CN109186413A - 一种测量直径可调的球径仪及曲率半径和偏移量测量方法 - Google Patents

一种测量直径可调的球径仪及曲率半径和偏移量测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种测量直径可调的球径仪及曲率半径和偏移量测量方法，包括指示表以及用于安装指示表的固定底座，固定底座四周以通孔圆心为中心均设有至少三个竖直导轨，还包括能够相对竖直轨道上下滑动的升降台，固定底座四周以通孔圆心为中心均设有多个与竖直导轨间隔设置的底座滑槽，底座滑槽上设有能够在底座滑槽上滑动的滑块，通过升降台带动三个滑块进行靠近或远离圆心运动，实现对不同直径工件的测量，不用更换测环，整个装置占用空间小，简单方便。三个支脚同时沿着直径方向移动，可以进行定心功能，从而使得指示表的测头对准工件的球心位置，使得测量更准确。采用锁紧机构，可以在指定的位置随时进行锁紧，操作简单方便。

Description

一种测量直径可调的球径仪及曲率半径和偏移量测量方法
技术领域
本发明涉及球面、非球面光学元件的测量技术领域，特别是一种测量直径可调的球径仪及曲率半径和偏移量测量方法。
背景技术
球面、非球面镜在现代国防、商用领域有着极大的应用，其尺寸也从几十毫米到几千毫米不等，大型球面镜例如500mm以上的，由于自身尺寸太大，另有其它测量方法。对于中小型球面镜、非球面镜的测量，可以用球径仪直接进行在位测量，避免工件的装夹带来费时的缺点。球径仪是用来测量球面或非球面光学元件曲率半径的仪器，作为精密的元件，如果测量不准确，则会对焦点及后续的加工造成很大的误差。
现有的球径仪主要有三种：第一种是用于现场的粗略测量，通过转动卡盘改变半径，采用螺旋机构测量，但它有3个缺点：
1.卡盘转动时同步性能不好，导致无法准确的确定圆心。
2.该球径仪是手持式，由于工件重量的原因，只能针对小型工件测量。
3.采用螺旋测微进行测量会对测量的精度有所影响。
第二种是使用测环的球径仪，这种球径仪可以达到很高的精度，但是一种测环不能对不同直径工件进行测量，适用范围差，需要准备多个不同测量范围的测环，而且更换测环也比较麻烦。
第三种就是计算机控制的球径仪，它可以改变直径进行测量，但都是通过电机来控制，通过光栅尺测量矢高，再由计算机计算得到，但它具有几个缺点：
1.采用光栅尺测量再进行计算，理论误差会有所积累，并且安装比较繁琐。
2.该球径仪采用计算机、步进电机进行控制，因此造价昂贵，而且占用空间比较大，不简便易用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种测量直径可调的球径仪及曲率半径和偏移量测量方法，以克服现有技术的不足，本装置能够对不同直径的工件进行测量，期间不用更换测环，定心功能更好，而且具有自锁功能，操作简便，方便易用，而且可以根据精度要求更换指示表，使得读数更准确。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种测量直径可调的球径仪，包括指示表以及用于安装指示表的固定底座，固定底座上设有通孔，指示表固定安装于固定底座的通孔内，固定底座四周以通孔圆心为中心均设有至少三个竖直导轨，还包括能够相对竖直轨道上下滑动的升降台，升降台上设有能够同时分别与多个竖直导轨同时啮合滑动的滑动耳，固定底座四周以通孔圆心为中心均设有多个与竖直导轨间隔设置的底座滑槽，底座滑槽上设有能够在底座滑槽上滑动的滑块，滑块与升降台通过连杆连接，底座滑槽中间设有滑槽通孔，滑块下端固定有支脚，底座滑槽上设有用于标注滑块与固定底座通孔中心距离的刻度。
关于竖直导轨，固定底座四周以通孔圆心为中心均设有三个竖直导轨。
进一步的，滑动耳上设有用于将升降台与竖直轨道锁紧固定锁紧装置。
对于锁紧装置，包括设置于滑动耳上设有用于套设于竖直轨道的通孔，滑动耳侧壁设有连通通孔的锁紧螺纹孔，锁紧螺纹孔内设有锁紧螺母。
关于连杆的连接，两端分别铰接在滑块与升降台上，升降台侧壁设有用于连接连杆的铰接耳。
在底座上，底座滑槽外端设有防止滑块滑落的挡块。
关于升降台，升降台上设有调整升降台的水平度的水平仪，升降台中间设有取放孔。
在支脚的连接方面，支脚与滑块通过螺纹连接。
一种球面曲率半径偏移量测量方法，包括以下步骤：
步骤1)、调整滑块至待测量工件的半径尺寸刻度位置，然后通过标准件对指示表进行调零校准；
步骤2)、然后将校准后的本装置水平放入待测球面，使本装置的支脚与待测球面接触，然后调整指示表测头接触待测球面，直接读取指示表读数得到偏移量。
一种球面曲率半径测量方法，包括以下步骤：
步骤1)、调整滑块至待测量工件的半径尺寸刻度位置，固定支脚的高度；
步骤2)、使支脚底面与标准件表面接触，对指示表校准；
步骤3)、然后将校准后的装置水平放入待测工件表面，使支脚与待测球面接触，然后调整指示表测头接触待测工件表面，直接读取指示表读数得到偏移量；
步骤4)、根据公式求出待测环半径下的曲率半径，式中r为部分球面的弦半径，在球径仪上为滑块底部中心圆孔与固定底座通孔中心的距离，即滑块在相应底座上的刻度读数；xR为对应该部分的矢高，对于待测工件，xR则是根据基准工件对应部分的矢高与指示表读数来求得，标准工件的矢高xR是根据已知的R与r和公式反求得到，R为测环所在口径弦半径r处的待求曲率半径。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明一种测量直径可调的球径仪，包括指示表以及用于安装指示表的固定底座，固定底座上设有通孔，指示表固定安装于固定底座的通孔内，固定底座四周以通孔圆心为中心均设有至少三个竖直导轨，还包括能够相对竖直轨道上下滑动的升降台，升降台上设有能够同时分别与多个竖直导轨同时啮合滑动的滑动耳，固定底座四周以通孔圆心为中心均设有多个与竖直导轨间隔设置的底座滑槽，底座滑槽上设有能够在底座滑槽上滑动的滑块，滑块与升降台通过连杆连接，底座滑槽中间设有滑槽通孔，滑块下端固定有支脚，通过升降台带动三个滑块进行靠近或远离圆心运动，进而将实现三个支脚至固定底座中心距离与待测工件半径相同，可以实现对不同直径工件的测量，不用更换测环，整个装置占用空间小，简单方便。三个支脚同时沿着直径方向移动，可以进行定心功能，从而使得指示表的测头对准工件的球心位置，使得测量更准确。测量直径的调整采用滑块上下移动的方式，使得成本降低，采用锁紧机构，可以在指定的位置随时进行锁紧，操作简单方便。
与此同时，支脚可以进行伸缩，从而对不同厚度的工件调整球径仪高度，而非球面镜由于曲率半径是不相同的，调整高度可以进行非球面的测量。
本发明一种球面曲率半径偏移量测量方法，通过调整滑块至待测量工件的半径尺寸刻度位置，然后通过标准件对指示表进行调零校准；然后将校准后的本装置水平放入待测球面，使本装置的支脚与待测球面接触，然后调整指示表测头接触待测球面，直接读取指示表读数得到偏移量，通过调整调整滑块至待测量工件的半径尺寸刻度位置，能够实现不同测量直径工件尺寸的测量，简单方便，测量速度快。
一种球面曲率半径测量方法，通过调整滑块至待测量工件的半径尺寸刻度位置，能够满足不同待测工件的直径，然后固定支脚的高度；使支脚底面与标准水平面接触，对指示表校准；可以实现在位测量，将校准后的装置水平放入待测工件表面，使支脚与待测球面接触，然后调整指示表测头接触待测工件表面，直接读取指示表读数得到偏移量；利用公式以及直接测量的偏移量能够快速求出待测环半径下的曲率半径，式中各参数能够直接得到，由于可以实现在位测量，因此根据指示表读数判断当前加工是否精确，以便调节下一步的加工参数，快速便捷，方法简单，提高了工件加工效率。
附图说明
图1为本发明轴侧结构示意图。
图2为本发明仰视轴侧图。
图3为本发明主视图。
图4为本发明俯视图。
图5为本发明升降台结构示意图。
图6为本发明固定底座轴侧示意图。
图7为测量原理示意图。
其中，1、指示表；2、锁紧螺母；3、滑动耳；4、竖直导轨；5、升降台；6、连杆；7、水平仪；8、滑块；9、底座滑槽；10、支脚；11、固定底座；12、挡块；13、测头；14、通孔；15、锁紧螺纹孔；16、铰接耳；17、取放孔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
如图1至图7所示，一种测量直径可调的球径仪，包括指示表1以及用于安装指示表1的固定底座11，固定底座11上设有通孔，指示表1固定安装于固定底座11的通孔内，固定底座11四周以通孔圆心为中心均设有至少三个竖直导轨4，还包括能够相对竖直轨道4上下滑动的升降台5，升降台5上设有能够同时分别与多个竖直导轨4同时啮合滑动的滑动耳3，滑动耳3上设有锁紧螺母2，用于将升降台5与竖直轨道4锁紧固定，具体的：滑动耳3上设有用于套设于竖直轨道4的通孔14，滑动耳3侧壁设有连通通孔的锁紧螺纹孔15，锁紧螺母2置于锁紧螺纹孔15内，固定底座11四周以通孔圆心为中心均设有多个与竖直导轨4间隔设置的底座滑槽9，底座滑槽9上设有能够在底座滑槽9上滑动的滑块8，底座滑槽9上设有用于标注滑块8与固定底座11通孔中心距离的刻度，滑块8与升降台5通过连杆6连接，连杆6两端分别铰接在滑块8与升降台5上，升降台5侧壁设有用于连接连杆6的铰接耳16，铰接耳为C形耳板，底座滑槽9中间设有滑槽通孔，滑块8下端固定有支脚10；支脚10为可伸缩支脚，以适应于不同高度测量，升降台5在竖直轨道4上运动的同时通过连杆6带动滑块8在底座滑槽9上滑动，从而带动支脚10运动，底座滑槽9外端设有防止滑块8滑落的挡块12；
升降台5上设有水平仪7，用于调整升降台5的水平度；升降台5中间设有直径大于指示表1的取放孔17，便于指示表1的安装与拆卸。
基于上述测量装置的一种球面曲率半径偏移量测量方法，包括以下步骤：
步骤1)、组装本装置，固定指示表1，调整滑块8至待测量球面半径尺寸，然后通过标准件对指示表1进行校准；
步骤2)、然后将校准后的本装置水平放入待测球面，使本装置的支脚10与待测球面接触，然后调整指示表测头13接触待测球面，直接读取指示表读数得到偏移量。
一种球面曲率半径测量方法，包括以下步骤：
步骤1)、组装本装置，固定指示表1，调整滑块7至待测量球面半径尺寸，固定支脚10的高度；
步骤2)、将本装置放置在标准水平面，使支脚10与水平面接触，然后调整指示表测头与水平面接触，对指示表1调零校准；
步骤3)、然后将调零校准后的本装置水平放入待测球面，使本装置的支脚10与待测球面接触，然后调整指示表测头13接触待测球面，直接读取指示表读数得到偏移量；
步骤4)、根据公式求出待测环半径下的曲率半径，式中r为部分球面的弦半径，如图7所示，r为滑块8与固定底座2通孔中心的距离，即滑块8的刻度读数；xR为对应该部分的矢高，即指示表读数得到的偏移量，R为测环所在弦半径处的曲率半径。
首先将球径仪放到基准件上，保持测环水平，调零，然后将球径仪放到待测工件相同曲率半径的位置，该曲率半径是由测环半径决定的，此时看指示表指针相对于零点偏移量，由于基准件的曲率半径已知，因此通过指示表偏转可看得待测件相同高度的圆上曲率半径是否与基准件相同，指示表指针的偏离量代表误差的大小，由此得出面形的精度误差。
(1)如果待测工件是球面，此时球径仪的测环可以不用保持水平，因为球面各点曲率半径相同，将指示表旋转使得触头接触到工件表面，看指示表即可；
(2)如果待测工件是非球面，因为非球面在相同高度的圆上曲率半径是相同的，不同高度处的曲率半径是不同的，必须使得球径仪保持水平。
下面结合附图对本发明的结构原理和使用步骤作进一步说明：
具体的，如图1、图2在固定底座11四周以通孔圆心为中心均设有三个竖直导轨4，三个竖直导轨4等高、并排固定到圆形固定底座11上表面，三个竖直导轨4呈120o布置，确保升降台5在滑动时始终保持与固定底座11的平行，然后将升降台5的凸出部分滑动耳3对齐竖直放到竖直导轨4上，将升降台5与竖直导轨4顶部对齐，用锁紧螺母2锁紧，三个竖直导轨4安装时要保持对齐。升降台5在锁紧时要始终保持水平状态，这时将连杆通过销钉连接到滑动耳3上，这时将滑块8放到底座滑槽9里，底座滑槽9与滑动耳3共线，调整好连杆6另一端距离后使得连杆另一端与滑块用销钉连接，将支脚10旋入到滑块8底部螺纹孔里，三个支脚10要共面，这样才能使得固定底座11与水平面平行，然后将指示表1固定在固定底座11中间通孔内，指示表1的测头13露出固定底座11。
使用方法：将待测工件放到试验台上，安装好装置后，先根据大概直径和厚度将升降台5上升，将支脚10高度调好，调整滑块8到固定底座11通孔中心的距离与待测工件半径r相同，然后通过标准件进行指示表调零矫正，需要测量曲率半径时，采用标准平面与支脚底面接触，对指示表调零，需要测量偏移量时，将调整好支脚10高度和滑块8距离的装置放置在与待测工件半径r相同的标准件上，然后对指示表进行调零校准，然后将校准后的装置放到待测工件上方，使得指示表触头13是否触碰到工件表面，如果没有，继续调节指示表，直到触头触碰到工件表面，这时便可进行读数测量。

Claims (10)

1.一种测量直径可调的球径仪，其特征在于，包括指示表(1)以及用于安装指示表(1)的固定底座(11)，固定底座(11)上设有用于固定安装指示表(1)的通孔，固定底座(11)四周以通孔圆心为中心均设有至少三个竖直导轨(4)，竖直轨道(4)上设有能够相对竖直轨道(4)上下滑动的升降台(5)，升降台(5)上设有能够分别与多个竖直导轨(4)同时啮合滑动的滑动耳(3)，固定底座(11)四周以通孔圆心为中心均设有多个与竖直导轨(4)间隔设置的底座滑槽(9)，底座滑槽(9)上设有能够在底座滑槽(9)上滑动的滑块(8)，滑块(8)与升降台(5)通过连杆(6)连接，底座滑槽(9)中间设有滑槽通孔，滑块(8)下端固定有支脚(10)，底座滑槽(9)上设有用于标注滑块(8)与固定底座(11)通孔中心距离的刻度。
2.根据权利要求1所述的一种测量直径可调的球径仪，其特征在于，固定底座(11)四周以通孔圆心为中心均设有三个竖直导轨(4)。
3.根据权利要求1所述的一种测量直径可调的球径仪，其特征在于，滑动耳(3)上设有用于将升降台(5)与竖直轨道(4)锁紧固定锁紧装置。
4.根据权利要求3所述的一种测量直径可调的球径仪，其特征在于，锁紧装置包括设置于滑动耳(3)上设有用于套设于竖直轨道(4)的通孔(14)，滑动耳(3)侧壁设有连通通孔的锁紧螺纹孔(15)，锁紧螺纹孔(15)内设有锁紧螺母(2)。
5.根据权利要求1所述的一种测量直径可调的球径仪，其特征在于，连杆(6)两端分别铰接在滑块(8)与升降台(5)上，升降台(5)侧壁设有用于连接连杆(6)的铰接耳(16)。
6.根据权利要求1所述的一种测量直径可调的球径仪，其特征在于，底座滑槽(9)外端设有防止滑块(8)滑落的挡块(12)。
7.根据权利要求1所述的一种测量直径可调的球径仪，其特征在于，升降台(5)上设有调整升降台(5)的水平度的水平仪(7)，升降台(5)中间设有取放孔(17)。
8.根据权利要求1所述的一种测量直径可调的球径仪，其特征在于，支脚(10)与滑块(8)通过螺纹连接。
9.一种基于权利要求1所述测量直径可调的球径仪的球面曲率半径偏移量测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1)、调整滑块(8)至待测量工件的半径尺寸刻度位置，然后通过标准件对指示表(1)进行调零校准；
步骤2)、然后将校准后的本装置水平放入待测球面，使本装置的支脚(10)与待测球面接触，然后调整指示表测头接触待测球面，直接读取指示表读数得到偏移量。
10.一种基于权利要求1所述测量直径可调的球径仪的球面曲率半径测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1)、调整滑块(8)至待测量工件的半径尺寸刻度位置，固定支脚(10)的高度；
步骤2)、使支脚(10)底面与标准水平面接触，对指示表(1)校准；
步骤3)、然后将校准后的装置水平放入待测工件表面，使支脚(10)与待测球面接触，然后调整指示表测头接触待测工件表面，直接读取指示表读数得到偏移量；
步骤4)、根据公式求出待测环半径下的曲率半径，式中r为部分球面的弦半径，r为滑块(8)与固定底座(11)通孔中心的距离，即滑块(8)的刻度读数；xR为对应该部分的矢高，即指示表读数得到的偏移量，对于待测工件，xR则是根据基准工件对应部分的矢高与指示表读数来求得，标准工件的矢高xR是根据已知的R与r和公式反求得到，R为测环所在口径弦半径r处的待求曲率半径。
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