[发明专利]六点接触式平面度高精度测量方法及装置

说明书

本发明属于平面度测量方法及仪器。

大型机械零件表面的平面度测量，目前国内外所常用的方法是水平仪法和准直仪法。水平仪法是采用节距法一点一点的测量，依靠人工读数，测量时间长，精度低。准直仪法常用的仪器为自准直望远镜和激光准直仪，测量过程与水平仪法类似，主机不动，接收靶则在被测表面上一点一点移动，受环境影响较大，测量时间长，且精度也不高。这两种方法都不便实现自动测量及微机采集数据处理。

本发明的目的是研制一种适用大平面及超大平面的平面度高精度的且能进行自动测量的方法及仪器。

本发明的构成是采用三个固定测头及三个动测头，布置成上下两排，每排三个测头，其中第一排连续布置两个固定测头，第二排中间位置布置一个固定测头，其他位置分别布置三个动测头，测头之间的距离为等距。

按上述方式布置测头的测量装置可籍助常规的传动方法在被测表面上连续移动，并在所需的测量点进行测量。

动测头可以是接触式的如电感测头、光栅测头等。也可以是非接触式的，如电容测头。

为便于说明工作原理，将附图说明如下：

图1为测量装置示意图。A，B，E为固定测头位置，C，D，F为动测头位置。a为测头间的距离。1为底盘，2为固定测头，3为动测头。

图2为测量过程中，测量装置测头所处的不同位置。其中A1，B1，C1，D1，E1，F1;B1，B2，C2，D2，E2，F2;B2，B3，C3，D3，E3，F3等分别为三次测量时，六个测头所处的位置。曲线表示被测表面的起伏状况。α为第一次测量时，固定测头A1，B1，E1所确定的平面，即为整个测量过程中的参考基准平面，直线MN∥M′N′且在平面α上。

图3为测量平面时，测量装置的运动路线。其中A，B，C，D，E，F;A′，B′，C′，D′，E′，F′分别为测量装置所处不同位置时测头的位置。

图4被测表面的三维立体形貌图。

图5被测钢板的表面被测点中三高一低点的位置图。

本发明的工作原理如下：

设A，B，E三个固定测头在开始测量时所确定的平面为基准平面α，在测量前将测量装置放在标准平晶面上，使六个测点与其相接触，并调整动测头的读数为“零”，在测量过程中如动测头的读数为“零”则表示六点都在基准平面α内，如读数不为“零”则表示该测点的位置偏离基准平面。图2所示为测量过程中各测头的位置。第一次测量时固定测头A1，B1，E1接触被测表面，A1，B1，E1三点确定一平面。即基准平面α，通过A1，B1，作MN直线。该线在基准面α上。通过E1作M′N′线平行MN线，且也在基准面α上。此时如三个动测头C1，D1，F1的读数都为“零”时则表示被测六点都在基准面α上。即被测六点在同一平面上。如图2中C1B2，D1D′1，F1E2为三个动测头与被测表面的距离，即表示该三点不与A1，B1，E1三点在同一平面内。假定第一排测头A1，B1，C1由被测点表面到基准面α的距离用Y表示，动测头的读数用X表示。第二排测头D1，E1，F1由被测点到基准平面α的距离用Y′表示，动测头读数X′表示。则由图2中可以看出在A1点Y1＝0，在B1点Y2＝0，在C1点｜Y3｜＝C1B2＝｜X1｜，即Y3＝X1。在D1点｜Y′1｜＝D1D′1＝｜X′0｜，即Y′1＝X′0。在E1点Y′2＝0。在F1点｜Y′3｜＝F1E2＝｜X′1｜，即Y′3＝X′1。所以在第一次测量时，六个测点与基准面的距离分别为Y1，Y2，Y3，Y′1，Y′2，Y′3，其中Y1＝Y2＝Y′2＝0。Y3＝X1，Y′1＝X′0，Y′3＝X′1。X1，X′0，X′1都是动测头的读数，故六个被测点的数值都可知。

第二次测量时将测量装置向右移动一段距离a。处于B1，B2，C2，D2，E2，F2的位置。从第一排测头看，因C2B3垂直基准面（即B3点到基准面的垂线），所以△B1C2C′2为直角三角形。又因B1B2＝B2C2＝a（a为各测头间的距离）∴C2C′2＝2C1B2    B3C′2为被测点到基准面α的距离距Y4。由图知B3C′2＝B3C2-C2C′2    ∴B3C′2＝B3C2-2C1B2因B3C′2＝｜Y4｜    C1B2＝｜Y3｜    B3C2＝｜X2｜（即测头C2第二次测量时的读数）代入可得：

｜Y4｜＝｜X2｜-｜2Y3｜

符号规定：对Y和Y′值在基准平面α以上为“正”，反之为“负”。对X和X′值在三个固定测头所确定的平面以上的为“正”。反之为“负”。故可知Y4，X2为正。Y3为负。

∴可得    Y4＝X2+2Y3＝2Y3+X2