。测头的轴向、径向位移的激光干涉条纹信息用计算机进行处理与运算，最终作出圆锥度的综合测量与评定。测量装置结构简单、精度高。锥度测量范围为1∶3至1∶500，基本圆锥长度在120毫米以内。
文档编号G01B5/24GK87207884SQ87207884
公开日1988年8月17日 申请日期1987年5月28日
发明者陈隆德, 潘辅宝, 王锡琨, 李同英, 关宏志, 张白, 程麟远, 王振明 申请人:大连工学院, 铁道部大连机车车辆工厂导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan