CN102944208B - 基于包络轮廓的螺纹综合作用边界测量的测头机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于包络轮廓的螺纹综合作用边界测量的测头机构,包括测头固定端和测头运动端，所述测头固定端和测头运动端通过滑块导轨副连接，所述滑块导轨副的导轨与所述测头固定端固定连接，所述滑块导轨副的滑块与所述测头运动端固定连接。本发明测量的是螺纹的综合作用尺寸，包括倾斜和垂直位移；测量出的数据评判标准是基于包络轮廓的；水平运动是通过滑块导轨副和两支弹簧实现的；垂直运动是通过两套片簧机构实现的；螺纹测端的倾斜是通过钢球与V型槽的相切配合实现的。这种结构既能有效实现测量所需的所有运动，且系统刚度高，精度稳定性好，能很好地满足新型的测量任务。

Description

基于包络轮廓的螺纹综合作用边界测量的测头机构

技术领域

   本发明涉及精密测试仪器技术领域，特别涉及一种基于包络轮廓的螺纹综合作用边界测量的测头机构。

背景技术

螺纹联接是机械零部件常用的结合方法之一，伴随着汽车制造、工程机械、航空航天等产业的迅猛发展，螺纹联结作为精密机械重要的联结形式应用日益广泛。螺纹联接的质量对机械产品的综合质量、可靠性、使用寿命往往起着至关重要的作用，特别是随着空间技术和现代武器的发展，对于螺纹联接的精度提出了很高的要求。

目前常用的螺纹测量的方法主要有：轮廓扫描型测量、三坐标测量、激光三角法测量、机器视觉测量等。从螺纹生产工艺过程所产生的螺纹几何量误差种类和国家标准对螺纹参数的定义来看，上述螺纹测量方法和实用的仪器，大都存在一些瑕疵，主要表现在三个方面：

①采用局部测量或者单一截面的测量数据来表达原本定义在三维空间的螺纹参数；

②采用单一参数或者是由单一参数估算出的作用尺寸表达螺纹的综合质量状况；

③采用单截面测量数据，不能确定螺纹整体的实际轴线，轴线的定向和位置误差往往在装配时才得以发现，这对重大零件来说，损失巨大。

鉴于以上所提到的测量仪器的不足，发明一种能实现用三维的测量方法来测量螺纹的综合作用尺寸的仪器装置，以表现最真实的螺纹最终作用效果，弥补现有仪器的不足，就显得格外重要。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是现有螺纹测量仪器以单一截面表达三维螺纹参数，使用单一参数表达螺纹综合质量，以及测量方法本身不能确定螺纹整体实际轴线。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于包络轮廓的螺纹综合作用边界测量的测头机构,包括测头固定端和测头运动端，所述测头固定端和测头运动端通过滑块导轨副连接，所述滑块导轨副的导轨与所述测头固定端固定连接，所述滑块导轨副的滑块与所述测头运动端固定连接。其中所述测头固定端包括总体固定板和两个测微仪，所述两个测微仪对称固定在所述总体固定板两侧，所述两个测微仪的测头一端与所述测头运动端相接触，所述测头运动端包括运动端固定板、两套片簧组件、一支小测微仪和螺纹测端组件，所述运动端固定板与所述滑块导轨副的滑块固定连接，所述两套片簧组件上下对称固定在所述运动端固定板两侧，所述两套片簧组件的另一端分别与所述螺纹测端组件固定连接，所述小测微仪固定在所述运动端固定板的水平边一侧，并且其测头一端与所述螺纹测端组件相接触。

作为本发明的进一步改进，还包括片簧机构弹性连接组件，所述片簧机构弹性连接组件固定在所述总体固定板的水平中心轴线处，所述两个测微仪位于所述片簧机构弹性连接组件两侧，所述片簧机构弹性连接组件包括片簧机构连接筒、两支弹簧和弹簧调节旋转压块，所述片簧机构连接筒一端固定在所述总体固定板的水平中心轴线处，另一端悬空，所述两支弹簧依次套在所述片簧机构连接筒上，并在其末端设置有弹簧调节旋转压块，所述运动端固定板为L型，其竖直边套在所述片簧机构弹性连接组件的弹簧外侧，其水平边位于所述片簧机构弹性连接组件的下方，片簧机构中心连接块固定在所述运动端固定板的水平边中间位置，并套在所述片簧机构连接筒上，位于两支弹簧的中间位置。

作为本发明的优选技术方案，所述片簧组件包括一片薄而宽的片簧和四片片簧压片，所述四片片簧压片两两对称固定在所述片簧上。所述螺纹测端组件包括片簧连接固定块和旋转部分组件，所述旋转部分组件包括螺纹测端、螺纹测端固定板，所述两套片簧组件的另一端分别与所述片簧连接固定块固定连接，所述两个测微仪的测头一端与所述螺纹测端固定板相接触，所述小测微仪测头一端与所述片簧连接固定块底部相接触，所述片簧连接固定块通过两个支撑片簧和两个螺栓与所述螺纹测端固定板固定连接，所述螺纹测端固定板通过所述螺纹测端紧固螺栓与所述螺纹测端固定连接，在所述螺纹测端固定板前端中部对称设置有两个圆孔，在所述片簧连接固定块前端对应位置设置有两个V型槽，在所述圆孔和V型槽之间安装有钢球，所述钢球与所述圆孔过盈配合，并与所述V型槽相切接触，并且所述螺纹测端为与被测螺纹相啮合的多齿结构。所述测微仪通过两个固定块固定在所述总体固定板上。

   本发明的基于包络轮廓的螺纹综合作用边界测量的测头机构,滑块导轨副限制测头运动端只能进行水平方向上的运动，经由套在片簧机构连接筒上对称压在片簧机构中心连接块两侧的两支弹簧在水平方向上保证测头运动端组件整体在水平方向上处于弹性平衡。测微仪可以直接测量测头运动端在水平方向上的位移以及转动角度。利用片簧机构在水平方向刚度保证的前提下，实现了螺纹测端组件在垂直方向上的小幅自由运动，并使用固定于运动端固定板上的小测微仪测量得到，同时由螺纹测端组件实现了螺纹测端以钢球为中心的自由旋转。片簧薄可实现弯曲，片簧宽可保证水平方向刚度，片簧与四片片簧压片连接后，两组片簧组件连接到运动端固定板和片簧连接固定块上形成了一组平行四杆机构，实现了螺纹测端组件在垂直方向上的运动。利用片簧在水平方向上的刚性和垂直方向上的柔性，实现螺纹测端组件在垂直方向的弹性运动。螺纹测端和螺纹测端固定板上的两个圆孔相互有一定的偏心，用螺纹测端紧固螺栓拧紧即可完成螺纹测端相对于螺纹测端固定板的定位和夹紧。用两个钢球将旋转部分组件和片簧连接固定块连接起来，并用由两个螺栓穿过的支撑簧片拉住旋转部分组件使其相互紧靠，实现了螺纹测端以钢球为中心旋转的功能。螺纹测端使用了多齿结构，其与被测螺纹相啮合测量所得到的数据是综合作用参数，与实际螺纹啮合最为接近。

本发明的基于包络轮廓的螺纹综合作用边界测量的测头机构,在测头固定端固定两支测微仪，与测头运动端的螺纹测端相接触测量其倾斜角度，并在测头运动端固定板上固定一支小测微仪用于测量螺纹测端组件的垂直方向位移。

本发明测量的是螺纹的综合作用尺寸，包括倾斜和垂直位移；测量出的数据评判标准是基于包络轮廓的；水平运动是通过滑块导轨副和两支弹簧实现的；垂直运动是通过两套片簧机构实现的；螺纹测端的倾斜是通过钢球与V型槽的相切配合实现的。这种结构既能有效实现测量所需的所有运动，且系统刚度高，精度稳定性好，能很好地满足新型的测量任务。

附图说明

   图1是本发明的主视图；

   图2是本发明的仰视图；

   其中，1-总体固定板，2-测微仪，3-滑块导轨副，4-片簧机构连接筒，5-弹簧，6-弹簧调节旋转压块，7-固定块，8-运动端固定板，9-片簧，10-片簧压片，11-片簧机构中心连接块，12-小测微仪，13-螺纹测端，14-片簧连接固定块，15-螺纹测端固定板，16-支撑片簧，17-螺栓，18-螺纹测端紧固螺栓，19-钢球。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选技术方案。

如图所示，本发明的基于包络轮廓的螺纹综合作用边界测量的测头机构,包括测头固定端和测头运动端，所述测头固定端和测头运动端通过滑块导轨副3连接，所述滑块导轨副3的导轨与所述测头固定端固定连接，所述滑块导轨副3的滑块与所述测头运动端固定连接。

其中，所述测头固定端包括总体固定板1和两个测微仪2，所述两个测微仪2对称固定在所述总体固定板1两侧，所述两个测微仪2的测头一端与所述测头运动端相接触，还包括片簧机构弹性连接组件，所述片簧机构弹性连接组件固定在所述总体固定板1的水平中心轴线处，所述两个测微仪2位于所述片簧机构弹性连接组件两侧，所述片簧机构弹性连接组件包括片簧机构连接筒4、两支弹簧5和弹簧调节旋转压块6，所述片簧机构连接筒4一端固定在所述总体固定板1的水平中心轴线处，另一端悬空，所述两支弹簧5依次套在所述片簧机构连接筒4上，并在其末端设置有弹簧调节旋转压块6，所述测头运动端包括运动端固定板8、两套片簧组件、一支小测微仪12和螺纹测端组件，所述运动端固定板8为L型，其竖直边套在所述片簧机构弹性连接组件的弹簧5外侧，其水平边位于所述片簧机构弹性连接组件的下方，片簧机构中心连接块11固定在所述运动端固定板8的水平边中间位置，并套在所述片簧机构连接筒4上，位于两支弹簧5的中间位置，所述运动端固定板8与所述滑块导轨副3的滑块固定连接，所述两套片簧组件上下对称固定在所述运动端固定板8两侧，所述两套片簧组件的另一端分别与所述螺纹测端组件固定连接，所述小测微仪12固定在所述运动端固定板8的水平边一侧，并且其测头一端与所述螺纹测端组件相接触，所述测微仪2通过两个固定块7固定在所述总体固定板1上。

所述片簧组件包括一片薄而宽的片簧9和四片片簧压片10，所述四片片簧压片10两两对称固定在所述片簧9上。所述螺纹测端组件包括片簧连接固定块14和旋转部分组件，所述旋转部分组件包括螺纹测端13、螺纹测端固定板15，所述两套片簧组件的另一端分别与所述片簧连接固定块14固定连接，所述两个测微仪2的测头一端与所述螺纹测端固定板15相接触，所述小测微仪12测头一端与所述片簧连接固定块14底部相接触，所述片簧连接固定块14通过两个支撑片簧16和两个螺栓17与所述螺纹测端固定板15固定连接，所述螺纹测端固定板15通过所述螺纹测端紧固螺栓18与所述螺纹测端13固定连接，在所述螺纹测端固定板15前端中部对称设置有两个圆孔，在所述片簧连接固定块14前端对应位置设置有两个V型槽，在所述圆孔和V型槽之间安装有钢球19，所述钢球19与所述圆孔过盈配合，并与所述V型槽相切接触，并且所述螺纹测端13为与被测螺纹相啮合的多齿结构。

本发明测头机构所采用的测量方法是：将测头机构的测端沿被测回转体工件直径方向贴合在被测螺纹表面，让被测工件绕螺纹轴线转动，同时测头机构根据导程和工件转角，精确上升或下降相应高度。由于螺纹测端与被测工件的螺纹完全啮合，通过测量螺纹测端的倾斜和垂直位移就能直接反应出被测螺纹各点的综合作用位置姿态参数，由数据处理得到螺纹的三维形貌特征。

本发明测头机构方案的特点是：用两支弹簧17将测头固定端和测头运动端弹性连接起来，实现了测头运动端在平衡位置两侧的运动；片簧机构运用平行四杆机构原理，在保证水平切向方向上足够刚度的基础上，实现了垂直方向上的运动；螺纹测端13采用多齿结构，此测端与被测螺纹啮合后测量得到的是综合作用参数，且最接近实际作用效果；采用三个测微仪来实现了包括螺纹倾角，被测工件直径以及测头垂直方向上的位移这三个参数的组合测量，并通过这三个参数即可得到包括齿形变化，螺纹升角变化，螺距变化，被测工件直径等多种因素所综合影响而最终导致的螺纹的综合位置姿态参数，综合描绘出了螺纹的实际作用形貌特征。

结构工作原理：本发明所示测头结构安装在测量仪横臂端部，被测回转体工件放置在转台上；测量前，横臂向前推动测头与被测工件的螺纹啮合，在弹簧的压力下，测头运动端受压向左运动，同时产生弹力，使螺纹测端向被测回转件螺纹压紧，由于片簧机构使得螺纹测端在垂直方向上可以小幅自由运动，因此螺纹测端在压力下可以和被测螺纹自动找正啮合；测量时，测头运动端相对于测头固定端有水平方向上的位移，垂直方向上的位移，以及以钢球为轴心的转动三种运动；设两支测微仪的测头端的位移值分别为δ ₁ 和δ ₂ ，且两测头端部之间在垂直方向上的距离为d，则螺纹测端在水平方向上的相对位移δ _x =（δ ₁ +δ ₂ ）/2，螺纹测端的倾角α=arctan（|δ ₁ -δ ₂ |/d），而测微仪则直接感应测头运动端在垂直方向上的位移δ _z 。这样，经过数据处理，由δ _x 可得到被测工件螺纹中径的变化，由δ _z 可得到被测螺纹螺距的变化，由α可得到螺纹齿形的变化；同时，测量仪横臂随着转台带动工件转动的角度变化而精确上升或下降相应高度，通过这样的精确联动可测量得到各个点处螺纹的综合作用位置姿态数据；再由测量仪一定量的数据采集汇总，可绘制出螺纹综合作用的详细位置姿态三维图，并由此计算出螺纹的综合作用边界，以此边界来判定螺纹的综合质量。

   本发明的基于包络轮廓的螺纹综合作用边界测量的测头机构,滑块导轨副限制测头运动端只能进行水平方向上的运动，经由套在片簧机构连接筒上对称压在片簧机构中心连接块两侧的两支弹簧在水平方向上保证测头运动端组件整体在水平方向上处于弹性平衡。测微仪可以直接测量测头运动端在水平方向上的位移以及转动角度。利用片簧机构在水平方向刚度保证的前提下，实现了螺纹测端组件在垂直方向上的小幅自由运动，并使用固定于运动端固定板上的小测微仪测量得到，同时由螺纹测端组件实现了螺纹测端以钢球为中心的自由旋转。片簧薄可实现弯曲，片簧宽可保证水平方向刚度，片簧与四片片簧压片连接后，两组片簧组件连接到运动端固定板和片簧连接固定块上形成了一组平行四杆机构，实现了螺纹测端组件在垂直方向上的运动。利用片簧在水平方向上的刚性和垂直方向上的柔性，实现螺纹测端组件在垂直方向的弹性运动。螺纹测端和螺纹测端固定板上的两个圆孔相互有一定的偏心，用螺纹测端紧固螺栓拧紧即可完成螺纹测端相对于螺纹测端固定板的定位和夹紧。用两个钢球将旋转部分组件和片簧连接固定块连接起来，并用由两个螺栓穿过的支撑簧片拉住旋转部分组件使其相互紧靠，实现了螺纹测端以钢球为中心旋转的功能。螺纹测端使用了多齿结构，其与被测螺纹相啮合测量所得到的数据是综合作用参数，与实际螺纹啮合最为接近。

本发明的基于包络轮廓的螺纹综合作用边界测量的测头机构,在测头固定端固定两支测微仪，与测头运动端的螺纹测端相接触测量其倾斜角度，并在测头运动端固定板上固定一支小测微仪用于测量螺纹测端组件的垂直方向位移。

本发明测量的是螺纹的综合作用尺寸，包括倾斜和垂直位移；测量出的数据评判标准是基于包络轮廓的；水平运动是通过滑块导轨副和两支弹簧实现的；垂直运动是通过两套片簧机构实现的；螺纹测端的倾斜是通过钢球与V型槽的相切配合实现的。这种结构既能有效实现测量所需的所有运动，且系统刚度高，精度稳定性好，能很好地满足新型的测量任务。

   以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案，尽管本说明书参照上述的实施例对本发明已进行了详细的说明，但本发明不局限于上述具体实施方式，因此任何对本发明进行修改或等同替换;而一切不脱离发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种基于包络轮廓的螺纹综合作用边界测量的测头机构,其特征在于：包括测头固定端和测头运动端，所述测头固定端和测头运动端通过滑块导轨副（3）连接，所述滑块导轨副（3）的导轨与所述测头固定端固定连接，所述滑块导轨副（3）的滑块与所述测头运动端固定连接，所述测头固定端包括总体固定板（1）和两个测微仪（2），所述两个测微仪（2）对称固定在所述总体固定板（1）两侧，所述两个测微仪（2）的测头一端与所述测头运动端相接触，所述测头运动端包括运动端固定板（8）、两套片簧组件、一支小测微仪（12）和螺纹测端组件，所述运动端固定板（8）与所述滑块导轨副（3）的滑块固定连接，所述两套片簧组件上下对称固定在所述运动端固定板（8）两侧，所述两套片簧组件的另一端分别与所述螺纹测端组件固定连接，所述小测微仪（12）固定在所述运动端固定板（8）的水平边一侧，并且其测头一端与所述螺纹测端组件相接触。

2.如权利要求1所述的基于包络轮廓的螺纹综合作用边界测量的测头机构,其特征在于：还包括片簧机构弹性连接组件，所述片簧机构弹性连接组件固定在所述总体固定板（1）的水平中心轴线处，所述两个测微仪（2）位于所述片簧机构弹性连接组件两侧，所述片簧机构弹性连接组件包括片簧机构连接筒（4）、两支弹簧（5）和弹簧调节旋转压块（6），所述片簧机构连接筒（4）一端固定在所述总体固定板（1）的水平中心轴线处，另一端悬空，所述两支弹簧（5）依次套在所述片簧机构连接筒（4）上，并在其末端设置有弹簧调节旋转压块（6），所述运动端固定板（8）为L型，其竖直边套在所述片簧机构弹性连接组件的弹簧（5）外侧，其水平边位于所述片簧机构弹性连接组件的下方，片簧机构中心连接块（11）固定在所述运动端固定板（8）的水平边中间位置，并套在所述片簧机构连接筒（4）上，位于两支弹簧（5）的中间位置。

3.如权利要求1所述的基于包络轮廓的螺纹综合作用边界测量的测头机构,其特征在于：所述片簧组件包括一片薄而宽的片簧（9）和四片片簧压片（10），所述四片片簧压片（10）两两对称固定在所述片簧（9）上。

4.如权利要求1所述的基于包络轮廓的螺纹综合作用边界测量的测头机构,其特征在于：所述螺纹测端组件包括片簧连接固定块（14）和旋转部分组件，所述旋转部分组件包括螺纹测端（13）、螺纹测端固定板（15），所述两套片簧组件的另一端分别与所述片簧连接固定块（14）固定连接，所述两个测微仪（2）的测头一端与所述螺纹测端固定板（15）相接触，所述小测微仪（12）测头一端与所述片簧连接固定块（14）底部相接触，所述片簧连接固定块（14）通过两个支撑片簧（16）和两个螺栓（17）与所述螺纹测端固定板（15）固定连接，所述螺纹测端固定板（15）通过所述螺纹测端紧固螺栓（18）与所述螺纹测端（13）固定连接，在所述螺纹测端固定板（15）前端中部对称设置有两个圆孔，在所述片簧连接固定块（14）前端对应位置设置有两个V型槽，在所述圆孔和V型槽之间安装有钢球（19），所述钢球（19）与所述圆孔过盈配合，并与所述V型槽相切接触，并且所述螺纹测端（13）为与被测螺纹相啮合的多齿结构。

5.如权利要求1至4中任一项权利要求所述的基于包络轮廓的螺纹综合作用边界测量的测头机构,其特征在于：所述测微仪（2）通过两个固定块（7）固定在所述总体固定板（1）上。