三维高精度多功能热变形实验装置制造方法及图纸

三维高精度多功能热变形实验装置，由测、控温系统、支持与调整系统、微变形测量系统和瞄准定位系统组成，其特征是设置恒温恒湿箱及测温电路，在恒温恒湿箱中设置二维工作台，在微变形测量系统中采用双频激光干涉仪，瞄准定位系统中的测杆一端与电感测头固定，另一端贯穿恒温恒湿箱侧壁通过测杆座与Ｘ向工作台固联。本发明专利技术可用于复杂几何形体的机械零件热变形的测量和材料膨胀系数的测定。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及机械光电式精密测试技术，特别是一种用于进行精密机械零件热变形测量、研究机械零件热变形理论的测量装置。
技术介绍
人们很早就注意到热误差对机械精度、测量精度的影响，并且从各个角度进行了大量的研究。根据特定研究目的提出的测量方法，以及设计的测量装置不下几十种。目前，主要的测量方法有顶杆法、光杠杆法、光干涉法等，典型的测量仪器有干涉仪、光杠杆仪、旋转镜仪、张丝目镜显微镜等。但现有的这些测量仪器大都仅适用于测量小尺寸、特定的细杆类形体，一般只能测定与国家标准中材料线膨胀系数测定规程中的标准试样的相类似的形体，即试样长度在50mm～120mm之间、直径约在3mm～5mm之间的细长形体。用它们直接来测量机械零件的热变形存在以下几个方面的问题现有热膨胀测量装置限制了被测对象的形状与尺寸大小；测量的方向单一，调节调整困难；测量的温度范围过宽，不能实现高精度；很少有两维，国内尚无能实现三维测量的专用实验装置，普遍不适于直接对机械零件的热膨胀进行测量，尤其不适于对复杂几何形体的机械零件进行测量。
技术实现思路
本专利技术是为避免上述已有技术存在的不足之处，提供一种三维高精度多功能热变形实验装置，用于测量复杂形体的机械零件的热变形。本专利技术解决技术问题所采用的技术方案是本专利技术装置由测、控温系统、支持与调整系统、微变形测量系统和瞄准定位系统组成。本专利技术装置的结构特点是a、在所述测、控温系统中设置恒温恒湿箱及测温电路；b、所述支持与调整系统为设置在恒温恒湿箱中二维工作台，所述二维工作台由固定底板、中间层Z向调整台和顶层Y向调整台构成，其中，所述固定底板由独立于恒温恒湿箱的支承杆支承；c、在所述微变形测量系统中采用双频激光干涉仪，其分光镜固定在微动工作台底板上，靶镜固定在X向工作台上，所述X向工作台以滚动导轨副导向，并以千分螺纹副为驱动；d、所述瞄准定位系统由电感测微仪、测杆座、测杆和电感测头组成，测杆一端与电感测头固定，另一端贯穿恒温恒湿箱的侧壁，并通过测杆座与X向工作台固联。本专利技术是一种光电机械式测量装置。以测、控温系统给被测试样提供稳定的温度场，并准确测出被测件温度；支持与调整系统用于支承被测试样，并带动试样在温度箱内实现二维运动；微变形与测量系统用于测量受温前后试样的形体尺寸；瞄准定位系统则是为微变形运动系统提供准确定位，是测量系统中的第三维。测量时，将试样置于恒温恒湿箱内，由瞄准与定位系统带动微变形系统将被测量传出恒温箱并由测量系统测出。在实现不同的测量功能时，测量系统的瞄准定位系统和长度测量系统必要时可以进行功能互换。与已有技术相比，本专利技术的有益效果体现在本装置不但可以测量材料的膨胀系数，还可以测量复杂形体的机械零件的热变形。由于本装置实现了三维测量的功能，并且恒温箱内的有效空间较大，三个维度方向的调整调节方便，因此相对于已有的测量装置，这套装置的测量范围，无论是测量对象的几何尺寸大小，还是形体结构的复杂程度，都远超过现有装置。附图说明图1为本专利技术结构示意图。图2为本专利技术处在恒湿恒湿箱内的工作台俯视结构示意图。图3为本专利技术用于X方向微变形测量的测头装夹方式示意图。图4、图5为本专利技术测头另外两种装夹方式示意图。图中标号1双频激光干涉仪、2微动装置、3分光镜、4微动工作台底板、5为X向工作台、6靶镜、7测杆座、8为X向滚动导轨副、9测杆、10电感测微仪、11为Y向调整手轮、12恒温恒湿箱、13伞齿轮副、14试件、15电感测头、16铂电阻温度传感器、17为Y向调整台、18为Y向导轨副、19为Z向调整台、20为Z向导轨副、21为Z向调整螺纹副、22为Z向调整手轮、23固定底板、24支承杆。具体实施例方式参见图1，本实施例由测、控温系统、支持与调整系统、微变形测量系统和瞄准定位系统组成。参见图2、图3，具体实施中，测、控温系统由EL-04AGT型恒温恒湿箱12和高精度铂电阻温度传感器16组成。恒温恒湿箱12是智能化的设备，可以进行编程控制，其控温范围是-40℃～+150℃，有效内尺寸为600×850×800mm，测温精度为±0.2℃，控温精度为±0.5℃。为了保证测量精度，选用A级工业测温铂电阻温度传感器16，该传感器的直径只有1.5mm、长度约为5mm，体积很小，热容量小，可迅速响应环境温度的变化。在测量电路中，用四线制的测温电路配合7151型数字多用表组成一套高精度的测温系统。为了充分利用铂电阻温度传感器16测温的稳定性好的优点，进一步提高测温精度，我们对每个铂电阻都进行了电阻--温度曲线拟合。整个装置测温精确快速、控温方便可靠。支持与调整系统工作台由底部固定底板23、中间层Z向调整台19和顶层Y向调整台17构成，其中，固定底板23由独立于恒温恒湿箱12的支承杆24支承，Z向调整台19通过Z向导轨副20支承在固定底板23上，并设置Z向调整螺纹副21和Z向调整手轮22；Y向调整台17通过Y向导轨副18由Z向调整台19支撑，并设置以伞齿轮副13为传动构件的Y向调整手轮11。恒温恒湿箱12内的工作台是本装置实现多功能三维测量的关键部分，主要是用于支持和调整被测试件14，兼有部分辅助测量的功能。因该工作台处于恒温恒湿箱12的内部，需经受温度的变化，为了减小温度对工作台的影响及减小工作台的热容量，我们在保证支承系统的稳定性的前提下尽量采用了对称与薄壁的设计。工作台的运动分别由Y向调整手轮11和Z向调整手轮22驱动。具体实施中，如图1、图2所示，Y向平行安装了两副高精度滚动式Y向导轨副18，Z向安装了三副导轨副，包括左侧两副和右侧一副。在驱动系统和高精度滚动导轨副的共同作用下，可以实现工作台沿Y向、Z向的运动平稳、灵活，运动的导向精度高。另外，工作台独立的支承体系，使得在测量过程中，温度箱的振动不会影响到工作台，从而保证测量的高精度。关于微变形测量系统本装置中微变形系统也十分重要，它直接驱动微变形测量系统，因此它的运动误差将直接影响到测量系统的测量精度。本装置的微变形运动系统的最大行程为250mm，采用高精度密封滚动导轨副导向，微动由千分螺纹副驱动，并自带锁紧装置，因此既可以实现大范围快速移动，又可以实现小范围微动，便于测量点的快速、准确定位。用双频激光干涉仪1测量微变形，双频激光干涉仪1的分光镜3固定在微动工作台底板4上，靶镜6直接固定在X向工作台5上，这样，当微动装置2中的X向滚动导轨副8运动时，靶镜6与分光镜3的距离随之改变，双频激光干涉仪1就可以测出工作台的运动距离。考虑到双频激光干涉仪1的精度会受到环境条件的影响，为了进一步提高测量精度，必须对测量环境的某些参数(主要是温度、湿度和大气压)进行监测，从而利用误差修正软件对测量结果进行修正。实验中我们选择了分辨率为0.1℃的水银温度计与示值为相对湿度、分辨率为2％的干湿球湿度计；而大气压的监测工具采用了气象台站用来测量大气压的高精度游标式DYMI型动槽水银气压表，该表的分辨率可达0.1Pa。关于瞄准定位系统由电感测微仪10、测杆座7、测杆9、旁向电感测头15组成。由于被测试件14处于变化的温度场中，而精密的长度测量系统不能在变化的温度场中工作，为了避免恒温恒湿箱12的温度变化对测量系统及微变形系统的影响，我们设计了一套定位装置使双频激光干涉仪1在恒温恒湿箱12的本文档来自技高网...

【技术保护点】
三维高精度多功能热变形实验装置，由测、控温系统、支持与调整系统、微变形测量系统和瞄准定位系统组成，其特征是：ａ、在所述测、控温系统中设置恒温恒湿箱（１２）及测温电路；ｂ、所述支持与调整系统为设置在恒温恒湿箱（１２）中二维工作台，所述二维工作台由固定底板（２３）、中间层Ｚ向调整台（１９）和顶层Ｙ向调整台（１７）构成，其中，所述固定底板（２３）由独立于恒温恒湿箱（１２）的支承杆（２４）支承；ｃ、在所述微变形测量系统中采用双频激光干涉仪（１），其分光镜（３）固定在微动工作台底板（４）上，靶镜（６）固定在Ｘ向工作台（５）上，所述Ｘ向工作台（５）以Ｘ向滚动导轨副（８）导向，并以千分螺纹副为驱动；ｄ、所述瞄准定位系统由电感测微仪（１０）、测杆座（７）、测杆（９）和电感测头（１５）组成，测杆（９）一端与电感测头（１５）固定，另一端贯穿恒温恒湿箱（１２）的侧壁，并通过测杆座（７）与Ｘ向工作台（５）固联。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：费业泰，苗恩铭，孟勇，罗哉，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：34[中国|安徽]