CN105157653A - 一种精确测量大中牙径的装置和方法 - Google Patents

一种精确测量大中牙径的装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种精确测量大中牙径的装置和方法，包括机架、外壳面板、传导垂直轴精度柱和控制器，机架内的前线性电子移位夹具、致动器垂直轴和后线性电子移位夹具穿过机架顶端连接传导垂直轴精度柱，传导垂直轴精度柱顶端的传导水平轴精度块上安装有水平线性电子移位夹具、测量力调整***、驱动器水平轴主轴、扫描臂和电子探头，扫描臂末端安装有双面扫描探头，外壳面板上的量规夹具支撑上活动安装有可替换量规夹具，可替换量规夹具上放置有被校准量规。通过分别测量设定量规和被校准量规的直径，再进行精确计算即可。本发明的装置操作简单方便，具有很精确的测量结果，从而大大减少测量误差，保证测量数据的准确性。

Description

一种精确测量大中牙径的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种测量用具，具体是一种精确测量大中牙径的装置和方法。
背景技术
现有的测量装置的对圆柱及圆锥形物体的大径、中径和牙侧直径的测量不能进行精确的测量，导致测量数据在一定程度上偏离真实数据，从而出现较大误差，严重影响后续的操作，而且现有的测量方法使用相同的测量方式进行校准以及测量不同的物体，然后再利用数据用同样的公式进行校准计算，因此不符合实际情况，从而导致更大的误差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种精确测量大中牙径的装置和方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种精确测量大中牙径的装置，包括机架、外壳面板、传导垂直轴精度柱和控制器，所述外壳面板固定安装在机架顶端一侧，所述控制器活动安装在机架顶端另一侧，所述机架内纵向安装有前线性电子移位夹具、致动器垂直轴和后线性电子移位夹具，致动器垂直轴位于前线性电子移位夹具和后线性电子移位夹具中间，前线性电子移位夹具和后线性电子移位夹具的输出端伸入外壳面板内部，致动器垂直轴上端连接有穿过机架顶端的驱动器垂直轴主轴，所述传导垂直轴精度柱的两端安装在前线性电子移位夹具和后线性电子移位夹具的输出端，驱动器垂直轴主轴安装在传导垂直轴精度柱下端中间，所述传导垂直轴精度柱顶端安装有传导水平轴精度块，传导水平轴精度块上安装有水平线性电子移位夹具、测量力调整***、驱动器水平轴主轴、扫描臂和电子探头，所述驱动器水平轴主轴上连接有穿过外壳面板的致动器水平轴，所述扫描臂末端安装有双面扫描探头，与控制器同侧的外壳面板上固定安装有量规夹具支撑，量规夹具支撑上活动安装有可替换量规夹具，可替换量规夹具上放置有被校准量规，所述控制器上安装有与扫面臂对应的推动器。
一种精确测量大中牙径的装置的测量方法，包括以下步骤：
(1)将具有准确校准直径的设定量规居中夹紧在可替换量规夹具的支撑上，扫描探针在设定量规的孔的上侧和下侧进行一定长度的扫描，以确定设定量规的直径；
(2)将被校准量规夹紧在可替换量规夹具上，且被校准量规的中心定位在可替换量规夹具的孔上，使得被校准量规的孔的中心线与扫描探针形成的扫描平面平行相对，扫描探针在被校准量规的孔的上侧和下侧进行一定长度的扫描，以确定被校准量规的直径；
(3)将设定量规与被校准量规的直径进行精确计算即可。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的装置操作简单方便，通过测量方法对圆柱及圆锥形物体的大径、中径和牙侧直径具有很精确的测量结果，从而大大减少测量误差，保证测量数据的准确性。
附图说明
图1为本发明的立体结构示意图。
图2为和图3本发明中扫描探针的示意图。
图4为本发明中扫描平面的示意图。
图5为本发明的俯视图。
图6为图1中A处的局部示意图。
图7为本发明中量规夹具的示意图。
图8为本发明中支撑的示意图。
图9为本发明中设定环规的位置示意图。
图10和图11为本发明中设定塞规的测量示意图。
图12和图13为带有外部量规锥度和螺距的锥形螺纹塞规的示意图。
图14为本发明中测量圆锥螺纹塞规的示意图。
图15～19为本发明中含有两个支持锥的螺纹圆锥的测量示意图。
图20和图21为本发明中支持锥上圆柱形部分的校准示意图。
图22和图23为本发明中对内部圆锥螺纹的校准示意图。
图中：01-前线性电子移位夹具；02-致动器垂直轴；03-后线性电子移位夹具；04-驱动器垂直轴主轴；05-传导垂直轴精度柱；06-传导水平轴精度块；07-水平线性电子移位夹具；08-测量力调整***；09-致动器水平轴；10-驱动器水平轴主轴；11-扫描臂；12-外壳面板；13-量规夹具支撑；14-可替换量规夹具；15-双面扫描探头；16-被校准量规；17-电子探头；18-推动器；19-铰链；20-扫描平面；21-定心边缘；22-设定环规；23-中心线；24-支撑；25-中心平面；26-安装板；27-设定塞规；28-定心平面；29-；30-圆锥螺纹塞规；31-表面侧；32-塞规平面；33-支持锥；35-平行圆柱形；36-内部圆锥螺纹。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明实施例中，一种精确测量大中牙径的装置，包括机架、外壳面板12、传导垂直轴精度柱05和控制器，外壳面板12固定安装在机架顶端一侧，控制器活动安装在机架顶端另一侧，机架内纵向安装有前线性电子移位夹具01、致动器垂直轴02和后线性电子移位夹具03，致动器垂直轴02位于前线性电子移位夹具01和后线性电子移位夹具03中间，前线性电子移位夹具01和后线性电子移位夹具03的输出端伸入外壳面板12内部，致动器垂直轴02上端连接有穿过机架顶端的驱动器垂直轴主轴04，传导垂直轴精度柱05的两端安装在前线性电子移位夹具01和后线性电子移位夹具03的输出端，驱动器垂直轴主轴04安装在传导垂直轴精度柱05下端中间，传导垂直轴精度柱05顶端安装有传导水平轴精度块06，传导水平轴精度06块上安装有水平线性电子移位夹具07、测量力调整***08、驱动器水平轴主轴10、扫描臂11和电子探头17，驱动器水平轴主轴10上连接有穿过外壳面板12的致动器水平轴09，扫描臂11末端安装有双面扫描探头15，与控制器同侧的外壳面板12上固定安装有量规夹具支撑13，量规夹具支撑13上活动安装有可替换量规夹具14，可替换量规夹具14上放置有被校准量规16，控制器上安装有与扫面臂11对应的推动器18。
如图3所示，扫描探针15在一个平面上移动，该平面由传导水平轴精度06形成的X轴、传导垂直轴精度柱05香菜的Y轴以及X-Y平面上围绕铰链19的旋转来确定，该平面叫扫描平面。
上述精确测量大中牙径的装置的测量方法，包括以下步骤：
1将具有准确校准直径的设定量规居中夹紧在可替换量规夹具的支撑上，扫描探针在设定量规的孔的上侧和下侧进行一定长度的扫描，以确定设定量规的直径；
2将被校准量规夹紧在可替换量规夹具上，且被校准量规的中心定位在可替换量规夹具的孔上，使得被校准量规的孔的中心线与扫描探针形成的扫描平面平行相对，扫描探针在被校准量规的孔的上侧和下侧进行一定长度的扫描，以确定被校准量规的直径；
3将设定量规与被校准量规的直径进行精确计算即可。
实施例1：精确测量装置对平行圆柱形物体(环规和螺纹环规)的测量
1将具有准确校准直径Dir-kal的设定环规22居中夹紧在可替换量规夹具的支撑24上，扫描探针15在设定环规22的孔的上侧和下侧进行一定长度的扫描，扫描探针15通过支撑24上内部直径的两个定心边缘21来实现，完成设定环规22的校对规校准，以确定设定环规22的直径；
2将被校准量规夹紧在可替换量规夹具上，且被校准量规的中心定位在可替换量规夹具的孔上，使得被校准量规的孔的中心线与扫描探针形成的扫描平面平行相对，扫描探针在被校准量规的孔的上侧和下侧进行一定长度的扫描，以确定被校准量规的直径Dir-meet；
3将设定量规与被校准量规的直径进行精确计算即可，由此可得出直径Dir-meet比设定环规22的直径Dir-kal偏小的值，直径上的差异就是偏离中心的结果：偏心校正EXint，
EXint＝Dir-kal-Dir-meet；公式1
随后在同一支撑上，一个环规或螺纹环规被测量，被测量的对象的直径Dint与设定环规22的直径Dir-kal大小一样。
由于支撑24与两个定心边缘21的结构，被测量规的中心线与扫描平面20的距离与校对规校准过程中测量的距离相等。
因为支撑是根据在校对规校准与实际测量这两种情况下的偏心率是相等的方式来构造的，被测量的环规或螺纹环规的直径Dir-meet会跟测量设定环规时一样都偏小，因此测量对象的直径可以通过加上偏心校正的数值Exint来进行校正：
Dint＝Dint-meet+EXint(公式2)；
实施例2：精确测量装置对平行圆柱形物体外部对象(光面塞规、螺纹塞规以及轴)的测量
如图8，测量对象如平行圆柱螺纹塞规和光面轴会根据外部直径被居中并夹紧，对上述二维扫描仪所使用的测量方法，测量对象27的中心线以及中心平面25与扫描探针15移动的扫描平面20平行相对，通过支撑上支持外部直径的两个定心平面28来实现，拥有两个定心平面28的支撑可以更换，因此它可以在扫描仪上重复替换。
两个定心平面28构成一个V平面，平分面与扫描探针能够移动并尽可能吻合的扫描平面20平行相对，测量对象的中心线也在平分面上，两个定心平面28垂直稳固地安装在安装板26上，安装板26垂直于扫描平面20。
如内部测量一样，首先要进行校对规校准，在测量外部测量对象之前，一个具有精确校准直径Dpk-kal的设定塞规会在上述V支撑平面上被居中，夹紧并测量，设定塞规27的中心线与扫描探针15移动的扫描平面20平行相对，设定塞规的外部直径通过中心点被测量，结果是被公认的。(图8)
扫描探针的扫描平面20没有与设定塞规中心线完全重合，而是与该中心线平行相对，设定塞规的测量直径Dpk-meet会小于直径Dpk-kal，定位塞规的外部直径是在中心点附近而不是通过中心点被测量。(图9)
被测量直径Dpk-meet与设定塞规的实际校准直径Dpk-kal之间的差异由偏心偏差所决定：设定塞规27的中心线与测量仪器的扫描平面20之间的距离被称作：偏心校正EXext
EXext＝Dpk-kal-Dpk-meet(公式3)；
此后，测量对象会在上述支撑上被居中，夹紧并进行外部扫描。因此，测量对象的中心线与测量仪器扫描平面的距离跟之前测量的设定塞规中心线与测量仪器扫描平面的距离相同。
如果测量对象的外部直径与设定塞规的直径Dpk-kal偏差不大，那么偏心校正EXext的值基本上是相等的。
如果测量对象的外部直径与设定塞规的直径Dpk-kal偏差很大，EXext可以通过简单的几何方法进行校正，二维扫描仪测量出被测对象的外部直径Dext-meet，因此被测对象的实际外部直径可以通过偏心偏差进行校正：
Dext＝Dext-meet+EXext(公式4)
实施例3：精确测量装置对圆锥螺纹塞规的测量
当测量对象是圆锥螺纹塞规或锥形螺纹环规时，偏心率不再恒定，是要取决于螺纹的锥度与螺距，这将会通过一个圆锥螺纹塞规与符合图8和9的V支撑来测量证明。
如图10是一个带有外部量规锥度Tmm/mm和螺距p的锥形螺纹塞规的示意图。
在该示意图中，只有轮廓顶部的螺旋线被绘制并只有轮廓顶部与定心平面28接触，塞规被放置在上述带V平面的支撑上，两个定心平面28之间的角度是β。
在二维扫描仪上测量锥形量规，表面侧31是决定外径、内径与中径的平面量规32的轴向定位的参照面，圆锥螺纹塞规的表面侧31被压在支撑上，塞规的中心线会与二维扫描仪的X轴平行，因此没有空气间隙；当表面侧31被压在支撑上时，塞规需要被移位到两个V平面上，轮廓顶部螺旋线分别与两个V平面上的A点和B点接触，其半径为R1与R2。
中心与切点A与B之间的角度∠AQB是α＝180°-β，
A与B轴向方向的距离是：AX＝p·α/360，
由于锥度Tmm/mm，R1和R2之间的长度差ΔR是：ΔR＝R1-R2＝AX·T/2；
圆柱量规的中心线位于中心平面25上，而圆锥螺纹塞规的中心ΔEX位于中心平面25的旁边，量规中心Q与两个V平面的中心平面25间的距离ΔEX也是设定塞规中心点的位置，得出：ΔEX＝AK-BL，即：
AK＝R1·sin(α/2)，
BL＝R2·sin(α/2)，
ΔEX＝(R1-R2)·sin(α/2)＝AX·T/2·sin(α/2)，
ΔEX＝p(180°-β)·T·sin((180°-β)/2)/720；
实施例4：精确测量装置对圆锥螺纹环规的测量
如图11～14所示，支撑上的扫描平面20对称放置两个支持锥33，支持锥的锥度与将被测量圆锥螺纹的标称锥度T一致。
两个支持锥满足以下条件：
1)锥度与将被测量圆锥螺纹的标称锥度T一致；
2)两个支持锥呈镜面对称，其中镜平面平行地相对于扫描探针移动的扫描平面；
3)两个支持锥的中心线垂直于支撑，锥形量规的中心线将通过此被平行定向于测量仪器的X轴；
4)螺纹的不同锥度已被标准化，每个锥度每次都需要一些相关的支持锥；
5)支持锥体会被截断；
6)支持锥具有一个同心平行的圆柱形部分35，以便能够对校对规校准中的校对规进行准确定心。
另外，校准设定塞规27的偏心必须与圆锥螺纹塞规30的偏心一致，通过附靠在支撑上的两个支持锥33的平行圆柱形部分35来实现，平行圆柱形部分35的中心线相对于支持锥33的中心线准确同心。

Claims (2)

1.一种精确测量大中牙径的装置，包括机架、外壳面板、传导垂直轴精度柱和控制器，其特征在于，所述外壳面板固定安装在机架顶端一侧，所述控制器活动安装在机架顶端另一侧，所述机架内纵向安装有前线性电子移位夹具、致动器垂直轴和后线性电子移位夹具，致动器垂直轴位于前线性电子移位夹具和后线性电子移位夹具中间，前线性电子移位夹具和后线性电子移位夹具的输出端伸入外壳面板内部，致动器垂直轴上端连接有穿过机架顶端的驱动器垂直轴主轴，所述传导垂直轴精度柱的两端安装在前线性电子移位夹具和后线性电子移位夹具的输出端，驱动器垂直轴主轴安装在传导垂直轴精度柱下端中间，所述传导垂直轴精度柱顶端安装有传导水平轴精度块，传导水平轴精度块上安装有水平线性电子移位夹具、测量力调整***、驱动器水平轴主轴、扫描臂和电子探头，所述驱动器水平轴主轴上连接有穿过外壳面板的致动器水平轴，所述扫描臂末端安装有双面扫描探头，与控制器同侧的外壳面板上固定安装有量规夹具支撑，量规夹具支撑上活动安装有可替换量规夹具，可替换量规夹具上放置有被校准量规，所述控制器上安装有与扫面臂对应的推动器。
2.一种如权利要求1所述的精确测量大中牙径的装置的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将具有准确校准直径的设定量规居中夹紧在可替换量规夹具的支撑上，扫描探针在设定量规的孔的上侧和下侧进行一定长度的扫描，以确定设定量规的直径；
(2)将被校准量规夹紧在可替换量规夹具上，且被校准量规的中心定位在可替换量规夹具的孔上，使得被校准量规的孔的中心线与扫描探针形成的扫描平面平行相对，扫描探针在被校准量规的孔的上侧和下侧进行一定长度的扫描，以确定被校准量规的直径；
(3)将设定量规与被校准量规的直径进行精确计算即可。
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