CN104713459A - 一种沉孔角度的双球测量法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种沉孔角度的双球测量法，所需测量的沉孔为锥形沉孔，其孔口的孔壁为锥形，且该沉孔孔口以及沉孔孔口与沉孔的孔底交界处均车有转接圆，其方法为准备高度测量仪和多个直径已知但其大小不等的钢球；通过试错法将不同直径的钢球放置在沉孔内，选择出两个直径不等且外壁与需测量的沉孔孔口处的锥形孔壁抵接的钢球；然后选择好的两个钢球依次放到沉孔内，然后通过高度测量仪将两个钢球分别置于沉孔内时的顶点高度差测量出来，而后通过公式算出精确的沉孔孔口角度数值。本发明所述的双钢球测量沉孔孔口角度的方法中使用的测量工具简单，且测量步骤实操简便，同时在考虑到实际加工出的沉孔形状后精确得出了锥形沉孔的孔口角度。

Description

一种沉孔角度的双球测量法

技术领域

本发明属于沉孔测量领域，尤其是涉及一种沉孔角度的双球测量法。

背景技术

在镦压模具、检测工装及许多零件中常常设置有沉孔，沉孔的孔口角度对零件的配合及预紧力、高周疲劳等力学性能都有很大的影响。针对孔口是内凹的圆锥面的沉孔，无法用普通的量角器和投影仪直接测量。

当前对沉孔角度的测量方法有灌铅填充法、压铆填充法、着色量规法和三坐标测量仪法等。其中灌铅填充法和压铆填充法是将另外一种材料通过流体变形或塑性变形来充填被测件的沉孔孔腔，然后将填充好的材料强行取出，间接测量填充材料的外形角度来获得沉孔的角度，这种方法的实施过程较为繁琐复杂，还需要较大的温度升降或较大的压力，同时在强行取出填充材料时容易将其外形角度再次变动而导致较大的测量误差；着色量规法是使用已知角度值的圆锥，在圆锥表面或者被测件沉孔表面涂上了染色剂，然后将圆锥塞入沉孔中使两者接触，最后分开两者，通过先前未涂染色剂的物件表面被染色的面积大小来判断被测件沉孔的角度是否与圆锥的一致，这种方法只能判断两者角度是否相等和谁大谁小，而无法测得不相等情况下的沉孔角度精确数值；三坐标测量仪法是使用三坐标测量仪的探针接触到沉孔表面，将沉孔的外形在三维坐标中数值化后计算得出沉孔角度，这种方法代价较高。

故而，根据现有的沉孔角度测量方法来说，无法满足对沉孔角度精确掌握的需求，因此必须提出一种新的检测方法，以达到精确和便捷的测量出沉孔角度的目的。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种沉孔角度的双球测量法，以解决准确测量出沉孔角度的需要。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种沉孔角度的双球测量法，所需测量的沉孔为锥形沉孔，其孔口的孔壁为锥形，且该沉孔孔口以及沉孔孔口与沉孔的孔底交界处均车有转接圆，其具体测量步骤如下：

第一步，准备高度测量仪和多个直径已知但其大小不等的钢球；

第二步，如已知沉孔孔口处的粗略角度数值，则直接执行第五步，否则执行第三步；

第三步，通过试错法将不同直径的钢球放置在沉孔内，选择出两个直径不等且外壁与需测量的沉孔孔口处的锥形孔壁抵接的钢球；

第四步，将第三步中选择好的两个钢球依次放到沉孔内，然后通过高度测量仪将两个钢球分别置于沉孔内时的顶点高度差测量出来，而通过公一：#

$\mathrm{\θ}=\frac{360}{\mathrm{\π}}\arcsin \frac{d_3{d}_4-d_4^2}{{2d}_4{h}_1-d_3{d}_4+d_4^2}$

算出粗略的沉孔孔口角度数值，公式一中：

θ是以角度制为单位的沉孔孔口角度粗略数值；

d3是用来测量沉孔孔口角度的两个钢球中较大的钢球直径；

d4是用来测量沉孔孔口角度的两个钢球中较小的钢球直径；

h1是由高度测量仪测得的两个钢球顶点处的高度差；

第五步，使用直径测量工具测出沉孔孔口外缘圆的直径D，并估测出孔口处转接圆的转接半径R1；

再次使用直径测量工具测出沉孔的孔底直径d，同时估测出沉孔孔底与沉孔孔口交界处的转接圆半径R2；

第六步，根据公式二：#计算出与孔口的孔壁抵接效果最佳的钢球直径范围，并在第一步准备的钢球中选择一个最接近该钢球直径范围内最大值的钢球一和一个最接近钢球直径范围内最小值的钢球二，其中公式二中：

D、d、R1、R2均是第五步中所得到的数值；

θ是在第四步中计算得出的沉孔孔口角度粗略数值或者是开始就已知的沉孔孔口角度粗略数值；

d1和d2分别是本步骤中选择出的钢球一和钢球二的直径数值；

第七步，将第六步中选择出的两个钢球依次放到沉孔内，并使用高度测量仪将两个钢球置于沉孔内时的顶点高度差测量出来，之后利用公式三：#得出沉孔孔口精确的角度数值，公式三中：

α是以角度制为单位的沉孔孔口精确的角度数值；

d1和d2分别是第六步中选择出的钢球一和钢球二的直径数值；

h2是由高度测量仪测得的钢球一和钢球二分别置于沉孔内的顶点高度差。

进一步的，所述第一步中准备的多个钢球的标准公差等级均不低于IT6。

进一步的，所述第一步中高度测量仪固定于一工作台上，将带有沉孔的工件置于该工作台的台面上且位于高度测量仪的正下方。

进一步的，所述第四步中，使用高度测量仪测量出两个钢球分别置于沉孔内的高度差的方法是将高度测量仪的探测头抵于第一个放置于沉孔内的钢球顶部后所显示出的高度作为基准，在第二个钢球放置于沉孔内后，该高度测量仪抵于此钢球的顶部而发生的示数变化即为所需的两个钢球顶点处的高度差。

进一步的，第五步中所述的直径测量工具为影像测量仪或者游标卡尺。

进一步的，所述第七步中，将选择出的钢球一和钢球二分别放置在沉孔内，且保证钢球一和钢球二与孔口的孔壁抵接位置不同。

进一步的，所述第七步中，使用高度测量仪测得的钢球一和钢球二分别置于沉孔内的顶点高度差的方法为将高度测量仪的探测头抵于第一个放置于沉孔内的钢球顶部后所显示出的高度作为基准，在第二个钢球放置于沉孔内后，该高度测量仪抵于此钢球的顶部而发生的示数变化即为钢球一和钢球二分别置于沉孔后的顶点高度差。

相对于现有技术，本发明所述的一种沉孔角度的双球测量法具有以下优势：

(1)本发明所述的双钢球测量沉孔孔口角度的方法中使用的测量工具简单，且测量步骤实操简便，方便操作者掌握，同时在考虑到实际加工出的沉孔形状后精确得出了锥形沉孔的孔口角度。

(2)本发明所述的双钢球在测量方法中的选取方式和放置在沉孔内的方式可在测量期间自动找准沉孔的中心线所在处并使其自身的的中线与孔中线重合，从而提高了测量孔口角度的精确度，同时在不会对沉孔产生损伤的情况下，间接的节省了测量时间。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的待测沉孔的结构示意图；

图2为本发明实施例所述第三步中通过试错法挑选钢球时钢球掉落沉孔孔底的示意图；

图3为本发明实施例所述第三步中通过试错法挑选钢球时钢球抵于孔口与孔底交界处的示意图；

图4为本发明实施例所述第三步中通过试错法挑选钢球时钢球抵于孔口外边缘处的示意图；

图5为本发明实施例所述第六步中钢球一与沉孔孔口抵接的示意图；

图6为本发明实施例所述第六步中钢球二与沉孔孔口抵接的示意图；

图7为本发明实施例通过高度测量仪测量出钢球一和钢球二分别置于沉孔内时的高度差示意图。

附图标记说明：

1-工件，21-沉孔孔口，22-沉孔的孔底，3-钢球，4-高度测量仪。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

另外，在本发明的实施例中所提到的沉孔孔底，是指锥形沉孔中圆柱形的部分。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

一种沉孔角度的双球测量法，所需测量的沉孔为锥形沉孔，其孔口21的孔壁为锥形，且该沉孔孔口21以及沉孔孔口21与沉孔的孔底22交界处均车有转接圆，其具体测量步骤如下：

第一步，准备高度测量仪4和标准公差等级均不低于IT6的多个直径已知但其大小不等的钢球3，所述高度测量仪4固定于一工作台上，将带有沉孔的工件1置于该工作台的台面上且位于高度测量仪4的正下方；

本实施例中准备了直径分别为4mm、8mm、12mm、15mm、19mm、22mm、24mm、28mm、40mm、60mm的钢球3。

第二步，如已知沉孔孔口21处的粗略角度数值，则直接执行第五步，否则执行第三步。

第三步，通过试错法将不同直径的钢球3放置在沉孔内，选择出两个直径不等且外壁与需测量的沉孔孔口21处的锥形孔壁抵接的钢球3；

本实施例的试错法的操作方法如下：

将一个钢球3放到沉孔内，若此钢球3掉入沉孔内的孔底22中，如图2中的钢球3所示意，或者如图3所示，钢球3明显的接触到了沉孔孔底22与沉孔孔口21交界处的转接圆上，上述两种情况均需换一个直径较大些的钢球3再试错；

若放到沉孔上后钢球3与沉孔的接触位置是沉孔的孔口21外缘，如图4中刚球所示，则换一个直径较小些的钢球3再试错；

如此通过多次试错，最终获得两个直径不等的钢球3，如图5和图6所示，这两个钢球3放到沉孔上后均与沉孔孔口21的孔壁接触，接触位置如图5和图6中的箭头所示；

而在本实施例中直径为24mm和22mm的两个钢球符合选择要求，因此通过试错法选择了24mm和22mm的两个钢球。

第四步，将第三步中选择好的两个钢球3依次放到沉孔内，然后通过高度测量仪4将两个钢球3分别置于沉孔内时的顶点高度差测量出来，而使用高度测量仪4测量出两个钢球3分别置于沉孔内的高度差的方法是将高度测量仪4的探测头抵于第一个放置于沉孔内的钢球3顶部后所显示出的高度作为基准，在第二个钢球3放置于沉孔内后，该高度测量仪4抵于此钢球3的顶部而发生的示数变化即为所需的两个钢球3顶点处的高度差h1；而后通过公式一：#算出粗略的沉孔孔口21角度数值，公式一中：

θ是以角度制为单位的沉孔孔口21角度粗略数值；

d3是用来测量沉孔孔口21角度的两个钢球3中较大的钢球直径；

d4是用来测量沉孔孔口21角度的两个钢球3中较小的钢球直径；

h1是由高度测量仪4测得的两个钢球3顶点处的高度差；

第三步中d3为24mm，d4为22mm，那么使用高度测量仪4测得的两次高度差h1为2.31mm，将数值带入公式一中得到θ为99.52°，即99°31′。

第五步，使用影像测量仪或者游标卡尺测出沉孔孔口21外缘圆的直径D，并估测出孔口21处转接圆的转接半径R1；

再次使用影像测量仪或者游标卡尺测出沉孔的孔底22直径d，同时估测出沉孔孔底22与沉孔孔口21交界处的转接圆半径R2；

本实施例中，测得D为20.85mm，d为10mm；估测R1为0.5mm，R2为0.8mm。

第六步，根据公式二：#计算出与孔口21的孔壁抵接效果最佳的钢球直径范围，并在第一步准备的钢球3中选择一个最接近该钢球直径范围内最大值的钢球一和一个最接近钢球直径范围内最小值的钢球二，其中公式二中：

D、d、R1、R2均是第五步中所得到的数值；

θ是在第四步中计算得出的沉孔孔口21角度粗略数值或者是开始就已知的沉孔孔口21角度粗略数值；

d1和d2分别是本步骤中选择出的钢球一和钢球二的直径数值；

将实施例中得出的数值带入公式二中，即可得出17.95≤d₁，d₂≤30.73，所以从第一步中所准备的钢球3中选择直径最接近上述范围内最小值17.96的钢球d2为19mm，直径最接近上述范围内最大值30.73的钢球d1为28mm。

第七步，将第六步中选择出的两个钢球3依次放到沉孔内且保证钢球一和钢球二与孔口21的孔壁抵接位置不同，并使用高度测量仪4将两个钢球3置于沉孔内时的顶点高度差测量出来，如图7所示，使用高度测量仪测4得的钢球一和钢球二分别置于沉孔内的顶点高度差的方法为将高度测量仪4的探测头抵于第一个放置于沉孔内的钢球3顶部后所显示出的高度作为基准，在第二个钢球放置于沉孔内后，该高度测量仪4抵于此钢球3的顶部而发生的示数变化即为钢球一和钢球二分别置于沉孔后的顶点高度差；之后利用公式三：#得出沉孔孔口21精确的角度数值，公式三中：

α是以角度制为单位的沉孔孔口21精确的角度数值；

d1和d2分别是第六步中选择出的钢球一和钢球二的直径数值；

h2是由高度测量仪4测得的钢球一和钢球二分别置于沉孔内的顶点高度差。

根据本实施例中测得的高度差h2为10.37mm，将h2＝1.037以及钢球3的直径d1＝28，d2＝19带入公式三中，得到α为100.1°，即100°6′。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种沉孔角度的双球测量法，所需测量的沉孔为锥形沉孔，其孔口的孔壁为锥形，且该沉孔孔口以及沉孔孔口与沉孔的孔底交界处均车有转接圆，其特征在于：具体步骤如下：

第一步，准备高度测量仪和多个直径已知但其大小不等的钢球；

第二步，如已知沉孔孔口处的粗略角度数值，则直接执行第五步，否则执行第三步；

第三步，通过试错法将不同直径的钢球放置在沉孔内，选择出两个直径不等且外壁与需测量的沉孔孔口处的锥形孔壁抵接的钢球；

第四步，将第三步中选择好的两个钢球依次放到沉孔内，然后通过高度测量仪将两个钢球分别置于沉孔内时的顶点高度差测量出来，而通过公式一：#

$\mathrm{\θ}=\frac{360}{\mathrm{\π}}\mathrm{arcs}\ln \frac{d_3{d}_4-d_4^2}{2d_4{h}_1-d_3{d}_4+d_4^2}$

算出粗略的沉孔孔口角度数值，公式一中：

θ是以角度制为单位的沉孔孔口角度粗略数值；

d3是用来测量沉孔孔口角度的两个钢球中较大的钢球直径；

d4是用来测量沉孔孔口角度的两个钢球中较小的钢球直径；

h1是由高度测量仪测得的两个钢球顶点处的高度差；

第五步，使用直径测量工具测出沉孔孔口外缘圆的直径D，并估测出孔口处转接圆的转接半径R1；

再次使用直径测量工具测出沉孔的孔底直径d，同时估测出沉孔孔底与沉孔孔口交界处的转接圆半径R2；

第六步，根据公式二：#

计算出与孔口的孔壁抵接效效果最佳的钢球直径范围，并在第一步准备的钢球中选择一个最接近该钢球直径范围内最大值的钢球一和一个最接近钢球直径范围内最小值的钢球二，其中公式二中：

D、d、R1、R2均是第五步中所得到的数值；

θ是在第四步中计算得出的沉孔孔口角度粗略数值或者是开始就已知的沉孔孔口角度粗略数值；

d1和d2分别是本步骤中选择出的钢球一和钢球二的直径数值；

第七步，将第六步中选择出的两个钢球依次放到沉孔内，并使用高度测量仪将两个钢球置于沉孔内时的顶点高度差测量出来，之后利用公式三：#得出沉孔孔口精确的角度数值，公式三中：

α是以角度制为单位的沉孔孔口精确的角度数值；

d1和d2分别是第六步中选择出的钢球一和钢球二的直径数值；

h2是由高度测量仪测得的钢球一和钢球二分别置于沉孔内的顶点高度差。

2.根据权利要求1所述的一种沉孔角度的双球测量法，其特征在于：所述第一步中准备的多个钢球的标准公差等级均不低于IT6。

3.根据权利要求1所述的一种沉孔角度的双球测量法，其特征在于：所述第一步中高度测量仪固定于一工作台上，将带有沉孔的工件置于该工作台的台面上且位于高度测量仪的正下方。

4.根据权利要求3所述的一种沉孔角度的双球测量法，其特征在于：所述第四步中，使用高度测量仪测量出两个钢球分别置于沉孔内的高度差的方法是将高度测量仪的探测头抵于第一个放置于沉孔内的钢球顶部后所显示出的高度作为基准，在第二个钢球放置于沉孔内后，该高度测量仪抵于此钢球的顶部而发生的示数变化即为所需的两个钢球顶点处的高度差。

5.根据权利要求1所述的一种沉孔角度的双球测量法，其特征在于：第五步中所述的直径测量工具为影像测量仪或者游标卡尺。

6.根据权利要求1所述的一种沉孔角度的双球测量法，其特征在于：所述第七步中，将选择出的钢球一和钢球二分别放置在沉孔内，且保证钢球一和钢球二与孔口的孔壁抵接位置不同。

7.根据权利要求3所述的一种沉孔角度的双球测量法，其特征在于：所述第七步中，使用高度测量仪测得的钢球一和钢球二分别置于沉孔内的顶点高度差的方法为将高度测量仪的探测头抵于第一个放置于沉孔内的钢球顶部后所显示出的高度作为基准，在第二个钢球放置于沉孔内后，该高度测量仪抵于此钢球的顶部而发生的示数变化即为钢球一和钢球二分别置于沉孔后的顶点高度差。