一種非接觸式孔徑測(cè)量裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種非接觸式孔徑測(cè)量裝置。目前應(yīng)用于微小孔孔徑測(cè)量的電容式傳感器測(cè)頭局限于測(cè)量某一固定孔徑，測(cè)量效率較低。本實(shí)用新型中滾珠絲桿與調(diào)節(jié)電機(jī)的輸出軸固定，標(biāo)尺光柵固定在滾珠絲桿上；絲桿螺母與滾珠絲桿連接，指示光柵與絲桿螺母固定；四根連桿的一端均與調(diào)節(jié)電機(jī)的電機(jī)座鉸接，另一端分別與一根推桿鉸接；四根推桿的一端均與絲桿螺母鉸接，另一端分別與一個(gè)電極板襯座固定；四個(gè)電極板襯座的同一端端面分別固定有一塊電極板；電極板襯座和電極板均呈橫截面為扇環(huán)的柱體；四塊電極板沿圓周均布。本實(shí)用新型的電極板沿徑向方向可調(diào)，實(shí)現(xiàn)變孔徑的精密測(cè)量，包括大長(zhǎng)徑比的微孔、階梯孔的測(cè)量。
【專利說明】一種非接觸式孔徑測(cè)量裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于精密測(cè)量?jī)x器【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及孔徑測(cè)量裝置，具體涉及一種非接觸式孔徑測(cè)量裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)在航空航天、模具、汽車等工業(yè)領(lǐng)域的迅速發(fā)展，微小孔徑的加工和測(cè)量技術(shù)是國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的重要方向之一。非接觸測(cè)量具有不受測(cè)量力的影響和測(cè)量精度較高等優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)接觸式測(cè)量存在的不足，在微小孔徑測(cè)量中得到廣泛的應(yīng)用。
[0003]圍繞微小尺寸高精度測(cè)量展開的研究，具有非常重要的意義。目前非接觸式測(cè)量微小孔徑的方法主要有:光學(xué)測(cè)量法、電容傳感測(cè)量法、小孔的夫瑯和費(fèi)衍射測(cè)量法以及氣動(dòng)測(cè)量法。國(guó)外，有學(xué)者提出一種基于瞄準(zhǔn)觸發(fā)原理的測(cè)量方法，實(shí)現(xiàn)微孔直徑、圓度、面積的精確測(cè)量和計(jì)算；國(guó)內(nèi)，天津大學(xué)孫長(zhǎng)庫(kù)等基于電容傳感器原理，提出微孔測(cè)量的方法和裝置，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、靈敏度高。電容式傳感器在微小孔孔徑測(cè)量中具有精度高、動(dòng)態(tài)特性好等優(yōu)點(diǎn)，然而其測(cè)頭局限于測(cè)量某一固定孔徑，即測(cè)量不同的孔徑需要不同規(guī)格的傳感器測(cè)頭，從而導(dǎo)致測(cè)量效率降低，測(cè)量成本升高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型的目的針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種非接觸式孔徑測(cè)量裝置，該裝置可以實(shí)現(xiàn)變孔徑的精密測(cè)量，有效提高測(cè)量效率和測(cè)量精度；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，且成本較低。
[0005]本實(shí)用新型包括調(diào)節(jié)電機(jī)、連桿、標(biāo)尺光柵、指示光柵、絲桿螺母、電極板、推桿、滾珠絲桿和電極板襯座。所述的滾珠絲桿與調(diào)節(jié)電機(jī)的輸出軸固定，標(biāo)尺光柵固定套置在滾珠絲桿上；所述的絲桿螺母與滾珠絲桿連接，所述的指示光柵與絲桿螺母固定，并套置在標(biāo)尺光柵外；四根連桿的一端均與調(diào)節(jié)電機(jī)的電機(jī)座鉸接，另一端分別與一根推桿鉸接；四根推桿的一端均與絲桿螺母鉸接，另一端分別與一個(gè)電極板襯座固定；所述四個(gè)電極板襯座沿圓周均布，且同一端端面分別固定有一塊電極板；所述的電極板襯座和電極板均呈橫截面為扇環(huán)的柱體；所述電極板襯座的外側(cè)壁所在圓周直徑大于電極板的外側(cè)壁所在圓周直徑；所述的電極板襯座采用絕緣材料；四塊電極板沿圓周均布。
[0006]所述的電極板襯座和電極板對(duì)應(yīng)的圓心角相等。
[0007]所述電極板襯座與電極板的內(nèi)側(cè)壁對(duì)齊設(shè)置。
[0008]所述四塊電極板的外側(cè)壁所在圓周直徑的可調(diào)范圍為10?30mm。
[0009]本實(shí)用新型的有益效果:
[0010]1、本實(shí)用新型的電極板沿徑向方向可調(diào)，從而實(shí)現(xiàn)變孔徑的精密測(cè)量，包括大長(zhǎng)徑比的微孔、階梯孔的測(cè)量；
[0011]2、本實(shí)用新型采用電容傳感器測(cè)量原理，有效提高測(cè)量的效率，在較大量程內(nèi)保證測(cè)量的精度，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量成本低。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)立體圖；
[0013]圖2為本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0014]如圖1和2所示，一種非接觸式孔徑測(cè)量裝置，包括調(diào)節(jié)電機(jī)1、連桿2、標(biāo)尺光柵
3、指示光柵4、絲桿螺母5、電極板6、推桿7、滾珠絲桿8和電極板襯座9。滾珠絲桿8與調(diào)節(jié)電機(jī)I的輸出軸固定，標(biāo)尺光柵3固定套置在滾珠絲桿8上；絲桿螺母5與滾珠絲桿8連接，指示光柵4與絲桿螺母5固定，并套置在標(biāo)尺光柵3外；四根連桿2的一端均與調(diào)節(jié)電機(jī)I的電機(jī)座鉸接，另一端分別與一根推桿7鉸接；四根推桿7的一端均與絲桿螺母5鉸接，另一端分別與一個(gè)電極板襯座9固定；四個(gè)電極板襯座9沿圓周均布，且同一端端面分別固定有一塊電極板6 ；電極板襯座9和電極板6均呈橫截面為扇環(huán)的柱體；電極板襯座9和電極板6對(duì)應(yīng)的圓心角相等，且電極板襯座9與電極板6的內(nèi)側(cè)壁對(duì)齊設(shè)置，電極板襯座9的外側(cè)壁所在圓周直徑比電極板6的外側(cè)壁所在圓周直徑大0.2mm ;電極板襯座9采用絕緣材料；四塊電極板6沿圓周均布，且四塊電極板的外側(cè)壁所在圓周直徑的可調(diào)范圍為10?30mmo
[0015]該非接觸式孔徑測(cè)量裝置的工作原理:
[0016]將電極板6伸入被測(cè)孔進(jìn)行測(cè)量，調(diào)節(jié)電機(jī)I驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠8轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)絲桿螺母5在軸線方向滑動(dòng)(絲桿螺母受到連桿2傳遞給推桿7的作用力，圓周方向的運(yùn)動(dòng)受限)；同時(shí)推桿7也隨之運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)連桿2擺動(dòng)；四根推桿同時(shí)展開或收縮帶動(dòng)四塊電極板6及四個(gè)電極板襯座9調(diào)節(jié)所在圓周的直徑。當(dāng)電極板襯座9與被測(cè)孔的孔壁接觸時(shí)，就可以對(duì)被測(cè)孔的直徑進(jìn)行測(cè)量。
[0017]標(biāo)尺光柵3和指示光柵4組成光柵位移傳感器，絲桿螺母5移動(dòng)過程中，帶動(dòng)指示光柵4移動(dòng)，通過標(biāo)尺光柵3與指示光柵4的距離變化實(shí)現(xiàn)絲桿螺母5的位移測(cè)量。
[0018]如圖2所示，設(shè)絲桿螺母5的鉸接中心B至調(diào)節(jié)電機(jī)I對(duì)應(yīng)的一個(gè)鉸接中心A的初始距離為Itl,連桿2與推桿7的鉸接中心D至絲桿螺母5對(duì)應(yīng)的一個(gè)鉸接中心B的距離為b，絲桿螺母5沿軸向移動(dòng)位移為Λ 1，推桿7的長(zhǎng)度為C，連桿2的長(zhǎng)度為a，則電極板6的外側(cè)壁所在圓周的半徑
[0019]r = csin Θ +r0(I)
[0020]式(I)中，rQ為絲桿螺母5的鉸接中心B所在圓周的半徑值；Θ為鉸接中心A、B



Iy 11 + /sj Y_
連線與鉸接中心B、D連線之間的夾角，由余弦定理得Θ = arccos^一^—^ 0




26(/0 +Δ/)
[0021 ] 電極板6與被測(cè)孔之間的電容值為:
2 /Th-2 7TS- ,(2〉
[0022] Ar
[0023]式⑵中，由泰勒級(jí)數(shù)展開可得Ar為電極板6與被測(cè)孔的徑向間


\ r J r
隙；ε為空氣的介電常數(shù)，Lm為電極板6的軸向長(zhǎng)度；R為被測(cè)孔的半徑。
[0024]檢測(cè)各個(gè)電極板6與被測(cè)孔之間的電容值CiQ = 1，2，3，4)，分別代入公式⑵求解出Ari (i = I, 2，3，4)。被測(cè)孔的孔徑D可表示為:
[0025]D = 2(r+—'J^Arl)(3)

4 ,V!
[0026]該非接觸式孔徑測(cè)量裝置的電極板沿徑向方向可調(diào)，從而實(shí)現(xiàn)變孔徑的精密測(cè)量，包括大長(zhǎng)徑比的微孔、階梯孔的測(cè)量；采用電容傳感器測(cè)量原理，可消除孔的端面形狀對(duì)測(cè)量精度的影響，有效提高測(cè)量的效率，在較大量程內(nèi)保證測(cè)量的精度。
【權(quán)利要求】
1.一種非接觸式孔徑測(cè)量裝置，包括調(diào)節(jié)電機(jī)、連桿、標(biāo)尺光柵、指示光柵、絲桿螺母、電極板、推桿、滾珠絲桿和電極板襯座，其特征在于: 所述的滾珠絲桿與調(diào)節(jié)電機(jī)的輸出軸固定，標(biāo)尺光柵固定套置在滾珠絲桿上；所述的絲桿螺母與滾珠絲桿連接，所述的指示光柵與絲桿螺母固定，并套置在標(biāo)尺光柵外；四根連桿的一端均與調(diào)節(jié)電機(jī)的電機(jī)座鉸接，另一端分別與一根推桿鉸接；四根推桿的一端均與絲桿螺母鉸接，另一端分別與一個(gè)電極板襯座固定；所述四個(gè)電極板襯座沿圓周均布，且同一端端面分別固定有一塊電極板；所述的電極板襯座和電極板均呈橫截面為扇環(huán)的柱體；所述電極板襯座的外側(cè)壁所在圓周直徑大于電極板的外側(cè)壁所在圓周直徑；所述的電極板襯座采用絕緣材料；四塊電極板沿圓周均布。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非接觸式孔徑測(cè)量裝置，其特征在于:所述的電極板襯座和電極板對(duì)應(yīng)的圓心角相等。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非接觸式孔徑測(cè)量裝置，其特征在于:所述電極板襯座與電極板的內(nèi)側(cè)壁對(duì)齊設(shè)置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非接觸式孔徑測(cè)量裝置，其特征在于:所述四塊電極板的外側(cè)壁所在圓周直徑的可調(diào)范圍為10?30mm。
【文檔編號(hào)】G01B11/12GK204007527SQ201420415694
【公開日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年7月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月25日
【發(fā)明者】王盛, 王文, 張敏, 諸麗燕, 袁科杰, 朱凌俊, 任亞琳, 許曉嬌, 葉佳翔 申請(qǐng)人:杭州電子科技大學(xué)