[发明专利]一种高精度球旋转机构

说明书

技术领域

本发明涉及精密机械的测量装置，特别是指一种能对球旋转、定位的高精度球旋转机构。

背景技术

在精密测量领域经常需要测量一定尺寸的球的精细参数，包括球表面粗糙度的分布均匀性、在特定点处的直径、圆度等，这就需要对球进行精确的旋转和定位。然而现有的测量仪器往往不具备这些功能。例如在阿伏加德罗常数NA的测量中，需要精确测量一个直径约94mm、圆度小于100nm、粗糙度约为几纳米的硅球的面形信息。目前精度最高的长度测量仪器当属激光干涉仪，但激光干涉仪只能获取某一特定位置处的长度信息，而硅球的面形是不均匀的，为了得到整个硅球表面的信息，需要一种可对硅球进行旋转的机构，要求该机构理论上能够将硅球旋转至其表面任意一个位置，并具有极高的重复定位精度，同时不能对硅球表面造成损伤，当前尚未有能满足该要求的球旋转机构。

发明内容

针对上述问题，本发明的主要目的在于提供一种新的高精度球旋转机构，其可对一定尺寸的球进行精确的旋转和定位，从而满足测量球的直径、形状的要求。

为达到上述目的，本发明所提供的一种高精度球旋转机构，其特征在于包括：球支撑部、球旋转扫描部及控制装置；所述球支撑部包括一固定底座、多个调节螺钉、一可调底座、四个支撑柱、以及一支撑底座；所述可调底座通过所述多个调节螺钉与所述固定底座连接，四个所述支撑柱设置在所述可调底座的四个顶角处，将所述支撑底座支撑并固定在所述可调底座上方，所述支撑底座中央凹设有一个球支撑部，所述球支撑部上设置有三个高度严格一致的球支撑点；所述球旋转扫描部设置在所述可调底座、四个支撑柱及支撑底座构成的容置空间中，包括一设置在所述可调底座中心的升降机构，设置在所述升降机构上的水平旋转机构及竖直旋转机构；所述控制装置为一计算机，其中设置有控制程序，以控制所述升降机构、水平旋转机构和竖直旋转机构按照工作流程动作。

上述本发明的技术方案中，所述球支撑部为一内凹的环形平台，中心为一通孔，三个所述球支撑点均匀布设在所述球支撑部的环形平台上。

所述球支撑点由支撑钉构成。

所述升降机构为电控升降台，设置在所述可调底座的中心位置。

所述水平旋转机构为一个可在水平方向旋转的电控旋转台，固定在所述升降机构顶端的平台上，在电机的驱动下沿水平方向以垂直旋转轴为中心做旋转运动。

所述竖直旋转机构设置在所述水平旋转机构的顶面上，所述竖直旋转机构包括一个主动轮和一对从动轮，所述主动轮和从动轮穿设在固定在支架上的转轴上，且以所述水平旋转机构的旋转中心为中心呈品字形设置在所述水平旋转机构的顶部，且高度严格一致。

采用上述技术方案，本发明具有以下优点：1、本发明由于在球支撑部设置三个支撑点用来支撑待测量的小球，利用最有效的三点支撑定位法，保证了每次旋转结束后球恢复到最初的三点定位状态，实现了将球的旋转和定位的分离，这就避免了球的旋转过程产生的定位误差，严格保证了重复定位精度，使本发明具有重复定位精度高的优点。2、由于本发明只需要在使用开始时进行一次初始调校过程即可，使得待测球的装调过程非常简单，具有易于装调的优点。3、由于本发明的旋转机构没有夹持部件，因此可避免对待测球施加外力后造成的球形改变，同时，由于与待测球接触的部件均采用特殊的化学材料，不会对待测球表面产生划伤或破坏，使本发明对待测球的影响减到最小。

附图说明

图1是本发明的结构示意图

图2是本发明的俯视示意图

图3是本发明去除顶部支撑底座后的俯视示意图

图4是本发明测量硅球表面氧化层厚度的实施示意图

图5是本发明的工作流程图

具体实施方式

现举以下实施例并结合附图对本发明的结构及功效进行详细说明。

如图1～图3所示，为本发明所提供的一种高精度球旋转机构1，其包括球支撑部10、球旋转扫描部20及控制装置，其中：

球支撑部10包括一固定底座11、多个调节螺钉12、一可调底座13、四个支撑柱14、支撑底座15以及三个支撑钉16。

固定底座11用于支撑和固定整个旋转机构。可调底座13通过各调节螺钉12与固定底座11连接。在本实施例中，调节螺钉12共有八颗，其中四颗均匀分布在可调底座13四周的中心位置，这四颗调节螺钉12用于调整可调底座13相对于固定底座11的左右和前后位置，另外四颗均匀分布在可调底座13上表面的四个顶角处，用于调整可调底座13相对于固定底座11的倾斜位置(如图3所示)。