一种高精度水平测量支撑装置的制作方法

1.本实用新型涉及高精度水平检测以及高端精密制造技术领域，特别是指一种高精度水平测量支撑装置，可用于对微米级变形精度的平面或曲面结构的检测。


背景技术：

2.目前，达到微米级变形精度的结构广泛出现于航空航天、造船、汽车、电子通信、光学等领域内，进而也提高了对高精度结构的检测需求。通常情况下，企业选择使用三坐标检测仪对微米级结构精度进行检测。三坐标检测仪由检测设备与检测平台组成。
3.在传统的高精度工件精度测量过程中，需使用压板、螺栓、垫片和支架等辅助零件，采用挤压方式将工件固定在检测平台上。此类固定的接触面较小，近似于刚性点接触，可被认为是若干集中力施加到了结构的特定点上。这些特定点在这些点接触集中力的作用下产生了明显的局部变形，对结构整体的精度产生了负面影响。此外，对于具有面积高度比大的特点的零件，将其布置在检测平台上后，易出现因自身重力而产生的变形。
4.以某太赫兹天线面板为例，通过有限元仿真发现，在水平放置装态下的变形与理论模型相比，其最大差值达到了3微米。这一变形已接近该天线面板的精度所允许的变形上限。如果不采取有效措施控制这一测量变形，将导致面板的加工精度要求急剧上升，甚至导致面板无法完成加工与检测过程。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本实用新型提供了一种高精度水平测量支撑装置，该装置可减小工件因自重而产生的变形，并降低工件因装夹受力而产生的局部变形。
6.为了实现上述目的，本实用新型所采取的技术方案为：
7.1.一种高精度水平测量支撑装置，包括测量平台；所述测量平台上设有至少一个顶尖支撑结构和至少一个天平式支撑结构；所述顶尖支撑结构包括支撑座和第一顶撑，所述天平式支撑结构包括称座、支柱、连接轴、称杆以及多个第二顶撑，支柱设于称座内，称杆通过连接轴设置于支柱上，多个第二顶撑设置于称杆上并保持称杆的平衡；所述第一、第二顶撑均包括支撑杆和设于支撑杆顶端的顶尖球。
8.进一步的，所述顶尖支撑结构和天平式支撑结构上均设有手柄，顶尖支撑结构和天平式支撑结构直接放置于测量平台上。
9.进一步的，所述称杆上设有长圆孔，第二顶撑设置于长圆孔处，并通过螺钉与称杆锁紧。
10.进一步的，所述第二顶撑为两个，且对称地设置于称杆的两边。
11.进一步的，所述第二顶撑的底端还设有用于调节称杆平衡的配重。
12.本实用新型的有益效果在于：
13.1、本实用新型优化了传统的高精度水平检测中的布置方式，在预设的特定点，支撑待测量工件，用以承载工件的自身重力，使得工件在水平状态下的自重变形明显降低。
14.2、本实用新型通过使用球头顶尖，使得工件布置在若干预设的点接触支撑上，从而使工件在重力方向上保持平衡状态，且不对工件施加额外支反力，有效地避免了装夹应力。
15.3、本实用新型通过天平式的自平衡结构，在不违反三点定位理论的前提下，使一个基准定位点扩展为多个支撑定位点，提高了工件在水平测量平台上的被动精度，降低了待测工件的自重变形。
16.4、本实用新型结构紧凑，可靠性高，维护方便，通用性强。
附图说明
17.图1为高精度水平测量支撑装置的结构示意图。
18.图2 为顶尖支撑结构的结构示意图。
19.图3 为顶撑的结构示意图。
20.图4 为天平式支撑结构的结构示意图。
21.图5、图6为其他形式的天平式支撑结构的结构示意图。
22.图中：1、顶尖支撑结构；2、天平式支撑结构；3、测量平台；1.1、顶尖支撑座；1.2、第一顶撑；1.3、第一手柄；1.2.1、顶尖球；1.2.2、支撑杆；2.1、称座；2.2、称杆；2.3、连接轴；2.4、第二手柄；2.5、第二顶撑。
具体实施方式
23.下面，结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步的说明。
24.一种高精度水平测量支撑装置，包括测量平台、顶尖支撑结构和天平式支撑结构等部分。
25.所述顶尖支撑结构包含两组，放置在测量工作台上，主要包括顶尖支撑座、顶撑与手柄。顶撑由顶尖球与支撑杆组成，通过支撑杆的螺纹连在顶尖支撑座上。顶尖球安放在支撑杆顶端，与工件直接接触，为工件提供点接触支撑力。手柄通过螺纹与顶尖支撑座相连。
26.所述天平式支撑结构也放置在测量工作台上，由称座、称杆、连接轴、手柄以及两组顶撑组成。顶撑由顶尖球和支撑杆组成，通过支撑杆的螺纹连在称杆上。顶尖球安放在支撑杆上顶端，与工件直接接触，为工件提供点接触支撑力。称座作为天平式支撑结构的基础，通过连接轴与称杆相连。手柄通过螺纹与称座相连。
27.此外，天平式支撑结构也可设计为多点支撑，即，称杆上设置多个顶撑。基于对待测工件的静态有限元仿真结果，分析待测工件受力状态，总结出若干自重变形较大的区域，设置多脚天平式结构，在预设位置同时对待测工件施加支反力，以求达到变形最小状态。
28.测量平台可根据待测工件特点，在预设位置处涂上标记，用于定点放置顶尖支撑结构和天平式支撑结构。顶尖支撑结构和天平式支撑结构上的手柄便于对其进行挪动，顶尖支撑结构和天平式支撑结构的底面上还可以设置胶垫和磁铁，便于在测量平台上固定。
29.该装置采用了点接触顶尖，同时不额外增加其他约束，使得待测工件因支反力产生的局部变形减小，从而达到了提高水平测量精度与准确性的目的。
30.以下为一个更具体的例子：
31.如图1-4所示，一种高精度水平测量支撑装置，包括测量平台3、顶尖支撑结构1和
天平式支撑2。
32.所述顶尖支撑结构1为多组，安装在测量平台3上。每组顶尖支撑结构均包括顶尖支撑座1.1、第一顶撑1.2和第一手柄1.3。其中，第一顶撑包括顶尖球1.2.1和支撑杆1.2.2，与待测工件预设位置直接接触，提供点接触支反力。第一手柄为一带螺纹端头的长金属棒，用于使顶尖支撑结构易于放置或移动。
33.所述天平式支撑结构2主要包括称座2.1、称杆2.2、连接轴2.3、第二手柄2.4与两组第二顶撑2.5。第二顶撑与第一顶撑的结构相同，两组第二顶撑分别放置在称杆两端的等距处，每个第二顶撑均通过称杆上对应的长条孔调整相对位置关系，并使用螺母固定位置。此外，可将若干数量的调整垫片安装在第二顶撑底部的螺纹处，以保证工作状态下天平称杆的平衡。称座通过连接轴与称杆配合，形成天平式结构。
34.天平式支撑结构将称座的单一定位点延展至称杆两端的顶撑处，两端的顶撑提供相同的支反力，进而使得待测工件受到的支反力均布。
35.第二手柄为一带螺纹端头的长金属棒，用于使天平式支撑结构易于放置或移动。
36.进一步的，天平式支撑结构2可根据待测件结构特点，设计为多点支撑形式，即，称杆上设置三组或更多组顶撑。同时，称杆上设置多个长圆孔，从而可以分别调整每个顶撑的位置。图5、6所示为其他形式的天平式支撑结构，其将称座的单一定位点延展至称杆顶端的若干定位点。此外，通过在顶撑底部设置调整垫片，可以保证工作状态下天平称杆两端的平衡。此时，每端的顶撑提供相同的支反力，称座与称杆通过连接轴连接为一体，时刻保持平衡稳定状态。
37.实际使用时，可根据待测工件的特点，选择恰当数量的顶尖支撑结构1与天平式支撑结构2，并选择天平式支撑结构的结构形式。例如，大尺寸的平面工件，可采用一个天平式支撑2加一个顶尖支撑结构1的组合；带有曲率的球面工件，可采用三组多点天平式支撑结构的组合。
38.本实用新型基于三点定位理论，在尽可能减少对待测工件施加外力的前提下，确定待测工件测量平台上的位置，采用一点至多点的扩展方法，提高待测工件在测量过程中的稳定性，进而实现降低装夹应力的目的。
39.具体来说，本实用新型在有限元仿真的辅助下，在测量平台的适当位置上布置顶尖支撑结构和天平式支撑结构，实现对待测工件的支撑。工件在预设位置受到点接触支撑力，测量过程中可随时达到受力平衡状态。得益于此，工件因自重而产生的变形减小，从而降低了工件水平状态下的微米级变形，此外还可避免工件因装夹而产生的微米级变形。
40.总之，本实用新型结构紧凑，稳定可靠，实现性强，维护方便。是对现有技术方案的一个重要改进。
41.需要理解的是，上述对于本专利具体实施方式的叙述仅仅是为了便于本领域普通技术人员理解本专利方案而列举的示例性描述，并非暗示本专利的保护范围仅仅被限制在这些个例中，本领域普通技术人员完全可以在对本专利技术方案做出充分理解的前提下，以不付出任何创造性劳动的形式，通过对本专利所列举的各个例采取组合技术特征、替换部分技术特征、加入更多技术特征等等方式，得到更多的具体实施方式，所有这些具体实施方式均在本专利权利要求书的涵盖范围之内，因此，这些新的具体实施方式也应在本专利的保护范围之内。