CN103017625B - 一种超长测深外卡规 - Google Patents

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Abstract

一种具有超长测深的外卡规，包括通过转轴铰接的上手柄和下手柄，以及分别安装在上手柄和下手柄头部的上下测头，其特征在于，还包括表爪量块和带测针的卡表，其中：所述表爪量块安装在下手柄上，其顶端为具有特定曲线轨迹且具有一定宽度的曲面；所述卡表安装在上手柄上，其测针与所述表爪量块顶端的曲面接触，并能够在上、下手柄相对转动的过程中在该曲面上沿着所述曲线的轨迹一定移动。本发明克服了一般外卡规测深有限的问题，能够满足对较深型腔铸件的壁厚检测要求，同时具有较好的测量精度，极具工程应用价值。

Description

一种超长测深外卡规
技术领域
本发明涉及一种量具，尤其是一种具有超长测深的外卡规。
背景技术
标准带表外卡规虽可对常规产品厚度进行测量，但无法测量具有较深腔的铸件壁厚，由此带来了较深型腔铸件产品壁厚的测量难题。因此，需要一种超长测深外卡规来实现较深型腔铸件的壁厚检测。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有超长测深的外卡规，以克服一般外卡规测深有限的问题，满足对较深型腔铸件的壁厚检测要求。
根据上述目的，本发明提供了一种具有超长测深的外卡规，包括通过转轴铰接的上手柄和下手柄，以及分别安装在上手柄和下手柄头部的上下测头，其特征在于，还包括表爪量块和带测针的卡表，其中：所述表爪量块安装在下手柄上，其顶端为具有特定曲线轨迹且具有一定宽度的曲面；所述卡表安装在上手柄上，其测针与所述表爪量块顶端的曲面接触，并能够在上、下手柄相对转动的过程中在该曲面上沿着所述曲线的轨迹一定移动。
较佳地，所述表爪量块顶端曲面的曲线轨迹应具有以下特征：在卡表测针头运动轨迹线所在平面内建立平面直角坐标系，以该平面与转轴中心线的交点为坐标原点，卡规下测头的测量点与该中心线之间的垂直距离为D，以平行于该直线距离的直线为X轴，曲线上每一点在该坐标系中的坐标值(XB，YB)均满足以下公式，且式中各数均为绝对值：
XB＝cos(β-α)·d+2sinα·sin(α/2)·D/S，
YB＝sin(β-α)·d+2cosα·sin(α/2)·D/S；
其中，α为卡规的张角；d为卡规的上下测点咬合时卡表测针头到坐标原点的距离，β为此时测针头和坐标原点之间的连线与X轴正向之间的夹角，且β为30°-90°之间的任意值，具体由卡规上下测头咬合且卡表指示零位时测针头所在的位置决定；S表示卡表的表盘指示值与测针的行程位移之间的比值。其中，d与D的最佳比例为：D＝5d。
其中，D的最佳取值范围为：150mm≤D≤550mm。
进一步地，上手柄与下手柄的钳口最好设计为非对称形状，以便于卡规的测头能够深入某些特异型腔铸件、例如某型号发动机转弯段、进口段的狭长铸件腔体内部。
本发明克服了一般外卡规测深有限的问题，能够满足对较深型腔铸件的壁厚检测要求，同时具有较好的测量精度，极具工程应用价值。该外卡规可实现在最大500mm测量深度下的壁厚检测，同时测量精度可控制在±0.05mm。
附图说明
图1为本发明实施例1中上下测头咬合时的示意图；
图2为图1中的外卡规张开α角时的示意图；
图3为图2的局部放大图；
图4为本发明另一实施例的示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进行详细说明。
如图1所示，在本发明的最佳实施例中，超长测深外卡规包括通过转轴铰接的上手柄和下手柄，以及分别安装在上手柄和下手柄头部的上下测头，上下手柄之间连接有弹簧；还包括表爪量块和带测针的卡表，其中：表爪量块安装在下手柄上，其顶端为具有特定曲线轨迹且具有一定宽度的曲面；卡表安装在上手柄上，其测针头与表爪量块顶端的曲面接触，并能够在上、下手柄相对转动的过程中在该曲面上沿着设定的曲线轨迹移动。测量中可以将该装置看做绕转轴中心线转动的杠杆传动机构，最终靠安装在测量器具上的百分表读出测量值。
外卡规通过上下测头卡住待测壁厚区的上下表面来进行测量，此时测量装置上下测头间张开的弦长可近似认为就是待测的壁厚值。该弦长可按一定比例关系变换后传递到卡表读数端。例如卡表的表盘指示值与测针的行程位移比例关系假设为5∶1(即S＝5)，这就意味着待测壁厚值传递到读数端后，测针的位移值为待测值的1/5，而卡表表盘指示值再将测针的位移值以5倍放大还原，从而最终指示出待测壁厚值。
卡表可选用百分表。卡表测针头与表爪量块表面接触，并在表爪量块表面引导下来发生滑动位移，即测针的位移量取决于表爪量块的曲面轨迹。所以要使测量端待测弦长与卡表测针位移量严格按照一定比列关系运动变化，必须依靠表爪量块上特定的曲面轨迹来实现，因此需要求出表爪量块曲面的数学表达式，该表达式也即卡表测针头的运动轨迹方程。
结合图1和图2，参考图3的布局放大图，在本发明中，所述表爪量块顶端曲面的曲线轨迹具有以下特征：在卡表测针头运动轨迹线所在平面内建立平面直角坐标系，以该平面与转轴中心线的交点为坐标原点O，卡规下测头的测量点与该中心线之间的垂直距离为D，以平行于该直线距离的直线为X轴，曲线上每一点在该坐标系中的坐标值(XB，YB)均满足以下公式，且式中各数均为绝对值：
XB＝cos(β-α)·d+2sinα·sin(α/2)·D/5(1)
YB＝sin(β-α)·d+2cosα·sin(α/2)·D/5(2)
其中，α为卡规的张角；d为卡规的上下测点咬合时卡表测针头到坐标原点的距离，β为此时测针头和坐标原点之间的连线与X轴正向之间的夹角，且β为30°-90°之间的任意值，具体由卡规上下测头咬合且卡表指示零位时测针头所在的位置决定。
式(1)、(2)中除开合角α为变量外，其他值均为已知常量。将不同的开合角α代入式12、13，即可计算得到与之对应的B点的精确坐标值(XB，YB)，如果将得到的一系列的B点进行曲线拟合，即可得到测针头的运动轨迹，也就是表爪量块曲面轨迹线。
显然，在一定的坐标取值范围内，用于曲线拟合的B点数量越多，拟合得到的表爪量块曲面轨迹将越精准，最终的测量精度将越高。
考虑到表爪量块会与卡表测针频繁地发生滑动摩擦，为了保证卡规的使用耐久度与测量稳定性，最终选定了Cr12MoV钢来作为表爪量块的制造材质。
在卡规测量中，要求上、下手柄应具有一定的刚性，以免发生过大的弹性变形从而影响到测量值的准确性及稳定度；手柄的钳口形状设计应满足测量深度及针对测量型腔的可达性的要求；手柄的手持部位应考虑手持操作的便利性。
为了保证上下手柄之间转轴的旋转精度，可以考虑采用高精度薄型轴承件。在本发明中，选用了哈轴生产的代号为Z529的轴承，实际使用效果良好。
为了保证上下测头与被测铸件表面的良好贴合，同时考虑到测头的使用耐久度，测头使用Cr12MoV钢来作为制造材质，结构上采用了Φ1的球头设计来做为测头端。
卡规使用一段时间后，难免出现测头磨损并由此带来测量误差的增大，一定范围内的误差值可通过卡规精度调教来使之减小乃至消除。当由测头磨损导致的测量误差值无法通过卡规精度调教减小至0.05mm的误差范围内时，应更换测头并按技术要求重新调校卡规，以恢复卡规应有的测量精度。
在本发明的另一实施例中，具有超长测深的外卡规如图4所示。其结构与图1所示的外卡规类似，主要零件基本相同，但手柄的长度更大。并且上手柄与下手柄的钳口为非对称形状，所述上测点距离上手柄钳口的高度为下测点距离下手柄钳口高度的3倍以上。
在本发明的其他实施例中，采用不同设计参数设计，运用上述表爪两块曲线公式(1)和(2)，设计出了各种规格的超长测深卡规，其主要结构参数及测量精度的检测结果如下表所示。
表1

Claims (9)

1.一种超长测深外卡规，包括通过转轴铰接的上手柄和下手柄，以及分别安装在上手柄和下手柄头部的上下测头，还包括表爪量块和带测针的卡表，其中：所述表爪量块安装在下手柄上，其顶端为具有特定曲线轨迹且具有一定宽度的曲面；所述卡表安装在上手柄上，其测针与所述表爪量块顶端的曲面接触，并能够在上、下手柄相对转动的过程中在该曲面上沿着所述曲线的轨迹移动，其特征在于，所述表爪量块顶端曲面的曲线轨迹具有以下特征：在卡表测针头运动轨迹线所在平面内建立平面直角坐标系，以该平面与转轴中心线的交点为坐标原点，卡规下测头的测量点与该中心线之间的垂直距离为D，以经过坐标原点的水平方向为X轴，曲线上每一点在该坐标系中的坐标值(XB，YB)均满足以下公式，且式中各数均为绝对值：
XB＝cos(β-α)·d+2sinα·sin(α/2)·D/S，
YB＝sin(β-α)·d+2cosα·sin(α/2)·D/S；
其中，α为卡规的张角；d为卡规的上下测点咬合时卡表测针头到坐标原点的距离，β为卡规的上下测点咬合时测针头和坐标原点之间的连线与X轴正向之间的夹角，且β为30°-90°之间的任意值，具体由卡规上下测头咬合且卡表指示零位时测针头所在的位置决定；S表示卡表的表盘指示值与测针的行程位移之间的比值。
2.如权利要求1所述的外卡规，其特征在于，在所述公式中，D＝5d。
3.如权利要求1所述的外卡规，其特征在于，150mm≤D≤550mm。
4.如权利要求1所述的外卡规，其特征在于，所述卡表为百分表。
5.如权利要求1所述的外卡规，其特征在于，所述转轴为高精度薄型轴承。
6.如权利要求1所述的外卡规，其特征在于，所述表爪量块是用Cr12MoV钢制造的。
7.如权利要求1所述的外卡规，其特征在于，所述上、下测头是用Cr12MoV钢制造的直径为1mm的球头。
8.如权利要求1所述的外卡规，其特征在于，所述上手柄与下手柄的钳口为非对称形状，所述上测点距离上手柄钳口的高度为下测点距离下手柄钳口高度的3倍以上。
9.如权利要求1所述的外卡规，其特征在于，所述上手柄和下手柄之间设有连接弹簧。
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