[发明专利]新型高精度球体多参数测量仪及其精度调整方法

说明书

技术领域

本发明属于一种测量仪器，具体是一种高精度球体测量仪器。

背景技术

球体是机械中一个非常重要的基本形体，高精度球体广泛应用于航空航天、国防装备等上的各种精密仪器设备。几何学定义球面为三维空间中到定点距离为常数的点的集合，但是实际的球面与几何学上定义的理想球面是有差异的，这就是球度误差，它是一个反映实际球面偏离理想球面大小程度的一个综合指标。相关研究表明，球度误差不仅给各种精密仪器带来很大能量损耗，引起结构形体的热变形，还对仪器的使用性能产生很大影响。因此球度误差的检测至关重要，但球度的高精密测量一直困扰着各国的科研人员。二十世纪七十年代以来，国外许多学者提出并研制了相应的高精度球度误差的测量装置，而我国的球度误差高精度测量装置目前还处于初级阶段。

目前球体参数的高精度测量方法主要有三坐标测量法、圆度仪测量法、几何法等。坐标测量法根据坐标测量原理，4点定球心，从而确定球的半径，然而测量机的测量精度不但不能满足高精度的球度误差检测要求，而且测量机价格昂贵，操作复杂，不适合大批量测量。圆度仪测量法是将被测球和专用夹具一起放在圆度仪的工作台上，测量时将球在支座上多次转位，在每个位置测量赤道圆的圆度来评定球度误差。测量时必须多次转位，导致赤道圆的选取是随机的，影响测量精度，并且圆度仪价格昂贵，而且只能测量球度，不能测量球体直径。几何测量法是便携式仪器测量的基础，通过检测球上某一扇区的高度把三维球的问题转化为立体几何问题，该方法是通过球上某一局部扇区来评定球度误差，测量位置的选取对测量精度影响较大，而且测量时球表面在测力作用下产生局部接触变形，影响测量精度。

上述测量方法测量点的选取都有随机性，其共同缺点是：测头在运动或球体在转位过程中，所得的球心在变化移动，即每个测点所得半径都不是从同一点出发的，也就是所谓的“无心”，故存在较大的原理误差。

发明内容

鉴于以上测量方法的缺点，本发明提供了新型高精度球体多参数测量仪及其精度调整方法，既能测量球体直径，又能测量球度误差，而且适用于内外球面的测量。

本发明的技术方案如下：

新型高精度球体多参数测量仪，其特征在于包括有底座，底座上安装有垂直旋转轴系构成转台，垂直旋转轴系上安装有锥窝夹具，底座上锥窝夹具一侧安装有立柱，所述的立柱上有可上下滑动的滑块，滑块与立柱上有上下调整及锁紧的机构，所述的滑块上安装有水平旋转轴系，水平旋转轴系上安装有旋转臂，所述的旋转臂上安装有高精度测头，所述的垂直旋转轴系与水平旋转轴系垂直正交，所述的测头位于锥窝夹具的正上方。

所述的新型高精度球体多参数测量仪，其特征在于所述的旋转臂上安装的测头指向球心或背向球心，分别用于测量外球面或内球面。

所述的新型高精度球体多参数测量仪的精度调整方法，其特征在于包括：

(1)、测量外球面时，测头在水平方向的调整与垂直方向的调整，水平方向的调整为：测外径为2R的外球面时，首先用高精度的量块叠排成一个长度为2R的量块组，放在锥窝上，使得测头在水平方向上反复测量量块组两端的的两个工作面，通过调整量块组的位置和测头的装夹位置，最后使得测头在量块组的两个工作面的测量值为零，此表示测头在水平方向调整准确；垂直方向的调整为：测量外径为2R的外球面时，首先叠放一个长度为D量块组，将它垂直放在锥窝的上平面上，调整滑块位置，使得测头在垂直状态测量量块组的上表面，测头的示值为d，反复调整滑块的位置，使得量块组的长度D和测头的示值d应满足，此时表示测头垂直调整准确：

D+d＝H

H=R+Rsinα/2-h]]>

式中R为被测球体的外球面半径，H为外球面最高点到锥窝上平面的距离，h为锥窝的深度，α为锥窝锥角；