一种多模式螺旋测微器及测量方法与流程

本发明属于超精密测量领域。

背景技术：

传统的螺旋测微器又称千分尺，它是依据螺旋放大的原理制成的，即螺杆在螺母中旋转一周，螺杆便沿着旋转轴线方向前进或后退一个螺距的距离。因为传统的螺旋测微器的精密螺纹的螺距是0.5mm，可动刻度尺上刻有50个等分的刻度，所以旋转1个小分度，相当于测微螺杆前进或后退0.5/50＝0.01mm。所以，传统的螺旋测微器仅可以准确测量到0.01mm,无法满足日益增长的超精密测量需求。

技术实现要素：

本发明提供一种多模式螺旋测微器及测量方法，以解决现有螺旋测微器无法满足超精密测量需求的问题。

本发明采取的技术方案是：框架与左螺旋测微器的固定刻度尺Ⅰ通过过盈配合连接在一起，51分度的内齿圈、测微螺杆Ⅰ、垫片Ⅰ通过一字螺钉Ⅰ连接在一起，51分度的内齿圈与旋转刻度尺Ⅰ通过过盈配合连接在一起，弹簧Ⅰ与棘爪Ⅰ装在固定刻度尺Ⅰ上部的小孔内，锁紧螺套Ⅰ装在固定刻度尺Ⅰ中，测微螺杆Ⅰ穿过锁紧螺套Ⅰ，旋转刻度尺Ⅰ与固定刻度尺Ⅰ通过螺距为0.5mm的螺纹连接，锁紧螺钉Ⅰ与锁紧螺套Ⅰ通过螺纹连接；框架与右螺旋测微器的固定刻度尺Ⅱ通过过盈配合连接在一起，测微螺杆Ⅱ、粗调旋钮、垫片Ⅱ通过一字螺钉Ⅱ连接在一起，旋转刻度尺Ⅱ与粗调旋钮通过过盈配合连接在一起，弹簧Ⅱ与棘爪Ⅱ装在粗调旋钮的小孔之中，棘爪Ⅱ卡在微调旋钮的槽中，锁紧螺套Ⅱ装在固定刻度尺Ⅱ中，测微螺杆Ⅱ穿过锁紧螺套Ⅱ，旋转刻度尺Ⅱ与固定刻度尺Ⅱ通过螺距为0.5mm的螺纹连接，锁紧螺套Ⅱ与锁紧螺钉Ⅱ通过螺纹连接，固定刻度尺Ⅱ的表面刻有固定刻度尺Ⅱ水平基准线。

一种多模式螺旋测微器的测量方法，包括下列步骤：

(一)、先将左螺旋测微器旋转至0刻度，使用右螺旋测微器正常测量，假设读的数据为x₁mm，如需进行超精密测量，则进行下一步；

(二)、再将右螺旋测微器后退最小的距离使得旋转刻度尺Ⅱ的刻度与固定刻度尺Ⅱ水平基准线重合，设此时右螺旋测微器的读数为f(x₁)mm，即f(x₁)为比x₁大、只有3位小数且第三位小数为0的最小有理数；

(三)、然后将左螺旋测微器的51分度的内齿圈旋转一小格的角度，使测微螺杆Ⅰ向左侧运动0.5/51mm，右螺旋测微器的微调旋钮旋转一小格的角度，使测微螺杆Ⅱ向左侧运动0.5/50mm；

(四)、重复步骤(三)，记录循环次数n，因为随着测量的进行，测微螺杆Ⅱ与被测量物之间的接触压力越来越大且测微螺杆Ⅱ与旋转刻度尺Ⅱ固连在一起，所以使旋转刻度尺Ⅱ与固定刻度尺Ⅱ相对转动需要克服更大的最大静摩擦转矩，欲使旋转刻度尺Ⅱ继续运动，微调旋钮必须提供更大的输入转矩，输入转矩经棘爪Ⅱ、弹簧Ⅱ传递最终传递给旋转刻度尺Ⅱ，由于需要传递更大的转矩且力臂的大小不变，因此弹簧Ⅱ的变形量必须更大以产生更大的弹力，但当弹簧Ⅱ变形量超过一定限度，棘爪Ⅱ将进入下一槽位，由此产生声音及振动，测量结束；

由于左螺旋测微器旋转一小格对应的轴向距离为0.5/51mm，右螺旋测微器旋转一小格对应的轴向距离为0.5/50mm，右侧运动的距离大，两测头之间的距离每一次循环减少(0.5/50-0.5/51)mm，循环n次测量结束，那么测量结果为f(x₁)-n(0.5/50-0.5/51)mm。

本发明优点是结构新颖，利用一套活动螺杆螺母机构代替传统螺旋测微器一头的固定小砧，其中测微螺杆上面的精密螺纹的螺距和传统的螺旋测微器的相同，但旋转刻度尺在圆周方向进行51等分不同于传统的螺旋测微器旋转刻度尺的50等分，本发明工作时有两种模式，即普通模式与超精密模式，普通模式的精度与使用方法完全与传统的螺旋测微器一致，超精密模式下因为两旋转刻度尺上每小格对应的轴向距离不同，利用追赶求差的方法将测量精度提高51倍，提高了测量精度，当工作在普通模式时又和传统的螺旋测微器的使用方法完全一致，以保证用户的使用习惯，最大程度地保证用户友好性，在精密零件检测中具有广阔的应用前景。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的剖视图；

图3是本发明51分度的内齿圈的结构示意图；

图4是本发明微调旋钮10的结构示意图。

具体实施方式

框架5与左螺旋测微器的固定刻度尺Ⅰ4通过过盈配合连接在一起，51分度的内齿圈2、测微螺杆Ⅰ13、垫片Ⅰ15通过一字螺钉Ⅰ1连接在一起，51分度的内齿圈2与旋转刻度尺Ⅰ3通过过盈配合连接在一起，弹簧Ⅰ20与棘爪Ⅰ21装在固定刻度尺Ⅰ4上部的小孔内，锁紧螺套Ⅰ19装在固定刻度尺Ⅰ4中，测微螺杆Ⅰ13穿过锁紧螺套Ⅰ19，旋转刻度尺Ⅰ3与固定刻度尺Ⅰ4通过螺距为0.5mm的螺纹连接，锁紧螺钉Ⅰ14与锁紧螺套Ⅰ19通过螺纹连接；框架5与右螺旋测微器的固定刻度尺Ⅱ8通过过盈配合连接在一起，测微螺杆Ⅱ6、粗调旋钮12、垫片Ⅱ22通过一字螺钉Ⅱ11连接在一起，旋转刻度尺Ⅱ9与粗调旋钮12通过过盈配合连接在一起，弹簧Ⅱ16与棘爪Ⅱ17装在粗调旋钮12的小孔之中，棘爪Ⅱ17卡在微调旋钮10的槽中，锁紧螺套Ⅱ18装在固定刻度尺Ⅱ8中，测微螺杆Ⅱ6穿过锁紧螺套Ⅱ18，旋转刻度尺Ⅱ9与固定刻度尺Ⅱ8通过螺距为0.5mm的螺纹连接，锁紧螺套Ⅱ18与锁紧螺钉Ⅱ7通过螺纹连接，固定刻度尺Ⅱ的表面刻有固定刻度尺Ⅱ水平基准线81。

一种多模式螺旋测微器的测量方法，包括下列步骤：

(一)、先将左螺旋测微器旋转至0刻度，使用右螺旋测微器正常测量，假设读的数据为x₁mm，如需进行超精密测量，则进行下一步；

(二)、再将右螺旋测微器后退最小的距离使得旋转刻度尺Ⅱ9的刻度与固定刻度尺Ⅱ水平基准线81重合，设此时右螺旋测微器的读数为f(x₁)mm，即f(x₁)为比x₁大、只有3位小数且第三位小数为0的最小有理数；

(三)、然后将左螺旋测微器的51分度的内齿圈2旋转一小格的角度，使测微螺杆Ⅰ13向左侧运动0.5/51mm，右螺旋测微器的微调旋钮10旋转一小格的角度，使测微螺杆Ⅱ6向左侧运动0.5/50mm；

(四)、重复步骤(三)，记录循环次数n，因为随着测量的进行，测微螺杆Ⅱ6与被测量物之间的接触压力越来越大且测微螺杆Ⅱ6与旋转刻度尺Ⅱ9固连在一起，所以使旋转刻度尺Ⅱ9与固定刻度尺Ⅱ8相对转动需要克服更大的最大静摩擦转矩，欲使旋转刻度尺Ⅱ9继续运动，微调旋钮10必须提供更大的输入转矩，输入转矩经棘爪Ⅱ17、弹簧Ⅱ16传递最终传递给旋转刻度尺Ⅱ9，由于需要传递更大的转矩且力臂的大小不变，因此弹簧Ⅱ16的变形量必须更大以产生更大的弹力，但当弹簧Ⅱ16变形量超过一定限度，棘爪Ⅱ17将进入下一槽位，由此产生声音及振动，测量结束；

由于左螺旋测微器旋转一小格对应的轴向距离为0.5/51mm，右螺旋测微器旋转一小格对应的轴向距离为0.5/50mm，右侧运动的距离大，两测头之间的距离每一次循环减少(0.5/50-0.5/51)mm，循环n次测量结束，那么测量结果为f(x₁)-n(0.5/50-0.5/51)mm。

下面通过具体实验例做进一步说明：

使用时，先将左螺旋测微器旋转至0刻度，使用右螺旋测微器正常测量，假设读的数据为5.218mm；

再将右螺旋测微器后退至5.220mm；

然后左螺旋测微器的51分度的内齿圈2旋转一小格的角度使测微螺杆Ⅰ13向左侧运动0.5/51mm，右螺旋测微器的微调旋钮10旋转一小格的角度，使测微螺杆Ⅱ6向左侧运动0.5/50mm；

重复步骤3，记录循环次数n，因为随着测量的进行，测微螺杆Ⅱ6与被测量物之间的接触压力越来越大且测微螺杆Ⅱ6与旋转刻度尺Ⅱ9固连在一起，所以使旋转刻度尺Ⅱ9与固定刻度尺Ⅱ8相对转动需要克服更大的最大静摩擦转矩，欲使旋转刻度尺Ⅱ9继续运动，微调旋钮10必须提供更大的输入转矩，输入转矩经棘爪Ⅱ17、弹簧Ⅱ16传递最终传递给旋转刻度尺Ⅱ9，由于需要传递更大的转矩且力臂的大小不变，因此弹簧Ⅱ16的变形量必须更大以产生更大的弹力，但当弹簧Ⅱ16变形量超过一定限度，棘爪Ⅱ17将进入下一槽位，由此产生声音及振动，测量结束，测量结果为：f(x₁)-n(0.5/50-0.5/51)＝5.220-8*(0.5/50-0.5/51)＝5.218431373mm。