本發(fā)明涉及長(zhǎng)度檢定技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種空間兩球心距離測(cè)量?jī)x及其測(cè)量方法。

背景技術(shù)：

針對(duì)三維空間標(biāo)準(zhǔn)球場(chǎng)而言，空間標(biāo)準(zhǔn)球場(chǎng)的體積較大且較重。為了測(cè)量其任意兩個(gè)球心之間的空間距離，通常采用lasertracker(激光跟蹤儀)或者lasertracer多站方式進(jìn)行測(cè)量。但由于lasertracker或者lasertracer等儀器價(jià)格相當(dāng)昂貴，通常價(jià)格在100萬人民幣以上。而且普通的測(cè)距工具例如螺旋千分尺無法實(shí)現(xiàn)任意兩球心的空間距離檢測(cè)。因此，亟需尋求一種能實(shí)現(xiàn)空間兩球心距離測(cè)量的高精度低成本方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種空間兩球心距離測(cè)量?jī)x及其測(cè)量方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)測(cè)量空間兩球心距離的儀器價(jià)格昂貴、操作復(fù)雜等問題。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：

一種空間兩球心距離測(cè)量?jī)x，其特征在于：包括固定測(cè)桿模塊、高精度一維位移臺(tái)模塊、連接塊模塊、可變測(cè)桿模塊、可變測(cè)桿處測(cè)頭模塊，其中：

固定測(cè)桿模塊包括豎直的固定測(cè)桿處碳纖維管，固定測(cè)桿處碳纖維管上端螺合安裝有固定測(cè)桿處連接頭，固定測(cè)桿處碳纖維管下端螺合安裝有固定測(cè)桿處靶座，固定測(cè)桿處靶座底面設(shè)有凹口，凹口中設(shè)有磁鐵，其中一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)球部分嵌入凹口中并被凹口中磁鐵吸附；

高精度一維位移臺(tái)模塊包括固定架，該固定架為具有水平部和豎直部的l形結(jié)構(gòu)，固定架通過水平部底部與固定測(cè)桿處碳纖維管上端的固定測(cè)桿處連接頭連接，固定架豎直部的內(nèi)側(cè)面固定有高精度一維位移臺(tái)底座，高精度一維位移臺(tái)底座座面上設(shè)有豎直的導(dǎo)軌，導(dǎo)軌上滑動(dòng)安裝有高精度一維位移臺(tái)工作臺(tái)，高精度一維位移臺(tái)底座的一側(cè)通過光柵讀數(shù)頭支架固定有光柵讀數(shù)頭，高精度一維位移臺(tái)工作臺(tái)與光柵讀數(shù)頭相同方向的一側(cè)通過長(zhǎng)光柵尺固定塊固定有長(zhǎng)光柵尺，且長(zhǎng)光柵尺與光柵讀數(shù)頭相互工作配合，還包括具有水平部和豎直部的l形的連接架，所述連接架通過豎直部的內(nèi)側(cè)面與高精度一維位移臺(tái)工作臺(tái)臺(tái)面連接；

連接塊模塊包括連接塊，連接塊其中兩個(gè)相鄰的側(cè)面彼此成一定角度，以彼此成一定角度的側(cè)面為連接面，連接塊模塊通過其中一個(gè)連接面與高精度一維位移臺(tái)模塊中連接架豎直部的外側(cè)面連接；

可變測(cè)桿模塊包括可變測(cè)桿處碳纖維管，可變測(cè)桿處碳纖維管兩端分別螺合安裝有連接頭，可變測(cè)桿模塊通過其中一端的連接頭與連接塊模塊另一個(gè)連接面連接；

可變測(cè)桿處測(cè)頭模塊包括可變測(cè)量測(cè)桿處靶座，可變測(cè)量測(cè)桿處靶座通過頂部與可變測(cè)桿模塊另一端的連接頭連接，可變測(cè)量測(cè)桿處靶座底部設(shè)有凹口，凹口中設(shè)有磁鐵，另一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)球部分嵌入凹口中并被凹口中磁鐵吸附。

所述的一種空間兩球心距離測(cè)量?jī)x，其特征在于：還包括校準(zhǔn)裝置，所述校準(zhǔn)裝置包括花崗巖基臺(tái)，花崗巖基臺(tái)上一端設(shè)有靶座，花崗巖基臺(tái)上另一端設(shè)有高精度一維手動(dòng)位移臺(tái)，該高精度一維手動(dòng)位移臺(tái)上設(shè)有另一個(gè)靶座，兩個(gè)靶座處于同一水平線上，且高精度一維手動(dòng)位移臺(tái)的位移方向與兩靶座確定的直線重合；空間兩球心距離測(cè)量?jī)x中，固定測(cè)桿模塊吸附的標(biāo)準(zhǔn)球由花崗巖基臺(tái)上的靶座支撐，可變測(cè)桿處測(cè)頭模塊吸附的標(biāo)準(zhǔn)球由高精度一維手動(dòng)位移臺(tái)上的靶座支撐。

一種空間兩球心距離測(cè)量?jī)x的測(cè)量方法，其特征在于：包括以下步驟：

(1)將固定測(cè)桿模塊吸附的標(biāo)準(zhǔn)球置于花崗巖基臺(tái)上的靶座中，可變測(cè)桿處測(cè)頭模塊吸附的標(biāo)準(zhǔn)球置于高精度一維手動(dòng)位移臺(tái)上的靶座中，此時(shí)兩標(biāo)準(zhǔn)球球心的位置為初始位置，通過調(diào)整高精度一維位移臺(tái)工作臺(tái)和高精度一維手動(dòng)位移臺(tái)，使兩標(biāo)準(zhǔn)球球心從初始位置依次變化兩次；

(2)l0表示空間兩球心距離測(cè)量?jī)x兩個(gè)1.5英寸靶球球心之間的初始距離，l0i(i＝1,2)表示空間兩球心距離測(cè)量?jī)x的兩個(gè)1.5英寸靶球球心之間的變化距離，l1表示空間兩球心距離測(cè)量?jī)x的固定臂1.5英寸靶球球心到其固定臂和測(cè)量臂軸線交點(diǎn)的距離，l2表示空間兩球心距離測(cè)量?jī)x的測(cè)量臂1.5英寸靶球球心到其固定臂和測(cè)量臂軸線交點(diǎn)的距離，l2i(i＝1,2)表示空間兩球心距離測(cè)量?jī)x的測(cè)量臂1.5英寸靶球球心到其固定臂和測(cè)量臂軸線交點(diǎn)的變化距離，角度θ表示固定臂和測(cè)量臂軸線之間的夾角；

當(dāng)空間兩球心距離測(cè)量?jī)x處在初始位置時(shí)，根據(jù)三角形余弦定理可得：

當(dāng)空間兩球心距離測(cè)量?jī)x的測(cè)量臂1.5英寸靶球球心到其固定臂和測(cè)量臂軸線交點(diǎn)的變化距離為δl21，根據(jù)三角形余弦定理可得：

當(dāng)空間兩球心距離測(cè)量?jī)x的測(cè)量臂1.5英寸靶球球心到其固定臂和測(cè)量臂軸線交點(diǎn)的變化距離為δl22，根據(jù)三角形余弦定理可得：

由(2)-(1)得

由(3)-(1)得

由公式(4)代入到公式(5)可得

即可求出l0和l2-l1cosθ；

一種空間兩球心距離測(cè)量?jī)x的使用方法，具體步驟如下：

將空間兩球心距離測(cè)量?jī)x的固定臂處靶球放置在被測(cè)球81處，其測(cè)量臂處靶球放置在被測(cè)球82處；其測(cè)量原理如圖10所示，被測(cè)球81和被測(cè)球82兩個(gè)球心之間距離記為l3，空間兩球心距離測(cè)量?jī)x的測(cè)量臂1.5英寸靶球球心到其固定臂和測(cè)量臂軸線交點(diǎn)的變化距離為δl23，根據(jù)三角形余弦定理可得：

由(7)-(1)可得

將公式(4)代入到公式(8)中，可得

將公式(6)代入到公式(9)即可得到兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)球之間距離l3。

與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1)本發(fā)明所述的測(cè)量?jī)x主要由空間長(zhǎng)度測(cè)量?jī)x、長(zhǎng)度測(cè)量?jī)x校準(zhǔn)臺(tái)組成，各組成部分以及小部件在測(cè)量過程中的安裝調(diào)試要求相對(duì)較低，使空間球體距離測(cè)量?jī)x的測(cè)量過程更加簡(jiǎn)單和方便。

2)本發(fā)明采用的材料和裝置成本低于傳統(tǒng)測(cè)量空間球體距離的儀器裝備價(jià)格，在很大程度上節(jié)省了測(cè)量成本。

3)本發(fā)明采用的測(cè)量方法十分靈活，對(duì)于大范圍內(nèi)多種的球體相對(duì)位置都有很好的測(cè)量精度。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種空間兩球心距離測(cè)量?jī)x組成示意圖，其中：

圖2為可變測(cè)桿處測(cè)頭組成示意圖。

圖3為可變測(cè)桿模塊組成示意圖。

圖4為連接塊組成示意圖。

圖5為固定測(cè)桿模塊組成示意圖。

圖6為高精度一維位移臺(tái)組成示意圖。

圖7為空間兩球心距離測(cè)量?jī)x的校準(zhǔn)裝置組成示意圖。

圖8為本發(fā)明空間兩球心距離測(cè)量?jī)x的校準(zhǔn)原理圖，其中：

圖8-1為初始位置原理圖，圖8-2為變化一次后位置原理圖，圖8-3為變化二次后位置原理圖。

圖9為本發(fā)明空間兩球心距離測(cè)量?jī)x的使用示意圖。

圖10為本發(fā)明空間兩球心距離測(cè)量?jī)x的測(cè)量原理圖。

具體實(shí)施方式

如圖1—圖7所示，一種空間兩球心距離測(cè)量?jī)x，包括固定測(cè)桿模塊20、高精度一維位移臺(tái)模塊30、連接塊模塊40、可變測(cè)桿模塊50、可變測(cè)桿處測(cè)頭模塊60，其中：

固定測(cè)桿模塊20包括豎直的固定測(cè)桿處碳纖維管22，固定測(cè)桿處碳纖維管22上端螺合安裝有固定測(cè)桿處連接頭21，固定測(cè)桿處碳纖維管22下端螺合安裝有固定測(cè)桿處靶座23，固定測(cè)桿處靶座23底面設(shè)有凹口，凹口中設(shè)有磁鐵24，其中一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)球25部分嵌入凹口中并被凹口中磁鐵24吸附；

高精度一維位移臺(tái)模塊30包括固定架33，該固定架33為具有水平部和豎直部的l形結(jié)構(gòu)，固定架33通過水平部底部與固定測(cè)桿處碳纖維管22上端的固定測(cè)桿處連接頭21連接，固定架33豎直部的內(nèi)側(cè)面固定有高精度一維位移臺(tái)底座34，高精度一維位移臺(tái)底座34座面上設(shè)有豎直的導(dǎo)軌，導(dǎo)軌上滑動(dòng)安裝有高精度一維位移臺(tái)工作臺(tái)37，高精度一維位移臺(tái)底座34的一側(cè)通過光柵讀數(shù)頭支架32固定有光柵讀數(shù)頭31，高精度一維位移臺(tái)工作臺(tái)37與光柵讀數(shù)頭31相同方向的一側(cè)通過長(zhǎng)光柵尺固定塊36固定有長(zhǎng)光柵尺35，且長(zhǎng)光柵尺35與光柵讀數(shù)頭31相互工作配合，還包括具有水平部和豎直部的l形的連接架38，連接架38通過豎直部的內(nèi)側(cè)面與高精度一維位移臺(tái)工作臺(tái)37臺(tái)面連接；

連接塊模塊40包括連接塊，連接塊其中兩個(gè)相鄰的側(cè)面彼此成一定角度，以彼此成一定角度的側(cè)面為連接面41、42，連接塊模塊40通過其中一個(gè)連接面與高精度一維位移臺(tái)模塊30中連接架38豎直部的外側(cè)面連接；

可變測(cè)桿模塊50包括可變測(cè)桿處碳纖維管52，可變測(cè)桿處碳纖維管52兩端分別螺合安裝有連接頭51，可變測(cè)桿模塊50通過其中一端的連接頭與連接塊模塊40另一個(gè)連接面連接；

可變測(cè)桿處測(cè)頭模塊60包括可變測(cè)量測(cè)桿處靶座61，可變測(cè)量測(cè)桿處靶座61通過頂部與可變測(cè)桿模塊50另一端的連接頭連接，可變測(cè)量測(cè)桿處靶座61底部設(shè)有凹口，凹口中設(shè)有磁鐵，另一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)球部分嵌入凹口中并被凹口中磁鐵吸附。

還包括校準(zhǔn)裝置，校準(zhǔn)裝置包括花崗巖基臺(tái)72，花崗巖基臺(tái)72上一端設(shè)有靶座71，花崗巖基臺(tái)72上另一端設(shè)有高精度一維手動(dòng)位移臺(tái)73，該高精度一維手動(dòng)位移臺(tái)73上設(shè)有另一個(gè)靶座，兩個(gè)靶座處于同一水平線上，且高精度一維手動(dòng)位移臺(tái)73的位移方向與兩靶座確定的直線重合；空間兩球心距離測(cè)量?jī)x中，固定測(cè)桿模塊20吸附的標(biāo)準(zhǔn)球25由花崗巖基臺(tái)72上的靶座71支撐，可變測(cè)桿處測(cè)頭模塊60吸附的標(biāo)準(zhǔn)球由高精度一維手動(dòng)位移臺(tái)73上的靶座支撐。

一種空間兩球心距離測(cè)量?jī)x的標(biāo)定方法，包括以下步驟：

(1)、將固定測(cè)桿模塊吸附的標(biāo)準(zhǔn)球置于花崗巖基臺(tái)上的靶座中，可變測(cè)桿處測(cè)頭模塊吸附的標(biāo)準(zhǔn)球置于高精度一維手動(dòng)位移臺(tái)上的靶座中，此時(shí)兩標(biāo)準(zhǔn)球球心的位置為初始位置，通過調(diào)整高精度一維位移臺(tái)工作臺(tái)和高精度一維手動(dòng)位移臺(tái)，使兩標(biāo)準(zhǔn)球球心從初始位置依次變化兩次；

(2)如圖8所示，l0表示空間兩球心距離測(cè)量?jī)x兩個(gè)1.5英寸靶球球心之間的初始距離，l0i(i＝1,2)表示空間兩球心距離測(cè)量?jī)x的兩個(gè)1.5英寸靶球球心之間的變化距離，l1表示空間兩球心距離測(cè)量?jī)x的固定臂1.5英寸靶球球心到其固定臂和測(cè)量臂軸線交點(diǎn)的距離，l2表示空間兩球心距離測(cè)量?jī)x的測(cè)量臂1.5英寸靶球球心到其固定臂和測(cè)量臂軸線交點(diǎn)的距離，l2i(i＝1,2)表示空間兩球心距離測(cè)量?jī)x的測(cè)量臂1.5英寸靶球球心到其固定臂和測(cè)量臂軸線交點(diǎn)的變化距離，角度θ表示固定臂和測(cè)量臂軸線之間的夾角；

當(dāng)空間兩球心距離測(cè)量?jī)x處在初始位置時(shí)，根據(jù)三角形余弦定理可得：

當(dāng)空間兩球心距離測(cè)量?jī)x的測(cè)量臂1.5英寸靶球球心到其固定臂和測(cè)量臂軸線交點(diǎn)的變化距離為δl21，根據(jù)三角形余弦定理可得：

當(dāng)空間兩球心距離測(cè)量?jī)x的測(cè)量臂1.5英寸靶球球心到其固定臂和測(cè)量臂軸線交點(diǎn)的變化距離為δl22，根據(jù)三角形余弦定理可得：

由(2)-(1)得

由(3)-(1)得

由公式(4)代入到公式(5)可得

即可求出l0和l2-l1cosθ；

一種空間兩球心距離測(cè)量?jī)x的使用方法，具體步驟如下：

如圖9所示，將空間兩球心距離測(cè)量?jī)x的固定臂處靶球放置在被測(cè)球81處，其測(cè)量臂處靶球放置在被測(cè)球82處；其測(cè)量原理如圖10所示，被測(cè)球81和被測(cè)球82兩個(gè)球心之間距離記為l3，空間兩球心距離測(cè)量?jī)x的測(cè)量臂1.5英寸靶球球心到其固定臂和測(cè)量臂軸線交點(diǎn)的變化距離為δl23，根據(jù)三角形余弦定理可得：

由(7)-(1)可得

將公式(4)代入到公式(8)中，可得

將公式(6)代入到公式(9)即可得到兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)球之間距離l3。