[實(shí)用新型]光柵測長機(jī)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200720174097.3
• 申請日: 2007-09-19
• 公開（公告）號: CN201094007Y
• 公開（公告）日: 2008-07-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡清
• 申請（專利權(quán)）人: 貴陽新天光電科技有限公司
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02
• 代理公司: 貴陽東圣專利商標(biāo)事務(wù)有限公司
• 代理人: 楊云

技術(shù)領(lǐng)域：本實(shí)用新型涉及一種長度計(jì)量儀器，尤其涉及一種用于測量大型零件或量具尺寸的精密計(jì)量儀器。

背景技術(shù)：目前，測量大長度的精密計(jì)量儀器主要有光學(xué)測長機(jī)和激光測長機(jī)兩種類型。光學(xué)測長機(jī)由于要采用愛賓斯坦(Eppenstein)光學(xué)原理來補(bǔ)償測量中產(chǎn)生的阿貝誤差，其成像系統(tǒng)光路長、光能損失大，因此存在光學(xué)元件多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高等缺陷，而且其測量長度一般不宜超過三米；激光測長機(jī)雖然不存在阿貝誤差，測量精度也高，但激光測長機(jī)在使用過程中，必須對環(huán)境溫度、氣流擾動等條件嚴(yán)格加以控制才能復(fù)現(xiàn)原有精度，而且價(jià)格昂貴，因此只有在精度要求極高的情況下才選用。

發(fā)明內(nèi)容：針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷，本實(shí)用新型旨在提供一種結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、測量范圍大、成本低的光柵測長機(jī)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案：它包括床身、固定在床身上的尾架、以及安裝在床身上并可在其上移動的測量頭架；鋼帶光柵固定在床身上，測量頭架上裝有可沿測量方向移動的測量軸，固定在測量頭架內(nèi)的電子水平儀和光柵讀數(shù)頭分別與計(jì)算機(jī)連接。

貼附在床身上的溫度傳感器與計(jì)算機(jī)連接。

本實(shí)用新型由于將現(xiàn)代傳感技術(shù)與計(jì)算機(jī)有機(jī)的結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)了光柵數(shù)字顯示和對阿貝誤差的實(shí)時(shí)補(bǔ)償，提高了測量準(zhǔn)確性，簡化了儀器結(jié)構(gòu)；同時(shí)，由于鋼帶光柵材料的熱膨脹系數(shù)與大多數(shù)被測件材料的熱膨脹系數(shù)十分接近，因此可以克服環(huán)境溫度的影響，在很大程度上避免了激光測長機(jī)使用環(huán)境要求苛刻的缺陷。

與光學(xué)測長機(jī)比較，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1)由于省略了復(fù)雜的光學(xué)成像系統(tǒng)，因此結(jié)構(gòu)比較簡單；

2)由于以數(shù)字顯示替代目視讀數(shù)，因此使用十分方便；

3)由于不存在光能損失的缺陷，而且鋼帶光柵可以制作得很長，因此測量范圍較大；

4)由于以功能軟件替代原來的人工光學(xué)校準(zhǔn)，因此在修理后校準(zhǔn)比較方便；

5)在數(shù)據(jù)采集后，原來需由人工進(jìn)行的復(fù)雜計(jì)算工作現(xiàn)在由數(shù)據(jù)處理軟件來自動完成，因此提高了測量效率，而且完全避免了人為的錯(cuò)誤。

與激光測長機(jī)比較，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1)價(jià)格比較便宜；

2)對使用環(huán)境要求比較寬松：由于本實(shí)用新型采用鋼帶光柵作為長度基準(zhǔn)，而被測零件或量具的材料大多也是鋼鐵，基準(zhǔn)件與被測件的熱膨脹系數(shù)相同；因此當(dāng)環(huán)境溫度偏離理想溫度20℃時(shí)，只要二者溫度相同，基準(zhǔn)件與被測件的伸長量也基本相同，不會帶來較大的測量誤差。而對于激光測長機(jī)而言，當(dāng)環(huán)境溫度偏離20℃時(shí)所造成空氣密度的變化，將導(dǎo)致激光在空氣中傳播的折射率發(fā)生變化，從而引起激光束在單位長度上光程的變化量與被測件熱膨脹引起的長度變化量懸殊較大；因此，激光測長機(jī)對環(huán)境溫度控制的要求比較嚴(yán)格。另外，影響空氣折射率的因素還有：氣壓、濕度、氣流擾動等，而這些因素對激光測長機(jī)的影響較大、對本實(shí)用新型卻毫無影響。

附圖說明：

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實(shí)用新型數(shù)據(jù)處理的原理框圖。

圖中：尾架1??測量軸2??測量頭架3??電子水平儀4??計(jì)算機(jī)5鋼帶光柵6??床身7??光柵讀數(shù)頭8??被測件9

具體實(shí)施方式：下面結(jié)合附圖和具體的實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明：

如圖1所示：尾架1固定在設(shè)有導(dǎo)軌的床身7上，鋼帶光柵6沿導(dǎo)軌方向粘貼在床身7上；測量頭架3安裝在所述導(dǎo)軌上并可在其上移動，固定在測量頭架3內(nèi)部的電子水平儀4和光柵讀數(shù)頭8分別通過導(dǎo)線與計(jì)算機(jī)5連接；安裝在測量頭架3上的測量軸2可在該頭架上沿測量方向在50mm的范圍內(nèi)移動，其目的是在測量時(shí)施加衡定的測量力。為了減少環(huán)境溫度對測量結(jié)果的影響，在床身7和被測件9上還可貼附分別通過導(dǎo)線與計(jì)算機(jī)5連接的溫度傳感器。

測量原理：由于導(dǎo)軌存在直線度誤差，其表面有微小的高低起伏；因此測量頭架3在移動過程中會隨著導(dǎo)軌表面起伏，測量頭架3的運(yùn)動軌跡是一條上下波動的曲線而不是理想的直線，于是測量頭架3會產(chǎn)生一定的傾轉(zhuǎn)角度，從而導(dǎo)致光柵讀數(shù)頭8的實(shí)際移動量與理想直線運(yùn)動狀態(tài)下的位移量相比多移動了一段長度，這就是阿貝誤差。要保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，就必須對這一誤差實(shí)時(shí)的進(jìn)行補(bǔ)償。

具體補(bǔ)償原理如圖2所示：光柵讀數(shù)頭8將移動過程中從鋼帶光柵6上采集到的長度數(shù)據(jù)、電子水平儀4將移動過程中采集到的測量頭架3所產(chǎn)生的傾轉(zhuǎn)角度分別實(shí)時(shí)傳輸給計(jì)算機(jī)5，計(jì)算機(jī)5通過數(shù)學(xué)模型計(jì)算出阿貝誤差；軟件將該修正結(jié)果與溫度傳感器采集到的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合計(jì)算，補(bǔ)償當(dāng)前溫度產(chǎn)生的測量誤差后，通過終端顯示屏顯示正確的長度測量結(jié)果。