CN104422419B - 一种外径的v形测量方法及气门盘部外径的v形检具 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种外径的V形测量方法，包括：检测外径的V形检具设置一V形角，其角度值为2*α，且α的值为arcsin(1/3)；所述V形检具还包括一传感器，当标准轴放入所述V形角并与所述V形角的两边相切后，所述传感器进行数值预置；当被测轴放入所述V形角并与所述V形角的两边相切后，所述传感器对测量点的位移进行测量，测量点的位移为所述标准轴与所述被测轴的外径差，所述测量点为所述V形角的顶点与所述被测轴的圆心形成的线段与被测轴的外径的交点，且所述传感器的测杆与被测轴的测量点处于所述V形角的角平分线上。相应地，本发明还提供了一种基于上述的“一种外径的V形测量方法”的气门盘部外径的V形检具，解决了现有技术中操作难度大，测量效率低的问题。

Description

一种外径的V形测量方法及气门盘部外径的V形检具

技术领域

本发明涉及零件外径检测领域，尤其涉及一种外径的V形测量方法及气门盘部外径的V形检具。

背景技术

对于轴类零件的外径测量，一般有测长仪、三坐标测量机、光学测量仪、投影仪、游标卡尺、外径千分尺、卡规、通止规、专用检具等检测手段。它们各具优缺点，适用于不同的要求和环境。现有技术中，在生产现场，多采用游标卡尺、外径千分尺、卡规、通止规、90°V形检具等测量，但其使用的局限性亦很明显。

游标卡尺分度间隔小，读数时对准刻线产生的测量误差较大，因此检测用时也较长，因测量前后均需将测爪各开、合一次，不适宜快速高频的直径测量，仅适用于低要求、低频的轴径检测场合。

外径千分尺的测量动作多，每完成一次测量，测量前后均需多圈地旋转微分筒将活动测砧旋出、旋入以便有足够空间将工件放入和取出，因此效率不高。而且测量的准确性与测量速度的相关性强，重复性和再现性只能在接近零速测量时才能较好得到保证；

卡规的测量范围很小，多为0.1mm左右，通用性差；属压入式测量，卡规易磨损，因此使用寿命较短，并且对被测零件表面容易形成不可接受的擦痕；

通止规主要是针对某一具体尺寸的测量，不具通用性，而且需要通规和止规的两次检测，才能对工件作出合格与否的定性判断，不能实现定量测量，且尺寸处于上、下限时，数据的再现性差，易引起争议，且与工件均易产生摩擦、磨损，因此通止规使用寿命较短，并且对被测零件表面容易形成不可接受的擦痕；通止规的校验需要比通止规本身设计要求的更高一等级准确度要求仪器，且通止规磨损后不具修复性。

常规的90°V形检具的测量原理引起的测量误差达到被测轴与标准件的直径差的20％，仅在工件公差要求很低的场合使用。

游标卡尺、外径千分尺、卡规、常规的90°V形检具等均属接触式测量，它们的检测过程均包括将测爪(砧)打开---放入工件---测爪(砧)合闭---读数---测爪(砧)打开---取出工件等多个步骤，其中测爪(砧)打开、测爪(砧)合闭、测爪(砧)打开占据整个测量过程的绝大部分时间，而这些动作只算是测量的辅助工作，不产生直接测量效果。如果读数是采用游标方式，则所占用的时间会增多一倍以上，测量效率低，不利于大批量生成的高频次准确测量的需要。此外，游标卡尺、外径千分尺、卡规等外径检测器具在使用一段时间后产生的测量面的微小磨损，都将直接报废或需要进行高难度的修复。

因此需要寻求一种可在生产现场使用、对水、油等环境要求不敏感、投入不大、测量范围较大、制作及装配难度不高、操作简便、测量准确、校验便捷、维护保养方便、工件无测量擦痕、磨损件易更换且成本低的测量方法和手段，以满足大批量生产的高频次(如每天产量达10万件以上的发动机气门盘部外径的检测)、准确测量的需要。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足之处，提供一种外径的V形测量方法及气门盘部外径的V形检具，解决了现有技术中操作难度大，测量效率低的问题，提高了测量效率，并且投入少，可在生产现场大量使用，以满足大批量工件的高频次、准确测量的需要。

本发明提供一种外径的V形测量方法，包括：

气门盘部外径的V形检具设置一V形角，其角度值为2*α，且α的值为arcsin(1/3)；

所述气门盘部外径的V形检具包括一传感器，当标准轴放入所述V形角并与所述V形角的两边相切后，所述传感器进行数值预置；

当被测轴放入所述V形角并与所述V形角的两边相切后，所述传感器对测量点的位移进行测量，测量点的位移为所述标准轴与所述被测轴的外径差，所述测量点为所述V形角的顶点与所述被测轴的圆心形成的线段与被测轴的外径的交点，且所述传感器的测杆与被测轴的测量点处于所述V形角的角平分线上。

本发明还提供一种气门盘部外径的V形检具。

所述气门盘外径的V形检具包括：V形角准确装配装置，气门盘部外径的检测装置及传感器测杆对中装置。所述V形角准确装配装置用于对V形角进行准确装配，使装配后的V形角的半角值α相对理论值arcsin(1/3)的偏差所产生的测量误差，相对测量误差要求可接受；所述气门盘部外径的检测装置用于对气门盘部外径进行测量；所述传感器测杆对中装置用于对传感器测杆位置相对于V形角的角平分线的偏差所产生的测量误差，相对测量误差要求可接受；

本发明所述的一种外径的检测方法及气门盘部外径的V形检具，能够较好地满足快速、准确的外径检测要求，并且对水、油等环境要求不敏感，对被测轴不产生摩擦痕迹，可用于生产现场，采用标准件可对新制造、磨损件更换后及周期校对的检具进行便捷校验。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是零参数偏差的测量原理示意图；

图2是发动机气门盘部外径示意图；

图3是V形角准确装配装置图；

图4是气门盘部外径的检测装置图；

图5是气门盘部外径的检测装置的A-A向视图；

图6是传感器测杆对中装置图；

图7是V形角准确装配装置示意图；

图8是有参数偏差的测量原理示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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的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。

在介绍本发明涉及的具体的操作过程之前，需介绍一下本发明涉及的的V形测量方法的总体思路：设置一V形角，一V形角的半角α＝arcsin(1/3)，即sinα＝1/3；传感器置于V形角顶点这一方，传感器测杆位于V形角的角平分线上；首先将一标准轴(外径已知)放入V形角内并将传感器进行数值预置，再将被测轴放入V形内，即可得到被测轴直径(外径)与标准轴直径(外径)的准确差值，且在标准轴的外径已知的情况下，即可得到被测轴外径的准确测量值。测量前后无任何其它测量方式的“多余”的辅助动作，达到“立杆见影”的快速效果。

此外，本发明所涉及的发明的气门盘部外径的V形检具，是将上述V形测量方法运用在发动机气门盘部外径进行比较测量的检具，该检具采用接触式的比较测量方法，先将一标准轴直径放入V形检具内并将传感器进行数值预置，再将气门盘部放入V形检具内，即可得到气门盘部外径数据，可实现对气门盘部外径的快速准确检测，操作简单快速，测量前后无任何其它测量方式的“多余”的辅助动作，达到“立杆见影”的快速效果。本检具对操作人员的经验和油、水等环境要求不敏感，投入少，可在生产现场大量使用，以满足大批量工件的高频次、准确测量的需要。

下面对V形测量方法及运用该V形测量方法对气门盘部外径进行检测的V形检具，将分别采用不同的实施例详细描述。

实施例1：

本发明实施例1所涉及的一种外径的V形测量方法，其零参数偏差的测量原理如图1所示，其V形角的半角α的正弦值等于1/3，即sinα＝1/3，α＝arcsin(1/3)。被测件的外径置于V形角内并与V形角的两边相切；

测量用传感器的测杆与被测轴的接触点(即测量位置)处于V形角的角平分线上，是V形角的顶点与被测轴的圆心形成的线段与被测轴外径的交点。

当两个直径分别为φ₀、φ₁的轴先后放入V形角内进行测量时，传感器测杆的位移量△y即为两个直径之差φ₁-φ₀，即△y＝φ₁-φ₀。推导过程如下：

如图1所示，由V形角顶点、被测外径圆心、被测外径与V形角的边相切的切点所组成的直角三角形的边、角具有如下关系：

△y＝φ₁/2×(1/sinα-1)-φ₀/2×(1/sinα-1)

＝(φ₁-φ₀)/2×(1/sinα-1)

＝(φ₁-φ₀)/2×(1/(1/3)-1)

＝φ₁-φ₀....................................(1)

由式(1)的推导过程和结果可知，V形半角α＝arcsin(1/3)的V形角的外径测量方法是正确的。

测量用传感器的测杆与被测轴的接触点(即测量位置)处于V形角的角平分线上，是V形角的顶点与被测轴的圆心形成的线段与被测轴外径的交点。

因此，根据上述推导的关系，该外径的V形测量方法具体如下：

气门盘部外径V形检具上设置一V形角，其角度值为2α，其α＝arcsin(1/3)，即sinα＝1/3。被测轴外径放入V形角并与V形角的两边相切，传感器测杆处于V形角的角平分线上，且测量点(即传感器测杆与被测外径的接触点)为被测外径圆心与V形角的顶角形成的线段与被测外径的交点。当两个不同外径先后放入V形角并与V形角的两边相切，传感器测杆的位移，即测量点的位移即为这两个轴的外径差。

此外，需要说明的是，V形角的精确装配和校准方法，如图7所示，设有可调中心距的两个不同直径的外径圆盘φ₀、φ₁(其半径分别为r、R)、两圆盘中心连线与两圆盘的远端交点的距离p、与两个不同外径圆盘的外切线的夹角为2α存在如下关系：p＝[(φ₁-φ₀)/tgα+(φ₁+φ₀)]/2，其推导过程如下：

Φ’：大径标准件直径，其半径为R；φ：小径标准件直径，其半径为r；

m：中心距；p:两标准件中心连线与两标准件的两个远交点的距离。

由图7可知：

m＝(R-r)/tgα＝p-(R+r)......................................(2)

由式(2)得：

p＝(R-r)/tgα+(R+r)

即：p＝[(φ’-φ)/tgα+(φ’+φ)]/2...............................(3)

因此，当φ、φ’已知，且要求α＝arcsin(1/3)时，只需将φ、φ’、α代入式(3)，即可计算得到p值的大小。而p值可通过调整φ₀、φ₁的中心距并通过测量使测量结果等于计算的p值的方法得到。

因此，通过调节中心距得到的p值可间接地使直径为φ、φ’的两个外径圆盘的外切线所形成的夹角角度为2α，并且sinα＝1/3。

传感器测杆的对中方法为：设置一开槽V形板，该V形板的V形顶角的角度等于2α，其中α＝arcsin(1/3)，在角度为2α的顶角，开有一长槽，长槽的对称中心线即为上述V形板的顶角的角平分线，长槽的宽度等于传感器的夹筒的直径。一圆棒，其直径与传感器的夹筒的直径相同，该圆棒穿过装夹传感器的夹筒的夹具孔后，尽量深入地置于上述V形板的长槽内，因此，圆棒轴线即为V形角的角平分线。装夹传感器夹筒的夹具孔的位置固定不变时，传感器的夹筒代替上述圆棒装入夹筒的夹具孔后，就保证传感器的夹筒相对V形板的对中性。传感器测量杆虽与夹筒的直径不同，因其同心度好，从而间接保证了传感器测杆对V形板的对中性。

实施例2：

本发明所涉及的气门盘部外径的V形检具，是一个采用实施例1所述的检测方法对汽车发动机气门盘部外径进行比较测量的检具。图2为发动机气门盘部外径示意图，不同型号的汽车发动机气门盘部外径范围大约为φ22mm～φ55mm，其直径偏差要求多为±0.1mm。

因为检具、比较用标准件在加工、装配、测量等环节存在偏差，如标准件直径的测量误差、V形半角α相对理论值arcsin(1/3)的偏差、测杆未处于V形角的平分线上即存在偏心和倾斜等偏差，相对理论设计状态均存在偏差，因此，需先建立各相关参数偏离理论状态下，外径的V形测量方法的测量误差E的数学模型，然后再计算各偏差处于实际可控条件下的测量误差E的大小，以判断是否适合气门盘部外径的测量要求。最后再对各参数进行结构设计，使各参数的偏差可控、易实现。

各相关因素存在偏差条件下检具测量误差的数学模型的建立：

图8是各参数存在偏差时的测量方法示意图，图中建立XOY直角坐标系。

图中各参数的含义：φ₀为标准件直径、φ₁为被测件直径、β为传感器测杆与V形角平分线的夹角，e为传感器测杆对被测外径测量点的偏心量，β角有箭头的边为测量杆的位移方向，Δy为测杆测量φ₀、φ₁时测量点在β方向的位移。点M、N、P分别为β线与交点，三点坐标如图中所示，因易求出，求解忽略。

下面先求出Δy的数学模型，然后再求测量误差E的模型。

MN线的倾角为β、且过点M(r₀/sinα-(r₀ ²-e₀ ²)^0.5,e₀)，故MN线的直线方程为：

y＝tgβ×x+e₀-tgβ(r₀/sinα-(r₀ ²-e₀ ²)^0.5)

φ₁圆的方程为：

(x-r₁/sinα)²+y²＝0

联解上述两个方程，可得到N、P两点的坐标。

令：

b＝e₀-tgβ[r₀/sinα-(r₀ ²-e₀ ²)^0_.5]

A＝1+tg²β

B＝2(btgβ-r₁/sinα)

C＝b²+r₁ ²/sin²α-r₁ ²

因此求得的两个解为：

x₁＝(-b-(B²-4AC)^0.5)/2/A,y₁＝e_1min＝tgβ((-b-(B²-4AC)^0.5)/2/A+b

x₂＝(-b+(B²-4AC)^0.5)/2/A,y₂＝e_1max＝tgβ*((-b+(B²-4AC)^0.5)/2/A+b

则N、P的坐标为：

N((-b-(B²-4AC)^0.5)/2/A,tgβ((-b-(B²-4AC)^0.5)/2/A+b)；

P((-b+(B²-4AC)^0.5)/2/A,tgβ*((-b+(B²-4AC)^0.5)/2/A+b)；

针对本文需要建立的数学模型，只有N点坐标值才有意义。

显然，M、N两点的横坐标之差与1/cosβ之积即为Δy，

因为M坐标为(r₀/sinα-(r₀ ²-e₀ ²)^0.5，e₀)，故：

Δy＝(-b-(B²-4AC)^0.5)/2/A-r₀/sinα+(r₀ ²-e₀ ²)^0.5)/cosβ

Δy＝{{{-e₀+tgβ[r₀/sinα-(r₀ ²-e₀ ²)^0.5]}-2{{{e₀-tgβ[r₀/sinα-(r₀ ²-e₀ ²)^0.5]}tgβ-r₁/sinα}²-(1+tgβ){{e₀-tgβ[r₀/sinα-(r₀ ²-e₀ ²)^0.5]}²+r₁ ²/sin²α-r₁ ²}}^0.5}/2/(1+tg²β)-r₀/sinα+(r₀ ²-e₀ ²)^0.5}/cosβ......................(4)

当e₀＝0,β＝0，α＝0、时，dφ₀＝0时，整个测量装置处于理想状态，此时先后测量φ₀、φ₁时测杆的位移Δy为：Δy＝φ₁/2×(1/sinα-1)-φ₀/2×(1/sinα-1)，当sinα＝1/3时，如式(5)与式(1)相同，Δy＝φ₁-φ₀。

显然，式(4)是各参数为真实值(即设计值)时指示表的读数差Δy的计算式子。

(注：因为本文研究的测量系统对被测直径φ₁进行比较测量时所产生的误差的大小，故φ₁本身不带入偏差，用设计值代入计算。)

因此，测量误差E的计算公式为：

E＝Δy-(φ₁′-φ₀′)

＝{{{-e₀+tgβ[r₀/sinα-(r₀ ²-e₀ ²)^0.5]}-2{{{e₀-tgβ[r₀/sinα-(r₀ ²-e₀ ²)^0.5]}tgβ-r₁/sinα}²-(1+tgβ){{e₀-tgβ[r₀/sinα-(r₀ ²-e₀ ²)^0.5]}²+r₁ ²/sin²α-r₁ ²}}^0.5}/2/(1+tg²β)-r₀/sinα+(r₀ ²-e₀ ²)^0.5}/cosβ-(φ₁′-φ₀)............(5)

式(5)中，φ₀′为检具比较测量时的标准值，因为φ₀′的真实值不可知，只知其处于某一范围内，故只能用其测量值作为比较测量用的标准值，同时说明了该标准值(测量值)存在一定的误差。φ₁′为被测零件，用真实值(即设计值)代入，此时φ₁′＝φ₁。式中其它参数均用真实值(即设计值)计算。

各相关因素偏差量的确定：

由式与检具测量误差E有关的参数偏差包括标准件直径φ₀的偏差dφ₀、被测直径φ₁(＝φ₁′)、V形半角α的偏差dα、测杆位置偏差e、β等。

由式(5)可知，测量误差E的表达式包含r₀、r₁、α、e、β、φ₀′、φ₁′等参数，故应该考虑如下参数偏差：实际V形半角α相对arcsin(1/3)存在偏差dα、φ₀的测量误差dφ₀、φ₁和φ₀的测量点相对V形角平分线的偏心量分别为e₁和e₀、传感器测杆与V形角平分线的夹角为β。由于是比较测量，需要考虑标准件直径φ₀′的误差dφ₀′。因为φ₁为被测参数，故测量误差E的计算直接用φ₁的设计值代入，不带入偏差。

下面就dα、dφ₀、e₀、e₁、β的极限值的确定分别进行论述。

①、dα的确定：

如图7所示，图中符号定义为：

φ₁：大径标准件直径，其半径为R；

φ₀：小径标准件直径，其半径为r；

m：中心距；

p:两标准件中心连线与两标准件的两个远交点的距离。

对前面已求得的式(3)求微分并舍去高阶项得：

dα＝((p-φ₀)×dφ₁+(p+φ₁)×dφ₀-(φ₁-φ₀)×dp)/2/((p-R-r)²+(R-r)²)............(6)

式(6)即为实际V形半角α相对理论角度arcsin(1/3)的偏差dα的表达式。

由于发动机气门盘部外径绝大多数处于φ22mm～φ55mm，故大径标准件直径φ₁设计为φ60mm、小径标准件直径φ₀设计为φ20mm。R＝φ₁/2＝60/2＝30，r＝φ₀/2＝20/2＝10，则R-r＝20mm。

用高精度万能工具显微镜或光学仪对φ、φ’进行测量，其加工、测量的误差限dφ＝dφ’＝±0.002mm。为了提高因子水平的设计稳健性，以降低加工、测量成本，dφ、dφ’取值dφ＝dφ’＝±0.005mm。

考虑到测量外径轮廓非理想的刀口型，为了提高因子水平的设计稳健性，降低加工测量成本，p值的测量误差限取值dp＝±0.005mm。

将上述因子数据形成不同的组合代入公式(3)、(5)，可求得不同因子组合状态下的dα。

为使因子的水平组合具有平衡性和可对比性，以及减少计算量，选用正交表进行计算。

三个偏差dφ、dφ’、dp这3个因子选取二水平，故是选用L₈2³正交表，误差dα的计算结果如表1所示。

如表1所示，dα的极值为±0.000175弧度，即图3所示V形角准确装配装置容易保证两个直径Φ、Φ’的外切线形成的V形角的半角值为(arcsin(1/3)±0.000175)弧度。

②、e₀、β的确定：

为了使e₀、β的限值容易实现，特设计了传感器测杆对中装置，如图6所示。

图6的零件序号和名称为：1、底板，1-2、盘径标准件装置安装螺孔，2、左定位条，7、右定位条，11、表夹，22、对中板，23、对中阶梯轴，24、夹筒螺钉，25、对中板螺钉，29、对中阶梯轴压板，30、对中阶梯轴螺钉。

需要说明的是，气门盘部外径的检测装置所述的传感器是用指示表作示例，也可采用其它型式的传感器。

传感器测杆对中装置所述测杆对中板22，其形状为一三角形，其中一顶角的角度为α，该α＝sin(1/3)。沿α顶角的角平分线加工有一槽宽等于传感器测杆14-2直径的对中长槽。

测杆对中板22放入左定位条2、右定位条7内，并与它们相贴合，对中板螺钉25与底板1上的对中板安装螺孔1-1联接并紧固测杆对中板22；

如传感器选用5/0.01mm的指示表，其测杆直径为φ4mm。对中板的整个形状、尺寸在数控线切割机上完成，可保证角度2α与槽宽的对称性。对中板上的槽宽最好与对中杆直径相同，但考虑数控线切割机切割零件用的钼线宽度为0.1mm，故槽宽的加工误差最大为0.2mm，槽宽最大为4.2mm。当对中杆与槽的配合长度为30mm时，βmax＝0.39°≈0.0067弧度、e₀max＝0.1mm。为了提高β、e₀参数设计的稳健性，降低加工测量成本，将槽宽的最大加工误差提高为0.3mm，即槽度最大为4.3mm，此时，β＝arctg(0.3/30)＝0.01。综上所述可得到：βmax＝0.01弧度、e₀max＝±0.15mm。

③、e₁的确定:

由前述可知图8的点N的坐标为：((-b-(B²-4AC)^0.5)/2/A,tgβ((-b-(B²-4AC)^0.5)/2/A+b)；

显然，点N的纵坐标值即为e₁值，即：

e₁＝tgβ((-b-(B²-4AC)^0.5)/2/A+b

＝tgβ{{-e₀+tgβ[r₀/sinα-(r₀ ²-e₀ ²)^0.5]}-2{{{e₀-tgβ[r₀/sinα-(r₀ ²-e₀ ²)^0.5]}tgβ-r₁/sinα}²-(1+tgβ){{e₀-tgβ[r₀/sinα-(r₀ ²-e₀ ²)^0.5]}²+r₁ ²/sin²α-r₁ ²}}^0.5}/2/(1+tg²β)+e₀-tgβ[r₀/sinα-(r₀ ²-e₀ ²)^0.5].....................(7)

④、dφ₀的确定

用高精度万能工具显微镜或光学仪对φ₀进行测量，其加工、测量的误差限dφ₀＝±0.002mm。为了提高因子水平的设计稳健性，以降低加工、测量成本，dφ₀取值dφ₀＝±0.005mm。

各相关因素偏差处于实际可控状况下测量误差E的计算：

一般情况下，绝大多数气门盘径φ＝22mm～58mm，同一型号的零件外径φ的变差≤±0.1mm。为提高设计的稳健性，选择两直径之差(φ₁-φ₀)≤1mm作为计算的边界条件。

先分析计算标准直径φ₀＝20mm、气门盘径φ₁≤21mm的情况下的检具测量误差E。

测量误差E的表达式包含r₀、r₁、α、e、β、φ₀′、φ₁′等参数，其中，φ₀′是φ₀(＝2*r₀)的测量值，φ₁′与φ₁(＝2r₁)相等，是无偏差的设计值，r₀、r₁、α、e、β均存在加工/测量偏差。

由于正交表的设计的科学性，拟采用正交表对参数不同状态组合时的测量误差E进行计算。

参数r₀、r₁、α、e、β各设计为三个状态，其中r₀、α、e、β四个参数处于可控偏差的正、负极值状态以及无偏差状态，其极值偏差采用前述分析确定的数值，而φ₁(即2*r₁)亦取20、20.5、21三个尺寸。

由于是5因子、3水平，故选用L₂₇3¹³正交表。为了使参数的偏差水平与参数的设计值的对应关系更清楚，特将该正交表表头设计如表2所示。

根据表3所示的L₂₇3¹³正交表(已编码)的排列，将各参数因子的各水平值代入式(5)，并计算结果对应地填入表2中。

由表2可知，标准件直径的设计值φ₀＝20mm，被测直径φ₁＝20mm、20.5mm、21mm状态下，进行测量误差E的理论计算，测量误差E的极值为Emax＝0.00589mm、Emin＝-0.00568mm，测量误差E的绝对值的最大值|E|max＝0.00589mm。

同理，当dφ₀≤±0.005mm、dα≤±0.000175弧度、e₀≤±0.15mm、β≤±0.01弧度,且φ₀＝20mm、40mm、60mm，|φ₁-φ₀|≤1mm时，计算得到的测量误差E的绝对值的最大值|E|max如表3所示。

从表3可知，只要|φ₁-φ₀|≤1mm，φ₀＝20～60的任一数值，测量误差的绝对值的最大值|E|max均与标准直径φ₀的偏差dφ₀非常接近,可见测量误差E的主要来源是标准直径φ₀的偏差dφ₀，其它参数的偏差对测量误差E的影响非常有限。因此，想要提高测量准确度，降低测量误差E，主要是降低标准直径φ₀的偏差dφ₀，这也说明本文论述的外径的V形测量方法是正确的。

从表3还可发现，|E|max对气门盘部外径φ的偏差B(±0.1)的占比＜6％，因此完成适用于气门盘部外径φ的测量。

气门盘部外径的V形检具的结构设计：

由式(5)可知，测量误差E的表达式包含r₀、r₁、α、e、β、φ₀′、φ₁′等参数，其中，φ₀′是φ₀(＝2*r₀)的测量值，它存在测量误差dφ₀，而φ₁′与φ₁(＝2r₁)相等，是无偏差的设计值，其它参数如r₀、α、e、β均存在加工/测量偏差。

检具的结构设计主要是要体现各参数的偏差可控制在如前述的dφ₀≤±0.005mm、dα≤±0.000175、e≤±0.15mm、β≤±0.01极值范围内。

参数φ₀(＝2*r₀)的误差dφ₀与测量误差E呈显著相关，但它不属检检具本体的参数，且容易实现dφ₀≤±0.005mm，在前面已有论述，这里不再重复。

因此检具结构设计需体现dα≤±0.000175、e≤±0.15mm、β≤±0.01的实现是可行的。

为了实现相关参数的偏差实际可控，因此，本发明所涉及的气门盘部外径的V形检具，除了气门盘部外径的检测装置这一检具本体外，还包括：传感器测杆对中装置以保证e≤±0.15mm、β≤±0.01二部分。

下面依次介绍①V形角准确装配装置(如图3所示)、②传感器测杆对中装置(如图6所示)、③气门盘部外径的检测装置(如图4、图5所示)。

①V形角准确装配装置

为子使dα的限值容易实现，特设计了V形角2α准确装配装置,如图3所示。

图3中的零件名称和序号为大径标准件15、小径标准件16、调节螺钉17、大径螺钉18、盘距调节板19、标准件压紧螺钉20、小径螺钉21等组成；

小径标准件16置于盘距调节板19的小沉孔内并通过小径螺钉21紧固，大径标准件15置于盘距调节板19的大沉孔内，大径标准件15、小径标准件16之间的距离可通过调节螺钉17对大径标准件15进行微调，并通过大径螺钉18紧固；通过距离微调，可以使大径标准件15、小径标准件16两条外切线之间的夹角的半角值α得到相应改变。

使用光学仪或万能工具显微镜对大径标准件15、小径标准件16的直径进行测量，容易实现其直径偏差dφ、dφ′均处于±0.005mm以内。

通过多次的距离微调和测量，使图7所示的p值的偏差dp控制在±0.005mm以内。

根据前面的数据分析可知，大径标准件15、小径标准件16的两外切线的夹角的偏差dα可控制在±0.000175弧度以内。

②传感器测杆对中装置(如图6所示)

传感器测杆对中装置，如图6所示，图6的各零件序号和名称：

1、底板1-2、盘径标准件装置安装螺孔2、左定位条7、右定位条11、表夹22、对中板23、对中阶梯轴24、夹筒螺钉25、对中板螺钉29、对中阶梯轴压板30、对中阶梯轴螺钉。

传感器测杆对中装置所述测杆对中板22，其形状为一三角形，其中一顶角的半角为α，该α＝sin(1/3)。沿α顶角的角平分线加工有一槽宽等于传感器测杆14-2直径的对中长槽。

测杆对中板22放入左定位条2、右定位条7内，并与它们相贴合，对中板螺钉25与底板1上的对中板安装螺孔1-1联接并紧固测杆对中板22；

如传感器选用5/0.01mm的指示表，其测杆直径为φ4mm。对中板的整个形状、尺寸在数控线切割机上完成，可保证角度2α与槽宽的对称性。对中板上的槽宽最好与对中杆直径相同，但考虑数控线切割机切割零件用的钼线宽度为0.1mm，故槽宽的加工误差最大为0.2mm，槽宽最大为4.2mm。当对中杆与槽的配合长度为30mm时，测杆相对于V形角的平分线的最大倾角βmax＝0.39°≈0.0067弧度，此时e₀max＝0.1mm。为了提高β、e₀参数设计的稳健性，降低加工测量成本，将槽宽的最大加工误差提高为0.3mm，即槽度最大为4.3mm，此时，β＝arctg(0.3/30)＝0.01。综上所述可得到：βmax＝0.01弧度，此时e₀max＝±0.15mm。

③气门盘部外径的检测装置(如图4、图5所示)

图4是气门盘部外径的检测装置图，图4的各零件序号和名称：

1、底板 2、定位条 3、左阶梯压板 4、左压板螺钉 5、顶紧螺钉 7、右定位条 8、右阶梯压板 9、长槽侧板 10、纵向调节支架 11、表夹 12、支架螺钉 13、表夹座螺钉 14-1、夹筒 26、夹筒螺钉 27、左压板螺钉 28、支架螺母 31、表夹座 32、表夹座螺钉

图5是气门盘部外径的检测装置的A-A向视图，图5的各零件序号和名称：

1、底板 2、定位条 3、左阶梯压板 4、左压板螺钉 5、顶紧螺钉 7、右定位条 8、右阶梯压板 9、长槽侧板 10、纵向调节支架 11、表夹 12、支架螺钉 13、表夹座螺钉 14-1、夹筒 26、夹筒螺钉 27、左压板螺钉 28、支架螺母 31、表夹座 32、表夹座螺钉

所述底板1，为一长方形板，加工有几组螺钉钉孔，其中包括对中板安装螺孔1-1、盘径标准件装置安装螺孔1-2。

所述长槽侧板9，焊接在底板1右侧面，其上加工有长形槽；

所述右阶梯压板8置于底板1的上表面，右定位条7置于底板上表面与右阶梯压板8的阶梯面之中。在右定位条7紧贴在右阶梯压板8的阶梯侧面、右阶梯压板8的右侧面紧贴长槽侧板9的立侧面的情况下，右阶梯压板8通过右压板螺钉27将右定位条7预紧固在底板1上。

所述左阶梯压板3置于底板1的上表面，左定位条2置于底板1上表面与左阶梯压板3之间。左定位条2紧贴在左阶梯压板3的阶梯侧面，左阶梯压板3可通过左压板螺钉4将左定位条2预紧固在底板1上。

将如图3所示的V形角准确装配装置中的大径标准件15、小径标准件16紧靠图4、图5所示的右定位条7，即与右定位条7相切，通过图3所示的标准件压紧螺钉20与气门盘部外径的检测装置的底板的盘径标准件装置安装螺孔1-2联接，将V形角准确装配装置预紧固底板1上。

左阶梯压板3将左定位条2紧靠在大径标准件15、小径标准件16的圆柱面上，左阶梯压板3通过左压板螺钉4将左定位条2预紧固在底板1上。

由于长槽侧板9是焊接在底板1右侧面，长槽侧板9与底板1实际是一个相互之间不存在任何松动的固联的整体。因此，用顶紧螺钉5向左顶紧左阶梯压板3，可使左阶梯压板3、左定位条2、大径标准件15、小径标准件16和右定位条7、右阶梯压板8在底板1的上表面依次作少量的右向移动，并依次充分贴合、相切直至长槽侧板为止，以彻底消除相互之间可能存在的间隙，从而可保证两定位条之间的夹角等于由V形角准确装配装置中的大径标准件15、小径标准件16形成的两条外切线的夹角，该夹角之半角α处于arcsin(1/3)±0.000175内。然后将左压板螺钉4、右压板螺钉27在预紧固的基础上进一步加力紧固。

同时四个顶紧螺钉5的位置设计，还考虑了左定位条2的受力方向，因此被测零件与左定位条2的接触点的法线必须处于两端的两个顶紧螺钉5与左阶梯压板3的接触点所形成的线段之内，以保证左定位条在高频次的使用过程中不存在任何使左定位条逆时针旋转从而改变两定位条的夹角的可能，从而进一步提高两定位条夹角之半角α处于arcsin(1/3)±0.000175范围内的稳健性。

纵向调节支架10可通过两个支架螺钉12固定在长槽侧板9的长槽任一位置上，可实现小量程传感器用于同规格品种外径直径差异小于传感器量程、不同规格品种外径直径差异远大于传感器量程的外径检测，因为小量程传感器具有价格更低、准确度更好的特点，同时还可避免传感器在量程上限位置使用、由此可提高传感器的使用寿命，因此长槽侧板9的长槽具有“扩大”小量程传感器的检测范围和“提高”准确度的功能，从而提高本检测装置的性价比。

长槽侧板9的长槽宽度稍大于支架螺钉12的直径，因此，纵向调节支架10可相对长槽侧板9的立面作少量旋转。

加工有长形孔的表夹座31通过表夹座螺钉32固定在纵向调节支架上。表夹座31相对纵向调节支架10的位置可由长形孔实现左右调整，和绕表夹座螺钉作上下摆动。

表夹11可绕表夹螺钉32水平旋转，并通过表夹螺钉31与表夹座31联接。

因此，表夹11可相对表夹座31作水平旋转、表夹座31可相对纵向调节支架10作垂直旋转和小范围左右横向移动、纵向调节支架10可相对长槽侧板9作大范围的纵向移动和另一垂直方向的少量旋转，而传感器14与表夹11相固联，故传感器14的测杆14-2与表夹11具有在三维空间互相垂直的三个方向的旋转、以及大范围的纵向移动和小范围的左右横向移动等5个自由度，使传感器测杆14-2对左定位条2、右定位条7所形成的V形角的良好对中性容易实现。

当V形角准确装配装置保证了检具体底板1上的左定位条2和右定位条7的夹角的半角值α处于arcsin(1/3)±0.000175范围内后，将传感器测杆对中装置中的对中板置于左定位条2和右定位条7形成的V形角内并相切并通过螺孔1-1与底板1固定。

先松开夹筒螺钉26、表夹座螺钉13、表夹座螺钉32、支架螺钉12，将对中阶梯轴23穿过表夹11的开槽圆孔内并置于传感器测杆对中装置中的对中板22的长槽内，并用对中阶梯轴压板29通过对中阶梯轴螺钉30将对中阶梯轴23固定在对中板22的长槽内，这样可实现对中阶梯轴23相对V形角的对中性，即对中阶梯轴23相对V形角平分线的偏差βmax＝0.01弧度，e₀max＝±0.15mm。再依次紧固夹筒螺钉26、表夹座螺钉13、表夹座螺钉32、支架螺钉12。由于表夹11具有5个自由度，故对中阶梯轴23、传感器测杆对中装置、表夹11、表夹座31、纵向调节支架11、长槽侧板9相互之间不会产生装配干涉。

接着松开夹筒螺钉26，将对中阶梯轴23取出，并将置于表夹11的圆孔内，通过夹筒螺钉26夹紧传感器14的夹筒14-1。显然，传感器的夹筒14-1的位置与对中阶梯轴23相同，意即传感器的夹筒14-1相对V形角的平分线的位置偏差相同，同样为βmax＝0.01弧度，e₀max＝±0.15mm。

通达上述的检具结构设计和装配可知，各参数的偏差可控制在dφ₀≤±0.005mm、dα≤±0.000175、e≤±0.15mm、β≤±0.01范围内，从而使测量误差E达到E≤0.006mm、|E|max相对气门盘部外径的尺寸偏差B(±0.1)的占比≤0.6％的设计预期。

借由上述技术方案，本发明所述的一种外径的V形检测方法及气门盘部外径的V形检具至少具有的优点是：

该外径的V形检测方法，其测量原理是正确的，理论上可应用于所有外径测量，为外径测量提供了一个新的准确测量方法。同时，被测外径与V形角的两个切点与被测外径的测量点位于被测外径的同一半圆范围内，被测外径进入、离开V形角没有其它因素的干涉，实际应用时容易实现测量效率的大幅提高，同时，可降低被测外径的上料、测量、下料等动作实现自动化的难度。

气门盘部外径的V形检具是基于上述V形监测方法进行监测的检具，该检具检测工件时，整个检测循环只需工件的上料、下料2个动作，没有其它任何“多余”动作，而且上料完成即可得到检测数据，达到“立杆见影”的效果；最大检测误差Emax如表(3)所示，由此知道，本装置的准确性能够达到游标卡尺、外径千分尺的检测准确要求，但检测效率比游标卡尺、外径千分尺至少提高一倍以上，测量范围远比卡规、通止规要大，而且对被测零件不产生不可接受的摩擦痕迹。比起多用于实验室的光学仪、三坐标测量机、投影仪而言，该检具除可在生产现场使用外，还具有成本小、对操作人员素质和环境要求很低、可批量使用等特点。

本检具校对方法为：用高精度的仪器如万能工具显微镜测量两支气门盘部外径，其中一支作为标准件以调节指示表的读数，用该检具测量第二支气门，检具和高精度的仪器测量第二支气门的两个结果之差即为检具的测量误差。

本检具使用方法为：先用一支经过高精度的仪器测量的气门作为标准件对装于检具上的指示表进行数值预置，再用检具对被测气门进行测量，指示表的数值即为该气门与标准件的差值。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种外径的V形测量方法，其特征在于，包括：

一种外径的V形检具设置一V形角，对所述的V形角进行精确装配，具体地，设置两个可调中心距的不同直径的外径圆盘，通过调整其中心距，使所述两个外径圆盘的外切线所形成的夹角角度为2α，其中α＝arcsin(1/3)，当经调整好中心距的两个不同直径的外径圆盘与V形检具的V形角的两边相切时，该V形检具的V形角则为2α，其中α＝arcsin(1/3)；

所述外径的V形检具包括一传感器，当标准轴放入所述V形角内并与所述V形角的两边相切后，对所述传感器进行数值预置；

当被测轴放入所述V形角并与所述V形角的两边相切后，所述传感器对测量点的位移进行测量，测量点的位移即为所述标准轴与所述被测轴的外径差；所述测量点为所述V形角的顶点与所述被测轴的圆心形成的线段与被测轴的外径的交点，且所述传感器的测杆与被测轴的测量点处于所述V形角的角平分线上。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括

对所述传感器的测杆进行对中，具体地：在所述外径的V形检具设置一开槽V形板，所述开槽V形板的V形顶角的角度等于2*α，其中α＝arcsin(1/3)；

在角度为2*α的顶角上设置一长槽，长槽的对称中心线即为上述V形板的顶角的角平分线，长槽的宽度等于传感器的夹筒的直径；

将一圆棒穿过装夹所述传感器的夹筒的夹具孔，并将所述圆棒置于上述V形板的长槽内，所述圆棒直径与传感器的夹筒的直径相同，圆棒轴线为V形角的角平分线；

当所述传感器的夹筒的夹具的位置固定不变时，将传感器的夹筒代替所述圆棒装入所述传感器的夹筒的夹具孔，完成传感器的夹筒相对V形板的对中。

3.一种气门盘部外径检具，是一个采用权利要求1所述的测量方法对汽车发动机气门盘部外径进行比较测量的检具，其特征在于，该检具主要由下述三部分组成：

V形角准确装配装置，气门盘部外径的检测装置和传感器测杆对中装置。

4.根据权利要求3所述的气门盘部外径检具，其特征在于：

所述V形角准确装配装置包括大径标准件、小径标准件、调节螺钉、大径螺钉、盘距调节板、标准件压紧螺钉、小径螺钉；

所述大径标准件、小径标准件为直径已知、圆心处有螺孔的圆盘；

所述小径标准件置于所述盘距调节板的小沉孔内并通过所述小径螺钉紧固，所述大径标准件置于所述盘距调节板的大沉孔内，所述大径标准件、小径标准件之间的距离可通过所述调节螺钉对所述大径标准件进行微调，并通过所述大径螺钉紧固；

通过距离微调，使所述大径标准件、小径标准件两条外切线之间的夹角的半角值α＝arcsin(1/3)。

5.根据权利要求3所述的气门盘部外径检具，其特征在于：

所述气门盘部外径的检测装置包括底板、左定位条、左阶梯压板、左压板螺钉、顶紧螺钉、气门、右定位条、右阶梯压板、长槽侧板、纵向调节支架、表夹、支架螺钉、表夹座螺钉、传感器、夹筒螺钉、右压板螺钉、支架螺母；

所述底板，为一长方形板，加工有几组螺钉孔，其中包括对中板安装螺孔、盘径标准件装置安装螺孔；

所述长槽侧板，焊接在所述底板右侧面，其上加工有长形槽；

所述左定位条、所述右定位条为直尺式薄板条；

所述左阶梯压板、所述右阶梯压板为一互为镜像的三级式楔形平板；

所述支架螺母为一方形螺母，与支架螺钉一起将纵向调节支架固定在长槽侧板上；

所述传感器包括夹筒和测杆，其中夹筒与传感器本体固联，测杆可随被测尺寸的大小在夹筒内移动；

所述右阶梯压板置于所述底板的上表面，所述右定位条置于所述底板上表面与所述右阶梯压板的阶梯面之中，并且所述右定位条紧贴在所述右阶梯压板的阶梯侧面，所述右阶梯压板右侧面通过所述右压板螺钉将所述右定位条预固定在所述底板上；

所述左阶梯压板置于所述底板的上表面，所述左定位条置于所述底板上表面与所述左阶梯压板之间，所述左定位条紧贴在所述左阶梯压板的阶梯侧面，所述左阶梯压板可通过所述左压板螺钉将所述左定位条预紧固在所述底板上；

将所述的V形角准确装配装置中的大径标准件、小径标准件紧靠右定位条，即与所述右定位条相切，通过标准件压紧螺钉与所述底板的盘径标准件装置安装螺孔联接将所述V形角准确装配装置预紧固所述底板上；

所述左阶梯压板将所述左定位条紧靠在所述大径标准件、小径标准件的圆柱面上，所述左阶梯压板通过压板螺钉将所述左定位条预紧固在所述底板上；

用顶紧螺钉向左顶紧所述左阶梯压板，可使所述左阶梯压板、左定位条、大径标准件、小径标准件和所述右定位条、右阶梯压板在所述底板的上表面依次作少量的右向移动，并依次充分贴合、相切直至所述长槽侧板为止，然后将4个所述压板螺钉在预紧固的基础上进一步加力紧固；

同时4个所述顶紧螺钉的位置设计，还考虑了所述左定位条的受力方向，因此被测零件与左定位条的接触点的法线必须处于两端的两个顶紧螺钉与所述左阶梯压板的接触点所形成的线段之内；

所述纵向调节支架，为一T型板，可通过两个支架螺钉固定在所述长槽侧板的长槽任一位置上，所述纵向调节支架可相对长槽侧板的立面作少量旋转；

所述表夹座加工有长形孔，并通过表夹座螺钉固定在所述纵向调节支架上,所述表夹座相对所述纵向调节支架的位置可通过所述表夹座的长形孔进行左右调整，和绕所述表夹座螺钉作上下摆动，再用所述表夹座螺钉固定；

所述表夹，加工有开槽圆孔，所述表夹可绕所述表夹螺钉旋转，并通过所述表夹螺钉与表夹座联接，所述表夹具有在三维空间互相垂直的三个方向的旋转、以及大范围的纵向移动和小范围的左右横向移动的5个自由度；

所述传感器的夹筒置于所述表夹的圆孔内，并可在圆孔内作前后位置的调整，所述表夹通过所述夹筒螺钉夹紧所述传感器。

6.根据权利要求5所述的气门盘部外径检具，其特征在于：

所述传感器测杆对中装置包括对中板、对中阶梯轴、夹筒锁紧螺钉、对中板螺钉；

所述对中板，其形状为一三角形，其中一顶角的角度为2α，该α＝sin(1/3)；沿2α顶角的角平分线加工有一对中长槽，槽宽稍大于传感器测杆直径的对中长槽；

所述对中板放入所述左定位条、右定位条内，并与它们相贴合，所述对中板螺钉与所述底板上对中板安装螺孔联接并紧固所述对中板；

所述对中阶梯轴，为二级阶梯轴，其二级直径分别与所述传感器的夹筒和测杆相同，所述对中阶梯轴穿过所述表夹开槽圆孔后，尽量深入地置于所述测杆对中板的对中长槽内，用所述对中阶梯轴螺钉将所述对中阶梯轴压板紧固在所述底板上，并用所述夹筒螺钉通过表夹锁紧对中阶梯轴，此时，可认为对中阶梯轴轴线即为V形角的角平分线；

再先后用所述表夹座螺钉将装夹所述传感器夹筒的表夹和所述纵向调节支架固定、用所述支架螺钉将所述纵向调节支架和所述长槽侧板固定；实际检测时，只需将所述传感器的夹筒代替上述对中阶梯轴装入所述表夹的圆孔内，由于所述传感器夹筒与测杆的良好同轴度、所述对中V形板与所述左、右两定位条形成的V形角的同角度特点，因此，所述传感器测杆对所述V形角的对中性也就得到保证。