專利名稱：曲面測量儀的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種任意幾何形狀曲面的曲率或曲率半徑測量儀器，屬于現(xiàn)代儀器儀表測量領域。
背景技術：
20世紀50年代問世的三坐標測量儀經(jīng)過半個多世紀的發(fā)展，已基本上能滿足復雜曲面幾何形狀測量的要求，但是它的體積大、固定安裝、造價高，而且對工作環(huán)境和操作人員有較高的要求，因此，設計一種造價低，既可固定安裝測量大型曲面，也可攜帶測量中小型曲面幾何形狀的測量儀的問題，亟待解決，“便攜式凸凹曲面測量儀”(ZL00268297.4)，雖然基本上解決了上述的問題，但是對儀器構件加工精度的要求偏高，測量方法和數(shù)據(jù)記錄手段尚不夠先進，這就要求在已有發(fā)明的基礎上作進一步的改進。
技術內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種結構簡單、易加工、造價低、便于操作，既可固定在專用場所測量大型曲面，也可攜帶到現(xiàn)場測量小型曲面，而且操作簡便、數(shù)據(jù)記錄和處理方法先進的曲面測量儀。
本發(fā)明的原理，結合附圖1(初始位置)、圖2(凸面)和圖3(凹面)，有如下關系ρ2＝R2+(ρ-H)2(1)ρ=R2+H22H---(2)]]>r2＝l02-h2(3)由圖1、圖2和圖3可知R＝r0+r (4)h＝l0-Δh (5)r=l02-h2---(6)]]>把(5)式代入(6)式，然后把結果代入(4)式，得R=r0+2l0Δh-Δh2---(7)]]>把(7)式代入(2)式，得ρ=H2+r0-Δh2+2l0Δh+2r02l0Δh-Δh22H---(8)]]>由(8)式可見因為r0和l0已知，所以只要測得Δh和H，便可求得曲率半徑ρ，根據(jù)曲面上任意一點均由兩條曲線正交而成，曲線上任意點的鄰域中幾何形狀均可用該點的曲率半徑或曲率表示的原理，便可測得任意曲面的幾何形狀。
本發(fā)明的曲面測量儀是由主機測量裝置及數(shù)據(jù)存儲和傳輸系統(tǒng)組成，主機中的中測桿套(10)裝在固定架(9)的中間部位，左右測桿套裝在固定架(9)的左右兩側(cè)，并與左右測桿軸滑動配合，中測桿(11)和左右側(cè)測桿(5)裝在對應的測桿套中，中測腳(2)和左右測腳(1)裝在對應的測桿套中，測量裝置中的容柵測量表(7)裝在中測桿套(10)的頂端，其上的HOLD、同步脈沖和串行數(shù)據(jù)輸出聯(lián)至數(shù)據(jù)存儲與傳輸系統(tǒng)對應的部位，三個測桿上裝有調(diào)距機構。
調(diào)距機構采用調(diào)距螺桿螺母，調(diào)距螺桿(12)由橫向裝入左、中、右測桿，并裝上調(diào)距螺桿螺母(4)，它與左右測桿(5)上的凹槽滑動配合，且可沿左右測桿(5)的軸向上下移動。
數(shù)據(jù)存儲與傳輸系統(tǒng)由兩部分組成，一部分通過JP1與容柵傳感器輸出口連在一起，把輸出的HOLD按鍵信號、同步脈沖、串行數(shù)據(jù)、地電平信號接入處理電路，通過低功耗電平比較器對這些信號進行整形與電平轉(zhuǎn)換，使其成為與TTL兼容的電平信號，然后由單片機將其讀入，并進行串并轉(zhuǎn)換后存入存儲器，另一部分是利用TTL-RS232電平轉(zhuǎn)換芯片實現(xiàn)與計算機串口的通訊連接，計算機串口的電平是符合RS232的電平，而單片機的串行接口的電平是TTL的電平，用芯片在兩種電平之間進行轉(zhuǎn)換可將數(shù)據(jù)輸入計算機中進行處理。
本發(fā)明的有益效果是1、儀器結構簡單，易于加工制造，投資小，周轉(zhuǎn)快和市場用量大。
2、既可攜帶至待測場所對中小型零件的曲面幾何形狀進行測量，也可安裝在固定場所對大型零件的曲面幾何形狀進行測量。
3、測量精度高，操作簡便，對操作人員無很高的技術要求，而且無公害和環(huán)境污染。


圖1、圖2和圖3是本發(fā)明主機的結構原理和測量原理圖，其中圖1是測量的初始位置，圖2是測量凸面，圖3是測量凹面；圖4是本發(fā)明曲面測量儀的正視圖；圖5是圖4的側(cè)視圖；圖6是圖4的A-A剖面圖；圖7是測量系統(tǒng)的結構圖；圖8是數(shù)據(jù)存儲與傳輸系統(tǒng)的電路圖。
圖9是數(shù)據(jù)測量和數(shù)據(jù)存儲的框圖。
其中1.左右測腳 2.中測腳 3.調(diào)距螺桿的旋動螺母 4.調(diào)距螺桿螺母 5.左右測桿6.側(cè)測桿軸 7.容柵測量表 8.計算機接口 9.固定架 10.中測桿套 11.中測桿 12.調(diào)距螺桿 13.固緊螺釘 14.4HEADER JP1容柵傳感器數(shù)據(jù)輸出接口 15.低功耗電壓比較器16.單片機復位按鈕 17.HIN232P串行接口芯片 18.計算機串口 19.X25045P存儲器 20.存儲器清零按鈕 21.AT89C4051單片機 22.MC1403P1計算機接口8的基準電壓源。
具體實施例方式下面結合附圖所示實施例進一步說明本發(fā)明具體內(nèi)容及其使用方法。
參閱圖4-6主機中的中測桿套(10)從固定架(9)的下方插入，用固緊螺釘(13)將其緊固在固定架上，再把中測桿(11)插入中測桿套(10)；把左右測桿(5)插裝在固定架(9)的左右兩側(cè)，再把測桿軸(6)插入，并旋緊在固定架(9)上，再將左右測腳(1)和中測腳(2)旋緊在對應的測桿中；把調(diào)距螺桿(12)由橫向裝入左、中、右測桿，并裝上調(diào)距螺桿螺母(4)，螺母(4)與左右側(cè)測桿(5)的凹槽為滑動配合，且可沿側(cè)測桿的軸向上下移動，于是當調(diào)距螺桿旋轉(zhuǎn)帶動螺母(4)左右移動時，左右測桿(5)也可不受約束地張開或閉合；把容柵測量表(7)從固定架(9)的上方裝入，最后把容柵測量表的輸出導線接至計算機接口(8)。
容柵測量表(7)的測量系統(tǒng)參閱圖7本發(fā)明的測量裝置為容柵測量表(7)，它是由時鐘、分頻器、八路電極驅(qū)動、信號放大、信號處理、控制邏輯、數(shù)據(jù)處理、顯示驅(qū)動、倍壓器組成。
當容柵傳感器的信號輸入后，時鐘電路用于產(chǎn)生頻率穩(wěn)定的脈沖信號，這個信號經(jīng)過分頻器分頻整形后形成穩(wěn)定規(guī)整的時鐘信號，它便協(xié)調(diào)控制整個電路的工作時序；八路驅(qū)動用于給容柵傳感器的發(fā)射電極提供幅值一定、頻率一定并且相鄰電極間相位差為45度的方波激勵電壓，再由容柵傳感器根據(jù)位移輸出調(diào)相的電壓信號，該電壓信號經(jīng)過信號放大和處理電路處理后轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，該數(shù)字量再進一步交給數(shù)據(jù)處理器進行換算處理，處理結果一方面?zhèn)鬏斀o顯示驅(qū)動模塊并由其驅(qū)動液晶顯示器在液晶顯示器上顯示出來，另一方面交由控制邏輯電路以一定的串行格式由串行輸出口輸出。
數(shù)據(jù)存儲與傳輸系統(tǒng)參閱圖8主要由兩部分組成，一部分是通過4HEADER JP1(14)與容柵傳感器的輸出接口連在一起，把由圖7中的容柵傳感器上輸出的HOLD按鍵信號、同步脈沖、串行數(shù)據(jù)、地電平信號接入處理電路，通過低功耗電壓比較器(15)(TLV3401)對這些信號進行整形與電平轉(zhuǎn)換，將信號轉(zhuǎn)變?yōu)榕cTTL電平兼容的信號，然后由單片機AT89C4051(21)將數(shù)據(jù)讀入，并進行串并轉(zhuǎn)換后寫入X25045P存儲器(19)存儲起來；第二部分是利用TTL-RS232電平轉(zhuǎn)換芯片即HIN232P串行接口芯片(17)實現(xiàn)與計算機串口的通訊連接，計算機的串行接口的電平是符合RS232規(guī)范的電平，而單片機的串行接口的電平是TTL電平，因此使用HIN232P芯片在這兩種電平之間進行轉(zhuǎn)換，可以將數(shù)據(jù)輸入計算機中。
本發(fā)明的測量方法是用本發(fā)明的可測量任意幾何形狀的曲面測量儀，既可測量凸型曲面的曲率半徑或曲率，也可測量凹型曲面的曲率半徑或曲率，在測量前先使三個測腳處于相互平行位置，然后置于平面玻璃板上，在測量表上便顯示了初始位置l0；在測量時將兩個左右測腳(1)張開至待測件所需的測量寬度后再將其置于平面玻璃板上，在測量表頭上便顯示了h，l0-h＝Δh(參閱圖1)；當測量凸型曲面時將測量儀置于待測件對應的位置，在測量表上就顯示了相應的H(參閱圖2)；當測量凹型曲面時把測量儀置于待測的對應位置，在測量表頭便顯示了對應的H(參閱圖3)；把所測得的H和Δh代入公式(8)中即可求得曲率半徑ρ，曲率半徑的倒數(shù)1/ρ即為曲率。
測量表可以是千分表，也可以是容柵測量表，把所測得的H和Δh代入公式(8)可以求得曲率半徑ρ，也可以按公式(8)編制一個計算程序存入計算機，于是只要把H和Δh的數(shù)值輸入即可顯示出ρ或1/ρ，還可以通過本發(fā)明的說明書中所陳述的容柵測量表測量系統(tǒng)和數(shù)據(jù)存儲與傳輸系統(tǒng)，將數(shù)據(jù)輸入計算機，再通過計算機處理給出待測曲面的整體幾何形狀。
主機的整體結構和尺寸，可根據(jù)待測件的大小按系列劃分。
1、把千分表或容柵測量表由固定架的上方裝入，便可如測量方法所述測得Δh和H，將其代入公式(8)，即可求得所測點鄰域的曲率半徑ρ或曲率1/ρ。
2、由容柵傳感器的HOLD按鍵、同步時鐘和串行輸出口設置引出線，并將它們與數(shù)據(jù)存儲和傳輸系統(tǒng)電路圖中的對應部位聯(lián)接，通過數(shù)據(jù)的采集和儲存并輸入計算機中，處理之后便可求得待測件曲面上各點的幾何信息和整體形狀，數(shù)據(jù)存儲與傳輸系統(tǒng)中的器件型號和元件數(shù)值均在數(shù)據(jù)存儲與傳輸系統(tǒng)的電路圖中標出。
權利要求
1.曲面測量儀是由主機測量裝置及數(shù)據(jù)存儲和傳輸系統(tǒng)組成，其特征是主機中的中測桿套(10)裝在固定架(9)的中間部位，左右測桿套裝在固定架(9)的左右兩側(cè)，并與左右測桿軸滑動配合，中測桿(11)和左右測桿(5)裝在對應的測桿套中，中測腳(2)和左右測腳(1)裝在對應的測桿套中，測量裝置中的容柵測量表(7)裝在中測桿套(10)的頂端，其上的HOLD、同步脈沖和串行數(shù)據(jù)輸出聯(lián)至數(shù)據(jù)存儲與傳輸系統(tǒng)對應的部位，三個測桿上裝有調(diào)距機構。
2.根據(jù)權利要求1所述的曲面測量儀，其特征是所說的調(diào)距機構采用調(diào)距螺桿螺母，調(diào)距螺桿(12)由橫向裝入左、中、右測桿，并裝上調(diào)距螺桿螺母(4)，它與左右測桿(5)上的凹槽滑動配合，且可沿左右測桿(5)的軸向上下移動。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的曲面測量儀，其特征是數(shù)據(jù)存儲與傳輸系統(tǒng)由兩部分組成，一部分通過JP1與容柵傳感器輸出口連在一起，把輸出的HOLD按鍵信號、同步脈沖、串行數(shù)據(jù)、地電平信號接入處理電路，通過低功耗電平比較器對這些信號進行整形與電平轉(zhuǎn)換，使其成為與TTL兼容的電平信號，然后由單片機將其讀入，并進行串并轉(zhuǎn)換后存入存儲器，另一部分是利用TTL-RS232電平轉(zhuǎn)換芯片實現(xiàn)與計算機串口的通訊連接，計算機串口的電平是符合RS232的電平，而單片機的串行接口的電平是TTL的電平，用芯片在兩種電平之間進行轉(zhuǎn)換可將數(shù)據(jù)輸入計算機中進行處理。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種借用容柵技術可測量任意幾何形狀的曲面測量儀,屬于現(xiàn)代儀器儀表測量領域。它由主機測量裝置及數(shù)據(jù)存儲和傳輸系統(tǒng)組成,主機中的中測桿套(10)裝在固定架(9)的中間部位,左右測桿套裝在固定架(9)的左右兩側(cè),并與左右測桿軸滑動配合,中測桿(11)和左右測桿(5)裝在對應的測桿套中,中測腳(2)和左右測腳(1)裝在對應的測桿套中,測量裝置中的容柵測量表(7)裝在中測桿套(10)的頂端,其上的HOLD、同步脈沖和串行數(shù)據(jù)輸出聯(lián)至數(shù)據(jù)存儲與傳輸系統(tǒng)對應的部位,三個測桿上裝有調(diào)距機構。該測量儀能夠固定在專用場所測量大型覆蓋件和模具的曲面幾何形狀,也能攜帶至待測場所測量中小型覆蓋件和模具的幾何形狀;本發(fā)明具有結構簡單,測量精度高等特點。
文檔編號G01B7/28GK1376896SQ0210951
公開日2002年10月30日 申請日期2002年4月19日 優(yōu)先權日2002年4月19日
發(fā)明者宋玉泉, 王習文, 黃清樂 申請人:吉林大學