CN113532241B - 一种测量量具及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测量量具及测量方法，用于测量待测工件的球面孔深误差，所述量具包括百分表、测量轴和测量块，测量轴的一端与百分表的量杆同轴连接，测量轴的另一端设置有与测量轴的中心轴垂直的第一测量面，第一测量面为圆形；测量块设置在百分表的表体底部，测量轴和百分表的量杆均沿测量轴的中心轴方向滑动设置在测量块内，测量块远离百分表的一侧具有与测量轴的中心轴垂直的第二测量面。该量具通过测量待测工件的顶面至球面孔与测量轴接触位置的高度来间接的获得待测工件球面孔深误差，该量具的结构简单，成本低廉，且可以适用于单规格、大批量的具有球面孔的工件的误差测量。

Description

一种测量量具及测量方法

技术领域

本发明属于机加工工件测量技术领域，具体涉及一种测量量具及测量方法。

背景技术

检测量具可以检测机加工工件的尺寸以及误差等数据，在机加工中，很多工件要加工内球面孔。对于含有内球面孔的工件，球面孔深的检测很重要。

在实验室检测中，对于含有圆弧表面的工件，测量通常采用三坐标检测法，但三坐标检测法依托的设备非常昂贵，不但需要恒温恒湿环境下保存，而且检测速度很慢，操作要求很高，还需要三维建模等，测量精度还不一定高，而且只能用于成品检测，对于将其用于在车间的生产过程中工件的检测，是完全不现实的。而对于单规格、批量制造而言尺寸变化较小，每加工完毕一批试样后及时检测非常重要，而目前测深孔壁厚卡尺、单脚深度千分尺和特殊用途的内径量规等测量用具都无法满足要求，能满足要求的三坐标检测法无法及时快速反馈结果。

因此，亟需一种对球面孔深检测效率高，且误差检测精度高的检测量具。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种检测量具及检测方法，同时兼具检测效率高，球面孔深误差检测精度高的优点。

本发明的技术方案为：

一方面，本发明提供了一种测量量具，用于测量待测工件的球面孔深误差，所述量具包括：

百分表；

测量轴，所述测量轴的一端与所述百分表的量杆同轴连接，所述测量轴的另一端设置有与所述测量轴的中心轴垂直的第一测量面，所述第一测量面为圆形；

测量块，所述测量块设置在所述百分表的表体底部，所述测量轴和所述百分表的量杆均沿所述测量轴的中心轴方向滑动设置在所述测量块内，所述测量块远离所述百分表的一侧具有与所述测量轴的中心轴垂直的第二测量面。

进一步地，所述测量块沿所述测量轴的中心轴方向可滑动地设置在所述百分表的表体底部。

进一步地，所述测量块的外周上设置有固定孔，所述固定孔内设置有螺钉，所述百分表的底部固定设置有套筒，所述量杆可滑动地穿过所述套筒，所述螺钉可操作地与所述百分表的套筒压紧或离开。

进一步地，所述测量轴的一端通过焊接与所述百分表的量杆连接。

进一步地，所述量具还包括对表块，所述对表块的高度可操作性地升高或降低。

进一步地，所述对表块的高度H₁与所述圆形的直径d满足如下关系：

H₁＝Hz-[R-(R²-(d/2)²)^1/2]

其中，R为所述球面孔的球面设计半径，Hz为所述球面孔深的设计深度。

进一步地，所述对表块的上端面和下端面的Ra均不超过0.8μm。

另一方面，本发明实施例提供了一种测量方法，采用上述的测量量具进行，所述方法包括，

根据所述测量轴的第一测量面的直径、所述待测工件的球面孔深的设计深度以及所述待测工件的球面孔的球面设计半径，获得理论距离；

沿着所述测量轴的中心轴方向调整所述测量块的位置，使所述测量轴的第一测量面与所述测量块的第二测量面之间的距离为所述理论距离；

将所述第一测量面与所述第二测量面之间的距离为所述理论距离的测量轴竖直放入所述待测工件的球面孔中，所述测量轴和所述量杆沿所述测量轴的中心轴方向滑动，以使所述测量块的第二测量面在所述待测工件的顶面上，且所述第一测量面在所述待测工件的球面孔的孔壁上，读取所述百分表，获得球面孔深误差。

进一步地，所述根据所述测量轴的第一测量面的直径、所述待测工件的球面孔深的设计深度以及所述待测工件的球面孔的球面设计半径，获得理论距离，包括，

所述根据所述测量轴的第一测量面的直径、所述待测工件的球面孔深的设计深度以及所述待测工件的球面孔的设计半径，获得理论距离，

调整所述对表块的高度，使其高度为所述理论距离；

通过具有所述理论距离高度的对表块，对所述百分表调零。

进一步地，所述根据所述测量轴的第一测量面的直径、所述待测工件的球面孔深的设计深度以及所述待测工件的球面孔的球面设计半径，获得理论距离，具体为，

将所述测量轴的第一测量面的直径、所述待测工件的球面孔深的设计深度以及所述待测工件的球面孔的球面设计半径代入公式Hz-[R-(R²-(d/2)²)^1/2]中，获得理论距离，

其中，R为所述球面孔的球面设计半径，Hz为所述球面孔深的设计深度。

本发明的有益效果至少包括：

本发明所提供的一种测量量具及测量方法，用于测量待测工件的球面孔深误差，该量具包括百分表、测量轴、测量块和对表块，其中测量轴的一端与百分表的量杆同轴连接，测量轴的另一端设置有与测量轴的中心轴垂直的第一测量面，且第一测量面为圆形，测量块沿测量轴的中心轴方向可滑动地设置在百分表的表体底部，测量轴和百分表的量杆均沿测量轴的中心轴方向滑动设置在测量块内，测量块远离百分表的一侧具有与测量轴的中心轴垂直的第二测量面。先根据球面孔深的设计深度、球面孔的设计半径以及第一测量面的圆形直径计算出测量轴的第一测量面与测量块的第二测量面之间的理论距离，然后通过调整测量轴的第二测量面的位置，使得第一测量面和第二测量面之间的实际距离为理论距离，然后将测量轴放入待测工件的球面孔中，如果球面孔深的实际深度大于设计深度，此时第二测量面与待测工件的顶面接触，第一测量面的圆周与球面孔无法接触，那么手动压下量杆，百分表的量杆会产生微小的下降，该微小的下降会使得百分表的指针产生变化，读取数据，就可以获得待测工件球面孔深误差；当球面孔深的实际深度小于设计深度时，第一测量面的圆周与球面孔接触，第二测量面与待测工件的顶面有间隙，此时手动压下百分表的表体，测量轴会沿着测量轴的中心轴方向向上运动，测量轴的向上运动会推动量杆向上运动，从而使得百分表的指针产生变化，读取数据，就可以获得待测工件球面孔深误差；当球面孔深的实际深度等于设计深度时，第一测量面与球面孔接触，且第二测量面与待测工件的顶面接触，测量轴不变化，无误差。该量具通过测量待测工件的顶面至球面孔与测量轴的第一测量面高度来间接的获得待测工件球面孔深误差，由于所测量的高度与球面孔的深度差距不大，因此测量结果非常接近实际的检测结果；该量具的结构简单，成本低廉，且可以适用于单规格、大批量的具有球面孔的工件的误差测量。

附图说明

图1为本实施例提供的一种测量量具测量待测工件的球面孔孔深误差时的结构示意图；

图2为对表块的结构示意图；

图3为计算原理图。

附图标记说明：1-百分表，2-套筒，3-螺钉，4-测量块，401-第二测量面，5-测量轴，501-第一测量面，6-对表块，7-待测工件。

具体实施方式

为了使本申请所属技术领域中的技术人员更清楚地理解本申请，下面结合附图，通过具体实施例对本申请技术方案作详细描述。

图1为本实施例提供的一种测量量具测量待测工件的球面孔孔深误差时的结构示意图，图2为对表块的结构示意图，图3为计算原理图，结合图1和图2，一方面，本发明实施例提供了一种测量量具，用于测量待测工件的球面孔深误差，该量具包括百分表1、测量轴5以及测量块4。

其中，测量轴5的一端与百分表1的量杆同轴连接，测量轴5的另一端设置有与测量轴5的中心轴垂直的第一测量面501，第一测量面501为圆形；测量轴5沿测量轴5的中心轴方向滑动设置有测量块4，测量块4远离百分表1的一侧具有与测量轴5的中心轴垂直的第二测量面401。

先根据球面孔深的设计深度、球面孔的设计半径以及第一测量面501的圆形直径计算出测量轴5的第一测量面501与测量块4的第二测量面401之间的理论距离，然后通过调整测量块4在测量轴5上的高度，使得第一测量面501和第二测量面401之间的实际距离为理论距离，然后将测量轴5放入待测工件7的球面孔中，如果球面孔深的实际深度大于设计深度，此时第二测量面401与待测工件7的顶面接触，第一测量面501的圆周与球面孔无法接触，那么压下量杆，百分表1的量杆会产生微小的下降，该微小的下降会使得百分表的指针产生变化，读取数据，就可以获得待测工件7球面孔深误差；当球面孔深的实际深度小于设计深度时，第一测量面501的圆周与球面孔接触，第二测量面401与待测工件7的顶面有间隙，此时压下百分表的表体，测量轴5会沿着测量轴5的中心轴方向向上运动，测量轴的向上运动会推动量杆向上运动，从而使得百分表1的指针产生变化，读取数据，就可以获得待测工件7球面孔深误差；当球面孔深的实际深度等于设计深度时，第一测量面501与球面孔接触，且第二测量面401与待测工件7的顶面接触，测量轴5不变化，无误差。该量具通过测量待测工件的顶面至球面孔与测量轴接触位置的高度来间接的获得待测工件球面孔深误差，该量具的结构简单，成本低廉，且可以适用于单规格、大批量的具有球面孔的工件的误差测量。

上述所述待测工件7的球面孔可以是靠近待测工件7端面部分为圆柱形，圆柱形的底端连通有一个半球，半球的半径与圆柱形的半径可以相同，也可以不同。百分表1是利用精密齿条齿轮机构制成的表式通用长度测量工具，可以包括表体、量杆、套筒、复位弹簧、齿条、齿轮、游丝、圆表盘及指针，其工作原理是将被测工件的尺寸变化引起的量杆的微小直线移动，经过齿轮传动放大，变为指针在刻度盘上的转动，从而读出被测工件的尺寸大小。实际测量中，百分表内因为设置有复位弹簧，因此，在零位时，百分表的量杆与表体之间处于平衡状态，量杆既不伸长也不回缩，可以通过手动，弹簧处于压缩或伸长状态，使得量杆与表体之间产生沿量杆轴向的相对运动，从而使指针发生转动，显示误差。

进一步地，结合图1，测量块4沿测量轴5的中心轴方向可滑动地设置在百分表1的表体底部，这样测量块4的位置变化，可以使得第二测量面401的高度沿测量轴5的中心轴方向变化，从而使得第一测量面501和第二测量面401之间的距离可调，以适应不同球面孔设计深度的待测工件7。

具体地，测量块4可以沿测量轴5的中心轴方向可滑动地设置在套筒2上，更具体地，测量块4的外周上可以设置一个固定孔，固定孔内设置有螺钉3，螺钉3可操作地与百分表1的套筒2压紧或离开，当需要调整测量块4的在测量轴5中心轴方向的位置时，松开螺钉3，将测量块4移动至需要的位置时，将螺钉3拧紧，以固定测量块4。

具体地，测量轴5的一端通过焊接与百分表1的量杆连接，当然也可以选用其他连接方式，在此不作具体限定。

优选地，在本实施例中，结合图1，圆形的圆心可以与测量轴5的中心轴相交。

为了提高不同球面孔深度的待测工件7的测量效率，结合图2，在本实施例中，量具还可以包括对表块6，对表块6的高度可操作性地升高或降低。对表块6可以采用在其顶面或底部添加钢板来升高或降低其高度，钢板的厚度为1mm，这样可以使得对表块6的高度连续变化，当需要测量另一个深度的待测工件7的球面孔深时，先通过添加或者减少钢板来调整对表块6的高度至理论距离，然后将量具的第一测量面与对表块6放置在同一平面上，调整测量块4的位置使第二测量面与对表块6的顶面接触，这样就可以快速的对百分表1调零，然后进行球面孔深误差测量。

具体地，结合图3，对表块6的高度H₁与圆形的直径d满足如下关系：

H₁＝Hz-[R-(R²-(d/2)²)^1/2]

其中，R为球面孔的球面设计半径，Hz为球面孔深的设计深度。

为了提高测量精度，在本实施例中，对表块6的上端面和下端面的Ra均不超过0.8μm。

另一方面，本发明实施例还提供了一种测量方法，采用上述的测量量具进行，该方法包括，

S1，根据所述测量轴5的第一测量面501的直径、所述待测工件7的球面孔深的设计深度以及所述待测工件7的球面孔的球面设计半径，获得理论距离；

上述的根据所述测量轴的第一测量面的直径、所述待测工件的球面孔深的设计深度以及所述待测工件的球面孔的球面设计半径，获得理论距离，可以包括，

S101，所述根据所述测量轴5的第一测量面501的直径、所述待测工件7的球面孔深的设计深度以及所述待测工件7的球面孔的设计半径，获得理论距离；

具体地，上述理论距离可以通过下方的方式实现：

结合图1，将测量轴的第一测量面501的直径、待测工件7的球面孔深的设计深度以及待测工件7的球面孔的球面设计半径代入公式Hz-[R-(R²-(d/2)²)^1/2]中，获得理论距离，

其中，R为所述球面孔的球面设计半径，Hz为所述球面孔深的设计深度。

S102，调整所述对表块6的高度，使其高度为所述理论距离；

S103，通过具有所述理论距离高度的对表块6，对所述百分表调零。

这样可以使该量具快速的测量不同球面孔深度的待测工件7。

S2，沿着所述测量轴5的中心轴方向调整所述测量块4的位置，使所述测量轴5的第一测量面501与所述测量块4的第二测量面401之间的距离为所述理论距离；

S3，将所述第一测量面501与所述第二测量面401之间的距离为所述理论距离的测量轴5竖直放入所述待测工件7的球面孔中，测量轴5和量杆沿测量轴5的中心轴方向滑动，以使测量块4的第二测量面401在待测工件7的顶面上，且第一测量面501在待测工件7的球面孔壁上，读取百分表1，获得球面孔深误差。

如果球面孔深的实际深度大于设计深度，此时第二测量面401与待测工件7的顶面接触，第一测量面501的圆周与球面孔无法接触，手动压下量杆，百分表1的量杆会产生微小的下降，该微小的下降会使得百分表的指针产生变化，读取数据，就可以获得待测工件7球面孔深误差；当球面孔深的实际深度小于设计深度时，第一测量面501的圆周与球面孔接触，第二测量面401与待测工件7的顶面有间隙，手动压下百分表的表体，测量轴5会沿着测量轴5的中心轴方向向上运动，测量轴的向上运动会推动量杆向上运动，从而使得百分表1的指针产生变化，读取数据，就可以获得待测工件7球面孔深误差；当球面孔深的实际深度等于设计深度时，第一测量面501与球面孔接触，且第二测量面401与待测工件7的顶面接触，测量轴5不变化，无误差。

待测工件7的球面孔深测量时，待测工件7的顶面是一个平面，球面孔的中心轴与待测工件7的顶面可以垂直，球面孔的中心轴应竖直设置。

下面提供一个具体的实施例来说明本发明的技术方案：

1、测量轴5的底部半径d＝10mm，球孔的设计半径R＝OB＝11.2mm，待测工件的球面孔设计深度为Hz＝31.13mm。

2、根据公式H₁＝H_Z-[R-(R2-(d/2)²)^1/2]，计算H₁＝29.95mm。

3、调整对表块6的高度至29.95mm，公差±0.005mm。

4、用对表块6对表，并把百分表1的指针调“0”。

5、把量具的测量轴5放进待测工件的球面孔中。

6、观察百分表1的表针的摆动范围，表针在公差范围±0.05内摆动时，则说明孔深H＝31.13mm±0.05mm合格。

本发明提供的量具通过测量待测工件的顶面至球面孔与测量轴接触位置的高度来间接的获得待测工件球面孔深误差，，由于所测量的高度与球面孔的深度差距不大，因此测量结果非常接近实际的检测结果，该量具的结构简单，成本低廉，且可以适用于单规格、大批量的具有球面孔的工件的误差测量。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的普通技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.一种测量方法，采用测量量具进行，用于测量待测工件的球面孔深误差，其特征在于，所述量具由如下结构组成：

百分表；

测量轴，所述测量轴的一端与所述百分表的量杆同轴连接，所述测量轴的另一端设置有与所述测量轴的中心轴垂直的第一测量面，所述第一测量面为圆形；

测量块，所述测量块设置在所述百分表的表体底部，所述测量轴和所述百分表的量杆均沿所述测量轴的中心轴方向滑动设置在所述测量块内，所述测量块远离所述百分表的一侧具有与所述测量轴的中心轴垂直的第二测量面；

所述量具还包括对表块，所述对表块的高度可操作性地升高或降低；所述对表块的高度H1与所述圆形的直径d满足如下关系：H₁＝Hz-[R-(R²-(d/2)²)^1/2]，其中，R为所述球面孔的球面设计半径，Hz为所述球面孔深的设计深度；

所述方法包括：

根据所述测量轴的第一测量面的直径、所述待测工件的球面孔深的设计深度以及所述待测工件的球面孔的球面设计半径，获得理论距离；具体包括：所述根据所述测量轴的第一测量面的直径、所述待测工件的球面孔深的设计深度以及所述待测工件的球面孔的设计半径，获得理论距离；调整所述对表块的高度，使其高度为所述理论距离；通过具有所述理论距离高度的对表块，对所述百分表调零；

沿着所述测量轴的中心轴方向调整所述测量块的位置，使所述测量轴的第一测量面与所述测量块的第二测量面之间的距离为所述理论距离；

将所述第一测量面与所述第二测量面之间的距离为所述理论距离的测量轴竖直放入所述待测工件的球面孔中，所述测量轴和所述量杆沿所述测量轴的中心轴方向滑动，以使所述测量块的第二测量面在所述待测工件的顶面上，且所述第一测量面在所述待测工件的球面孔的孔壁上，读取所述百分表，获得球面孔深误差；

所述根据所述测量轴的第一测量面的直径、所述待测工件的球面孔深的设计深度以及所述待测工件的球面孔的球面设计半径，获得理论距离，具体为：

将所述测量轴的第一测量面的直径、所述待测工件的球面孔深的设计深度以及所述待测工件的球面孔的球面设计半径代入公式Hz-[R-(R²-(d/2)²)^1/2]中，获得理论距离，

其中，R为所述球面孔的球面设计半径，Hz为所述球面孔深的设计深度。

2.根据权利要求1所述的一种测量方法，其特征在于，所述测量块沿所述测量轴的中心轴方向可滑动地设置在所述百分表的表体底部。

3.根据权利要求2所述的一种测量方法，其特征在于，所述测量块的外周上设置有固定孔，所述固定孔内设置有螺钉，所述百分表的一侧固定设置有套筒，所述量杆可滑动地穿过所述套筒，所述螺钉可操作地与所述百分表的套筒压紧或离开。

4.根据权利要求1所述的一种测量方法，其特征在于，所述测量轴的一端通过焊接与所述百分表的量杆连接。

5.根据权利要求1所述的一种测量方法，其特征在于，所述对表块的上端面和下端面的Ra均不超过0.8μm。