一种可变半径接触式椭球面的参数测量仪制造技术

本实用新型专利技术涉及一种可变半径接触式椭球面的参数测量仪，圆环型基座上活动连接三个钢爪，且三个钢爪以圆环型基座圆心为中心均匀分布，三个钢爪上端分别活动连接连杆，三个连杆的另一端与中心连接座活动连接，中心连接座通过连动轴与固定在圆环型基座侧面的手柄活动连接，三个钢爪下端分别活动连接边缘固定活动爪，圆环型基座内沿直径方向上设置有一排安装孔，轮廓测量电容传感器位于圆环基座的安装孔中，轮廓测量电容传感器输出接控制器。操作简单，成本低。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种测量设备，特别涉及一种可变半径接触式椭球面的参数测量 仪。
技术介绍
椭球面参数测量仪是一种适合各种中心对称球面参数的测量仪器。精密椭球元件 是精密机械、仪器仪表、航空航天设备、光学制造等行业中的主要元件，因此研究和专利技术简 便、精度高、功能强大的可测量中心对称曲面元件参数的测量具有十分重要的现实意义和 实用价值。目前，具有自由曲面的产品越来越多，在产品加工过程中需要方便的测量曲面曲 率和曲率半径。此外，在光学仪器的制作过程中，对低端透镜的参数的获取，也需要简单、有 效、快捷的方法进行。曲面的参数有很多，例如曲面的曲率半径，球面的光滑度，透镜的直 径、曲率等，并且测量这些参数的方法有许多，并且主要方法有两种一种是利用光学干涉 的非接触式测量法，例如牛顿环干涉法，但是它主要用来测量标准球面的具有镜面反射性 质的玻璃元件，并且操作比较复杂，对操作人员的专业要求较高，仪器的成本也随着精度的 提高而翻倍提高。另一种方法是接触式的，主要为弓高玄长法，它的测量原理主要为通过探测器测 量出曲面的玄高，然后通过公式推算出曲面的曲率半径。但是这种方法的精度随着曲率的 变化而变化。目前解决这种矛盾的主要方法是进行多次测量，并通过求平均值、方差等数学 手段进行处理，以减小误差。传统仪器的做法是通过卸载下曲面，并重新安装，这种方法往 往忽略了重新装载时造成的误差，并且增大了对器件造成伤害的可能。
技术实现思路
本技术是针对现在椭球面参数测量仪的问题，提出了 一种可变半径接触式椭 球面的参数测量仪，测量仪不需要对曲面进行反复测量，并且可以十分方便的获取曲面的 轮廓及各种参数。如果多次测量，可以提高精度。本技术的技术方案为一种可变半径接触式椭球面的参数测量仪，包括圆环 型基座、手柄、连动轴、钢爪、边缘固定活动爪、轮廓测量电容传感器，所述圆环型基座上活 动连接三个钢爪，且三个钢爪以圆环型基座圆心为中心均勻分布，三个钢爪上端分别活动 连接连杆，三个连杆的另一端与中心连接座活动连接，中心连接座通过连动轴与固定在圆 环型基座侧面的手柄活动连接，三个钢爪下端分别活动连接边缘固定活动爪，圆环型基座 内沿直径方向上设置有一排安装孔，轮廓测量电容传感器位于圆环基座的安装孔中，轮廓 测量电容传感器输出接控制器。所述控制器包括A/D采集电路、单片机和显示器，轮廓测量电容传感器数据通过 A/D采集电路后，送入单片机进行数据处理，在显示器上显示数据。本技术的有益效果在于本技术一种可变半径接触式椭球面的参数测量3仪，操作简单，成本低。附图说明图1为本技术测试系统功能实现框图；图2为本技术可变半径接触式椭球面的参数测量仪结构示意图；图3为本技术弓高玄长法图解示意图。具体实施方式采用的测量方法为测曲率半径的对称法，对于一段圆弧，找到圆弧转折点，在圆弧 的一端找到一点，然后在另一端找到一个对称点，这两点相对转折点对称，通过数学运算， 进而求出曲率。如图1所示测量仪1测试数据通过A/D采集电路2后，送入单片机3进行 数据处理，单片机3作为数据处理核心元件，并显示输出数据，也可通过串口发送到PC机4 上，进行相应的处理。可变半径接触式椭球面的参数测量仪基座部分的三个机械抓，为中心对称结构， 如附图2所示，测量仪包括手柄5、连动轴6、钢爪7、边缘固定活动爪8、轮廓测量电容传感 器9，活动连接连杆10，中心连接座11，圆环型基座12，当其抓住曲面圆外围时，可以证明基 座的中心与曲面中心完全相对。中心连接座11通过连动轴6与固定在圆环型基座12侧面 的手柄5活动连接，三个钢爪7下端分别活动连接边缘固定活动爪8，当通过右手的拇指推 拉手柄5上侧连动轴6时，可以自由调节三个钢爪7的活动半径。当三个钢爪7抓住球面 外围时，可以通过固定螺丝固定边缘固定活动爪8。当曲面被固定后，松动控制半径探头的 螺丝，使其自由下落，最后接触在曲面表面。通过采集电容传感器9的输出变化的数据，经 单片机数据处理得到轮廓曲线，通过LCD显示相应的参数。在实际测量中，曲面有凸面和凹面，在此以图3所示的凸面来进行说明。如图3所 示，当曲面被固定以后，该仪器可以十分准确的定位圆心G点，由于PQ平面与AD平面平行， 所以KG = h0-hi;GL = Ii2-Ii1，在三角形RKL中，RK = χ为已知量，通过勾股定理建立方程组， R2 = x2+K02, KO = R-OitTh1)，可以通过计算，解出 R，R=V在三角形ARL中，可以通过同样的方法求出R。通过不同的R的变化，即精度变化， 可以通过求平均值，求线性回归等方法，准确的推断出曲率半径或者是渐变的曲率半径。传感器选用电容传感器5，因为电容传感器具有结构简单、灵敏度高、分辨力高，能 感受0. 01 μ m甚至更小的位移、无反作用力、动态响应好、能实现非接触测量、能在恶劣环 境下工作等优点。电容传感器可用来测量直线位移、角位移。一般说来，电容传感器分为变 间隙型，变面积型，变介质型。平行极板电容器的电容量为.C:今二兮O Oε——极板间介质的介电系数；ε ο——真空的介电常数，ε Q = 8. 854 X IO-12Fm-极板间介质的相对介电常数，对于空气介质，、 1δ—极板间的距离。S——极板的对应面积将变面积型电容传感器应用于曲面的外半径的测量。如图二所示，将两片面积相 同的半圆形电容装于三个钢爪的转轴内外侧。这样当转轴转动时，其钢爪外端所固定的曲 面外半径与电容值成正比即与转动角成正比。即可通过该方法，测得轮廓的外直径。变面积式电容传感器由两个电极构成，其中一个为固定极板，另一个为可动极板， 两极板均成半圆形。假定极板间的介质不变，当两极板完全重叠时，其电容量为C。= ΔA/ d(AA两极板的对应面积)。当动极板绕轴转动一个α角时，两极板的对应面积要减小ΔΑ，则传感器的电容 量就要减小Δ C。如果把这种电容量的变化通过谐振电路或其它回路方法检测出来，就实现 了角位移转换为电量的电测变换。当权利要求一种可变半径接触式椭球面的参数测量仪，包括圆环型基座(12)、手柄(5)、连动轴(6)、钢爪(7)、边缘固定活动爪(8)、轮廓测量电容传感器(9)，其特征在于，所述圆环型基座(12)上活动连接三个钢爪(7)，且三个钢爪(7)以圆环型基座圆心为中心均匀分布，三个钢爪(7)上端分别活动连接连杆(10)，三个连杆(10)的另一端与中心连接座(11)活动连接，中心连接座(11)通过连动轴(6)与固定在圆环型基座(12)侧面的手柄(5)活动连接，三个钢爪(7)下端分别活动连接边缘固定活动爪(8)，圆环型基座(12)内沿直径方向上设置有一排安装孔，轮廓测量电容传感器(9)位于圆环基座的安装孔中，轮廓测量电容传感器(9)输出接控制器。2.根据权利要求1所述可变半径接触式椭球面的参数测量仪，其特征在于，所述控制 器包括A/D采集电路、单片机和显示器，轮廓测量电容传感器(9)数据通过A/D采集电路 后，送入单片机进行数据处理，在显示器上显示数据。专利摘要本技术涉及一种可变半径接触式椭球面的参数测量仪，圆环型基座上活动连接三个钢爪，且三个钢爪以圆环型基座圆心为中心均匀分布，三个钢爪上端分别活动连接连杆，三个连杆本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可变半径接触式椭球面的参数测量仪，包括圆环型基座（１２）、手柄（５）、连动轴（６）、钢爪（７）、边缘固定活动爪（８）、轮廓测量电容传感器（９），其特征在于，所述圆环型基座（１２）上活动连接三个钢爪（７），且三个钢爪（７）以圆环型基座圆心为中心均匀分布，三个钢爪（７）上端分别活动连接连杆（１０），三个连杆（１０）的另一端与中心连接座（１１）活动连接，中心连接座（１１）通过连动轴（６）与固定在圆环型基座（１２）侧面的手柄（５）活动连接，三个钢爪（７）下端分别活动连接边缘固定活动爪（８），圆环型基座（１２）内沿直径方向上设置有一排安装孔，轮廓测量电容传感器（９）位于圆环基座的安装孔中，轮廓测量电容传感器（９）输出接控制器。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张振一，邢留记，孙军，陈颖，王赟，逯兴莲，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：实用新型
国别省市：31[中国|上海]