CN2116883U - 大尺寸多功能检测仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种采用“弦长弓高”间接测量 法的多功能检测仪。用于检测大尺寸工件外径、内 径、内球径、圆弧半径、圆度以及设备维修中平面度、 直线度、弧形轮廓度。它由指示表、导管、弓形架、活 动测头、固定测头组成。特点是导管固定在弓形架中 心孔，其轴心线垂直平分弓形架的弦长。指示表固定 在导管上端，活动测头固定在导管下端。固定测头安 装在弓形架两端。克服了现有2米以上大直径测量 器具笨重、易变形、操作不便、昂贵等弊端。

Description

一种用于检测大尺寸工件外径、内径、内球径、园弧半径、园度以及设备维修中平面度、直线度、弧形轮廓度的多功能检测仪，属机械检测计量器具技术领域。

已有技术中尚无2000mm以上万能量具。2000mm以上尺寸的卡规和量杆为一次性量具，又只能用于端部位置的检测。且笨重、易变形，需多人配合操作，测量不方便，受测量环境和条件所引起的误差大，易出质量安全事故。外形大，占用面积大，难运输、保管。测量面磨损快、修理难度大，检定修理费高，价格昂贵。

本实用新型提供一种采用“弦长弓高”间接测量法的多功能检测仪，以克服上述大直径直接测量法存在的弊端。

它由指示表［1］、导管［3］、弓形架［5］、活动测头［6］、球形固定测头［7］组成，其特点是导管［3］固定在弓形架中心孔，其轴心线垂直平分弓形架的弦长。指示表固定在导管上端。活动测头固定在导管下端，两轴心线重合。导管内装有顶杆、弹簧，将活动测头上、下移动量传递到指示表测头。球形固定测头［8］安装在弓形架两端。

指示表为千分表或测微计、扭簧比较仪。弓形架的制造精度要求弦长L^＋0.08 _＋0.02。球形固定测头d^－0.0005 _－0.001，弓形架的孔与导管为 (H7)/(g6) 配合。导管轴心线垂直平分弦长允差为0.01。

图1、为检测仪结构示意图。

图2、为测量内径D的工作原理图。

图3、为测量外径D的工作原理图。

图4、为测量内径零位校对示意图。

图5、为测量外径零位校对示意图。

图6、园度检测示意图。

本实用新型的工作原理是：根据已知的弦长L（两固定测头直径d中心点间的距离），弓高H（检测仪校准零位的块规）、固定测头直径d（钢球）按它们与直径的函数关系计算直径D。

D＝ (L²)/(4H) ＋H＋d……（1）

内径

D＝ (L²)/(4H) ＋H－d……（2）

外径

考虑到L、H、d有误差，可以算出函数D的误差。

δD＝（ (аf)/(аd) ）δL＋（ (аf)/(аd) ）δH＋（ (аf)/(аd) ）δd……（3）

(аf)/(аL) ＝ (2L)/(4H) ……（4）

(аf)/(аH) ＝1－ (L²)/(4H) ……（5）

(аf)/(аd) ＝±1（内径为＋，外径为－）……（6）

D的极限测量误差或最大不确定度为：

$\mathrm{\δ}1\mathrm{imD}=\±\sqrt{{\left(\frac{\∂f}{\∂l}\right)}^2{\mathrm{\δ}1}^{\∂}\mathrm{imL}+{\left(\frac{\∂f}{\∂H}\right)}^2{\mathrm{\δ}1}^{\∂}\mathrm{imH}+{\left(\frac{\∂f}{\∂d}\right)}^2{\mathrm{\δ}1}^{\∂}\mathrm{imd}}$ ……（7）

其中δlimL、δlimH、δlimd为所用工卡量具制造极限误差，由于大尺寸工件允许公差大，当计算D的测量值在图纸允许公差中值左右，一般可以不计算δlimD。

根据误差理论，函数***误差是可以进行修正或采取某种方法加以消除减小到最低限度。即通过改变弓高H（仪器零位的校准量块）来减小直径D的测量误差，以符合图纸设计要求。

本实用新型的使用方法及步骤为：

①计算弓高H

根据本实用新型已知的L、d及被测工件图纸要求的公称尺寸D从图［2］、图［3］得：

测内径时 $H=\frac{(D-d)-\sqrt{{(D-d)}^2-L^2}}{2}---\left(7\right)$

测外径时 $H=\frac{(D+d)-\sqrt{{(D+d)}^2-L^2}}{2}---\left(8\right)$

②计算直径D

根据公式［1］或［2］计算D

③计算D的误差

根据公式［3］、［4］、［5］、［6］、［7］计算

④计算D的间接的测量值

Do＝（D＋δD）±δlimD……（9）

⑤校核比较Do是否符合图纸要求的公差。当不符合图纸要求时就调整弓高及其误差。

⑥根据调整后的弓高误差重新计算δD

⑦重新计算D的间接测量值，直到公差符合图纸要求。

⑧用调整后的H值的量块校准检测仪的零位。

⑨用本检测仪进行实际测量。当指示表指针指零位时工件就合格。当指针不在零位时就应根据公式［3］计算δD、公式［9］计算D。

本实用新型有如下不同规格的系列产品：

1、弦长L＝100，固定测头d＝5，用于扇形蜗轮外、园弧半径、内球径、园度以及设备维修中平面度、直线度、弧形轮廓度的检测即时提供数据。

2、弦长L＝200，固定测头d＝10，用于1000～3200mm尺寸的检测。

3、弦长L＝400，固定测头d＝10，用于1000～8000mm尺寸的检测。

本实用新型的突出效果是：

①为用“弦长弓高法”间接测量的实际应用提供了量具，可改变现时2000mm以上尺寸无万能量具的状况。

②可以大幅度降低2000mm以上尺寸的量具制造费用。本实用新型的成本仅为检测同样大尺寸的千分尺，游标卡的1／4。

③克服了大尺寸量具体形大笨重、易变形、难保管、测量难度大、使用不方便等弊病。可供生产工人现场检测、使用，从而提高了生产效率，提高了加工质量。

应用举例：

例：1.φ3950H₈ ^＋0.41 ₀基准孔的测量

设检测仪L＝400mm    δL＝＋20um

d＝10mm    δd＝－5um

①计算弓高

根据公式 $\left[7\right]H=\frac{(D-d)-\sqrt{{(D-d)}^2-L^2}}{2}=\frac{(3950-10)-\sqrt{{(3950-10)}^2-{400}^2}}{2}$

＝10.1786

②计算直径D

根据公式［1］ D＝ (L²)/(4H) ＋H＋d＝ (400²)/(4×(10.1786)) ＋10.1786＋10

＝3949.9921

③计算D的误差

已知δL＝＋20um，δd＝－5um，δH＝－0.6um时

根据公式［3］～［7］得

(аf)/(аL) ＝ 1/(4H) ×2L＝ (2×400)/(4×（10.1786）) ＝19.65

(аf)/(аH) ＝1－ (L²)/(4H²) ＝1－ (400²)/(4×(10.1786)²) ＝－386.131

(аf)/(аd) ＝＋1

δD＝（ (аf)/(аL) ）δL＋（ (аf)/(аH) ）δH＋（ (аf)/(аd) ）δd

＝（19.65×20）＋（－386.131）×（－0.6）＋（＋1）（－5）

＝619.679um

④计算D的间接测量值

根据公式［9］，得

Do＝3949.9921＋0.619679≈3950^＋0.61

⑤校核比较Do，比图纸设计要求超差＋0.20，从第［3］步运算中可以看出，当加大H的尺寸，δH为正误差时δD可减小。设改H＝＋0.4um（即H＝10.179）

⑥重新计算δD

δD＝（19.65×20）＋（－386.131）（0.4）－5

≈233.55um

⑦重新计算D的间接测量值

Do＝D＋δD

＝3949.9921＋0.23355

＝3950^＋0.23（在图纸允许公差中值左右可不计算limD）

经过修正直径为3950^＋0.23在允许公差中值左右，符合图纸要求，弓高H＝10.179的量块为检测仪零位校对量块。

⑧检测仪的零位校对

在o级平板上进行校对，前后摆动检测仪，调整指示表面盘刻度零位线与指示表指针的折转点相重合时为零位校准。（与内径百分表校对零位方法相同）（图4）

⑨进行实际测量

见图5，当指示表活动测头与工件接触时，指示表指针与零位线重合，其测量结果D为3950^＋0.23。

当指示表活动测头处于上升状态指针偏零位一个分度值（千分表0.001）时计算：

δD＝（19.65×20）＋（－398.131）（0.4＋1）＋5

＝－142.5834um

测量结果Do＝3949.9921－0.1425834

＝3950^－0.13

即弓高增加1um直径减小0.37um。

当测头处于下降状态偏零位一个分度值（0.001）计算：

δD＝（19，65×20）＋（－386.131）（0.4－1）＋5

＝629.679um

测量结果Do＝3949.9921＋0.629679

＝3950^＋0.62

即弓高减小1um，直径增加0.38um

例2、φ3950h₈－⁰ _0.41基准轴的测量

设检测仪为L＝400^＋0.02d＝φ10^－0.005

1、计算弓高H

根据公式［8］得：

$H=\frac{(3950+10)-\sqrt{{(3950+10)}^2-{400}^2}}{2}$

＝10.12695

2、计算D

根据公式［2］ D＝ (L2)/(4H) ＋H－d＝ (400²)/(4×（10.12695)) ＋10.12695－10

＝3949.9834

3、计算D的误差

(аf)/(аL) ＝ (f)/(4H) ＝ 800/(4×（10.12695）) ＝19.75

(аf)/(аH) ＝1－ (L²)/(4H²) ＝1－ (400²)/(4×（10.12695）) ＝－389.04944

(аf)/(аd) ＝－1

设已知δL＝＋20um，δd＝－5um，δH＝＋0.05um（即H＝10.127）

δD＝（19.75×20）＋（－389.04944）×（＋0.05）＋（－1）（－5）

＝395－19.4525＋5＝380.5475um

4、计算间接测量结果

Do＝3949.9834＋0.3805475

≈3950^＋0.364

5、当L＝400^＋0.02H＝10.12695^＋0.00005d＝10^－0.005时直径D超差0.36。进行修正，改用H＝＋1.55um即H＝10.1285量块。

6、重新计算D＝（19.75×20）＋（－389.04944）（1.55）＋（－1）（－5）

＝－203.02663um

7、重新计算间接测量结果

Do＝3949.9834＋（－0.20302663）

≈3050^－0.22

在允许公差中值左右，符合图纸要求，用H＝10.1285量块按图5校零位，进行实际测量。

例3、园度检测

检测例2轴的园度（图6）。检测方法是在－X——＋X或－Y——＋Y座标位置上测量，当指示表指针与零位线重合则直径相等，若偏零位则不等，当指示表测头处于上升状态偏零位0.1um即弓高H＝10.1285＋0.001＝10.1286

δD＝（19.75×20）＋（－389.04944）（1.55＋0.1）＋5

＝－241.9315um

测量结果Do＝3949.9834－0.241935

＝3950^－0.28

－0.28－（－0.22）＝－0.06mm即小0.06mm

表1、为检测仪检测孔径，计算测量误差应用举例，供参考。表上计算结果，是计算了测量极限误差，使Do有两个值。

实际应用本测量仪时，应具有［1］o级平板；［2］46块组4等量块。即应具有1.001、1.002……1.009量块；［3］当一时不能研合成所需量块尺寸时，可用近似值量块校对零位后，再由指示表来调整。如指示表分度值为0.0005则校准零位后，在测处上升状态方向加一格，则为H加了一个0.005。反之，则减小了一个0.0005。

Claims (3)

1、一种用于大尺寸工件外径、内径、内球径、园弧半径、园度以及设备维修中平面度、直线度、弧形轮廓度的多功能检测仪，由指示表[1]、导管[3]、弓形架[5]、活动测头[6]、球形固定测头[7]组成，其特征是，导管[3]固定在弓形架[5]中心孔，其轴心线垂直平分弓形架的弦长，指示表[1]固定在导管[3]上端，活动测头[6]固定在导管[3]下端，两轴心线重合，导管内装有顶杆、弹簧，球形固定测头[7]安装在弓形架[5]两端。

2、根据权利要求1所述的多功能检测仪其特征是弓形架的制造精度要求弦长L^＋0.08 _＋0.02球形固定测头d^－0.0005 _－0.001，弓形架的孔与导管［3］为 (H7)/(g6) 配合，导管轴心线垂直平分弦长允差为0.01。

3、根据权利要求1、2所述的多功能检测仪，其特征是指示表［1］为千分表或测微计、扭簧比较仪。

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