[發明專利]低熱膨脹石英量棒、其標定方法及其應用

無效

• 申請號: 200910185005.5
• 申請日: 2009-10-28
• 公開（公告）號: CN101701786A
• 公開（公告）日: 2010-05-05
• 發明（設計）人: 費業泰;王晨晨;程文濤;楊睿嫦;尚平
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: G01B5/008
• 分類號: G01B5/008
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 何梅生

技術領域

本發明屬于關節式坐標測量機技術領域，具體地說是用于關節式坐標測量機標定用的低 熱膨脹量塊。

背景技術

關節式坐標測量機通常由各測量臂串聯各旋轉關節和線位移關節形成開鏈結構，開鏈結 構的末端為測量機的測頭，如全關節坐標測量機和平行關節臂坐標測量機等。有的關節可以 繞其自身軸線轉動，有的關節可以沿其自身軸線平移。為記錄關節轉動量或線位移量，各相 對運動的關節都裝有角度傳感器或位移傳感器，在使用測量機進行坐標測量時，測量機測頭 坐標是以測量機結構參數與其各關節角度、位移等為變量的函數。未標定的關節式坐標測量 機測頭位置誤差往往很大，不能滿足使用要求，為保證測量機整體精度，需要對測量機各項 參數進行標定進而補償各項主要誤差。標定過程是用被標定測量機與高精度測量儀器或標準 件比對的過程，從而可以獲得測量機更精確的幾何參數。

一種標定方法是用待標定關節式測量機測量較高精度的量塊，用量塊工作長度為標準量 來與測量機的測量結果進行比對。同時改變量塊在測量空間的位置、姿態，以獲得關節式測 量機在不同姿態時的測量誤差，通過對這些數據的計算來獲得測量機各項幾何參數。

量塊是由兩個相互平行的測量面之間的距離來確定其工作長度的高精度量具，其工作長 度為計量器具的長度標準。通過對計量儀器、量具和量規等示值誤差的檢定等方式，使機械 加工中各種制成品的尺寸能夠溯源到長度基準。量塊一般用鉻錳鋼等特殊合金鋼或線膨脹系 數小、性質穩定、耐磨以及不易變形的其它材料制成，市場上的量塊大多用合金鋼或是陶瓷 材料。使用量塊對關節式坐標測量機進行參數標定的方法是可行的，但目前使用的量塊有很 多缺陷：

1、熱變形誤差較大

一般使用的量塊多為鋼合金量塊，鋼量塊的溫度線膨脹系數按照國家標準的數值即 a_s＝(11.5±1)×10^-6/℃。按膨脹計算公式，ΔL＝[a_s×(t_s-20)]×l，t_s為量塊在測量時的測量 溫度(℃)，l為被測量塊的標稱長度(m)。根據公式，標稱長度500mm，膨脹系數12×10^-6/℃的 量塊，在溫度變化1℃的情況下，ΔL＝6um。這樣，在非恒溫環境下，量塊使用環境3～5℃ 的變化，就會給測量帶來20um～30um的系統誤差，嚴重影響量塊的使用精度。所以，在使 用量塊做標準器件來傳遞比對，長度大的量塊受溫度影響很大。所以，在使用長量塊為柔性 關節式坐標測量機做大量程的參數標定時，量塊的溫度變形就會是測量誤差中的一個重要因 素，直接影響了標定數據的準確性。

2、工作面加工精度要求高

量塊具有兩個互相平行的工作面，以工作面之間的距離來確定其工作長度。兩個工作面 的平面度和平行度精度會直接影響到量塊的精度，高等級量塊對加工的要求很高，從而導致 高精度量塊價格也比較高。

3、量塊使用時，會帶來擬合誤差

在使用量塊標定測量系統(三坐標測量機、關節式坐標測量機等)時，一般的使用方法 是先以量塊的其中一個工作面做參考面，在上面取至少三個點形成平面，然后再在量塊的另 一工作面取一點，以此點到擬合面的距離為量塊的工作長度，這種測量方法，需要測至少4 個點。如在參考面上采點超過三點，則采用最小二乘擬合等方法擬合出被測量面，再來計算 出測量長度。量塊兩工作面的平行度和平面度，采樣點采點的數量和位置，還有用于擬合平 面的數學方式，都會對得出的量塊工作長度有較大影響。

發明內容

本發明是為了避免上述現有技術所存在的不足之處，提供一種受溫度影響很小、使用時 所需采點數目少，能有效降低測量溫度誤差、加工精度和數據擬合誤差對量塊的工作長度的 影響的低熱膨脹石英量棒及其標定方法，以適用于關節式坐標測量機參數標定。

本發明解決技術問題采用如下的技術方案：

本發明低熱膨脹石英量棒的結構特點是所述石英量棒的結構形式為：設置低熱膨脹系數 的石英棒為主體，兩端套裝金屬套筒，所述兩端金屬套筒的端面上各有一錐窩，所述兩個端 面上的錐窩其錐角和深度相同，兩端錐窩中心線重合。

本發明低熱膨脹石英量棒的結構特點也在于設置所述錐窩的錐角θ為90°～120°。