CN104713460B - 锥形沉孔的沉头角度测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明创造提供了一种锥形沉孔的沉头角度测量装置，其包括百分表、套筒以及角度测量机构；所述百分表的测量头置于所述套筒的内腔中；所述角度测量机构包括量规测头和测头连接块，所述测头连接块置于所述套筒的内腔中并与该内腔的底部滑动配合，所述量规测头相对于套筒的内腔作伸缩运动，该量规测头包括定位部和测量部，该测量部的顶端与所述测头连接块的底部连接，当测量部的底面与套筒底面共平面的时候，百分表的测量杆被压缩且其测量头抵接于测头连接块的顶部。本专利所述的测头连接块和套筒都设计上避开了沉头孔的外沿尺寸，此项改进使两者成为测量装置中不用更换的标准零件，使用时只需要更换与锥形沉孔相匹配的量规测头即可。

Description

锥形沉孔的沉头角度测量装置及测量方法

技术领域

本发明创造属于锥形沉孔的沉头角度测量领域，尤其是涉及一种锥形沉孔的沉头角度测量装置及测量方法。

背景技术

航空航天紧固件中有一大类的产品为沉头类紧固件，像沉头螺栓、沉头铆钉等等，这些紧固件在生产和验收过程中需要做相应的安装和检测试验，而在使用过程和试验过程中都需要使用大量的带沉头孔的安装板和试验工装于这些紧固件匹配，沉头孔的尺寸(尤其是沉头孔角度)合格与否直接影响到沉头类紧固件使用效果和检测结果，所以沉头孔类零件尺寸的检测非常重要。

如图6所示，沉头孔零件的加工和检验一般按三个加工尺寸：底孔尺寸D、沉头孔外沿尺寸D_k、沉头角度θ。其中底孔尺寸D和沉头孔外沿尺寸D_k较容易加工和测量，直接使用普通的游标卡尺就可以对其进行测量，沉头孔零件的生产和测量难点主要在于沉头角度θ的测量，由于其空间小，且不容易找到测量基准，无法通过通用测量量具来对其进行测量，而生产时由于刀具会发生磨损，沉头角度则会发生变化，所以找出一种有效的测量方法和工具来对其进行测量就显得由为必要。

目前，在不破坏沉头孔的前提下，还没有比较有效的检测工具和方法来检测沉头孔的沉头部分尺寸，使用三坐标测量仪虽然可以测量沉头孔尺寸，但其测量精度和取样点数量成正比，要想测量结果准确需要取大量的测量点，其测量方法较为繁琐，且效率低，也不适合于车间和装配现场大批量、灵活性的测量要求。

发明内容

有鉴于此，本发明创造旨在提出一种锥形沉孔的沉头角度测量装置，以解决精确测量沉孔的沉头角度问题的同时，使用的测量装置要在不过多更换零部件的情况下，可适用多种规格的沉孔测量要求。

为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：

锥形沉孔的沉头角度测量装置，其包括百分表、套筒以及角度测量机构；

所述百分表的测量头置于所述套筒的内腔中；

所述角度测量机构包括量规测头和测头连接块，所述测头连接块置于所述套筒的内腔中并与该内腔的底部滑动配合，所述量规测头相对于套筒的内腔作伸缩运动，该量规测头包括定位部和测量部，该测量部的顶端与所述测头连接块的底部连接，当测量部的底面与套筒底面共平面的时候，百分表的测量杆被压缩且其测量头抵接于测头连接块的顶部，而所述定位部置于套筒外部。

进一步的，所述定位部和测量部均为圆柱体，定位部和测量部叠加设置且该测量部的直径大于所述定位部的直径。

进一步的，所述套筒的内腔包括放置腔和滑动腔，所述放置腔的腔体直径大于滑动腔的腔体直径，所述测量头置于该放置腔内，所述放置腔和滑动腔连通并构成阶梯状腔室。

进一步的，所述测头连接块包括上测头连接部和下量规连接部，所述上测头连接部的底面与下量规连接部的顶面连接，上测头连接部的直径大于所述下量规连接部的直径，该上测头连接部置于所述放置腔内，而所述下量规连接部的外壁与所述滑动腔的内壁滑动配合，且该下量规连接部的底部与所述测量部连接。

进一步的，所述量规测头还包括连接部，该连接部的外壁车有螺纹，所述测头连接块的下量规连接部的底部开有连接孔，所述量规测头通过连接部和连接孔螺合而与测头连接块连接。

进一步的，所述套筒的侧壁上开有紧固孔，该紧固孔与放置腔连通，通过所述紧固孔旋入的紧固螺钉而将百分表的测量杆固定在放置腔内。

相对于现有技术，本发明创造所述的锥形沉孔的沉头角度测量装置具有以下优势：

(1)本发明创造所述的百分表、套筒和角度测量机构的配合设立，可以将直接测量沉头角度转化为测量长度，进而通过使用该测量装置来测量沉头角度的效率加快，同时还提高了其测量精度。

(2)本发明创造所述的测头连接块和套筒都设计上避开了沉头孔的外沿尺寸，此项改进使两者成为测量装置中不用更换的标准零件，使用时只需要更换与锥形沉孔相匹配的量规测头即可。

(3)本发明创造所述套筒的阶梯状内腔和与其配合的测头连接块，使得测头连接块可以在套筒内腔的垂直方向自由移动，并且利用台阶面进行限位，使其不至于从套筒内滑脱。

本发明创造的另一目的在于提出一种利用上面所述的测量装置而测量出沉头角度的测量方法，以提高测量锥形沉孔的沉头角度的速度和精准度。

为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：

锥形沉孔的沉头角度测量方法，其中测量的锥形沉孔包括顶孔和底孔，所述底孔的孔径D均相等，所述顶孔的孔径由底孔到顶孔的方向逐渐增加，需要测量的沉头角度为顶孔孔壁向外散射的角度θ，而顶孔的外沿的直径为D_K；

其具体测量方法如下：

步骤一，首先选择适合被测量的锥形沉孔的量规测头，将量规测头与测头连接块连接，并将两者装入套筒中，后将百分表的测量杆装入套筒并使其测量头与测头连接块的顶部配合好；

步骤二，使用一种校零工件对整个测量装置进行校零，而所述的校零工件即为上下两个端面与水平面平行且其上端面开有与定位部配合的避让孔，该避让孔的直径小于测量部的直径；

将整个沉头角度测量装置竖直放置在校零工件的上端面处进行校零，此时的套筒底面作为测量基准面，而定位部伸入到避让孔内，测量部的底面抵接在避让孔外；

步骤三，通过普通的测量孔径的量规将锥形沉孔的底孔孔径D和顶孔的外沿直径D_K的数值测量出来；

步骤四，将校零后的沉头角度测量装置中的量规测头的定位部置于锥形沉孔的底孔内，而测量部的底面边沿则与所述顶孔孔壁抵接，此时的测量部的底面直径为d，同时百分表上的显示值即为被测插入深度h；

步骤五，利用几何关系式：即可合算出沉头角度θ：

进一步的，步骤一中选择适合被测量的锥形沉孔的量规测头即为定位部可与底孔的孔壁间隙配合，而测量部可抵接于顶孔孔壁的量规测头。

进一步的，步骤二中的校零过程将套筒的底面作为测量基准面，此时的测头连接块的顶部与百分表的测量头抵接并将百分表的测量杆压缩，此状态下将百分表的示数调节成零刻度。

进一步的，所述套筒的外壁上开有一紧固孔，该紧固孔为通孔，所述百分表的测量杆置于所述套筒腔内，通过所述紧固孔旋入紧固螺钉，所述测量杆通过该紧固螺钉与所述套筒固定；

在步骤一中将角度测量机构装入套筒中，后将百分表装入套筒并使其测量头与测头连接块的顶部配合好，然后利用紧固螺钉将百分表的测量杆与套筒固定，之后再进行校零。

相对于现有技术，本发明创造所述的利用上面所述的测量装置而测量出沉头角度的测量方法具有以下优势：

(1)本发明创造所述的测量沉头角度的方法巧妙的利用正弦关系，将测量沉头角度转化成测量深度，以此可简便的得出沉头角度，且相对以前的方式更加精确和便捷。

(2)本发明创造量规测头的定位部可提高整个测量沉头角度的精确度，减少误差的产生率。

附图说明

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

图1为本发明创造实施例所述的测量装置结构示意图；

图2为本发明创造实施例所述的套筒的结构示意图；

图3为本发明创造实施例所述的量规测头的结构示意图；

图4为本发明创造实施例所述的测头连接块的结构示意图；

图5为本发明创造实施例所述的角度测量机构置于锥形沉孔内的示意图；

图6为本发明创造实施例所述的锥形沉孔的参数示意图。

附图标记说明：

1-量规测头，11-定位部，12-测量部，13-连接部，2-测头连接块，21-上测头连接部，22-下量规连接部，221-连接孔，3-套筒，31-放置腔，311-紧固孔，32-滑动腔，4-填隙套，5-紧固螺钉，6-百分表，61-测量头，71-沉孔的顶孔，72-沉孔的底孔，8-测量工件，9-校零工件，91-避让孔。

具体实施方式

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

另外，在本发明创造的实施例中所选用的百分表6，并不局限于此，还可以选用其他测量长度的工具，比如千分表。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明创造。

如图1所示，锥形沉孔的沉头角度测量装置，其包括百分表6、套筒3以及角度测量机构；

如图2所示，所述套筒3的内腔包括放置腔31和滑动腔32，所述放置腔31的腔体直径大于滑动腔32的腔体直径，百分表6的测量头61置于该放置腔31内，所述放置腔31和滑动腔32连通并构成阶梯状腔室，而放置腔31和滑动腔32均由开设的孔形成，在所述套筒3的侧壁上开有紧固孔311，该紧固孔311与放置腔31连通，通过所述紧固孔311旋入的紧固螺钉5而将百分表6的测量杆固定在放置腔31内，在测量杆的外壁上还套有填隙套4，测量杆通过填隙套4与放置腔31内壁紧密固定，且在实际安装过程中，可通过选用不同规格的填隙套4，而满足不同测量杆的固定需求。

当然，所述套筒3外壁包括共中心线的第一部分和第二部分，所述第一部分的底部与所述第二部分连接，第一部分的纵向截面为长方形，第二部分的纵向截面为梯形，所述第一部分的纵向截面的一条边与所述第二部分的纵向截面的上底重合，且该第二部分的纵向截面的上底长度小于其下底长度，第二部分为所述套筒3的底部；这样的套筒3外壁设计可保证使用该测量装置进行沉头角度测量时，方便将套筒3平稳的置于开有锥形沉孔的测量工件8表面上。

所述角度测量机构包括量规测头1和测头连接块2；

所述量规测头1相对于套筒3的内腔作伸缩运动，该量规测头1包括连接部13、均为圆柱体的定位部11和测量部12，定位部11和测量部12叠加设置且该测量部12的直径大于所述定位部11的直径，所述测量部12的顶端与所述测头连接块2的底部连接，当测量部12的底面与套筒3底面共平面的时候，百分表6的测量杆被压缩且其测量头61抵接于测头连接块2的顶部，而所述定位部11置于套筒3外部，如图3所示，所述连接部13的外壁车有螺纹，下述的测头连接块2的下量规连接部22底部开有连接孔221，所述量规测头1通过连接部13和连接孔221螺合而与测头连接块2连接；

这里的定位部11起到了定位导向的作用，当测量部12置于顶孔71内时，定位部11则插入到了底孔72中，这样就可以保证整个测量部12在与顶孔71孔壁抵接过程不会发生过多的偏移，从而提高了测量的精确性。

如图4所示，所述测头连接块2包括均为圆柱体的上测头连接部21和下量规连接部22，所述上测头连接部21的底面与下量规连接部22的顶面连接，上测头连接部21的直径大于所述下量规连接部22的直径，该上测头连接部21置于所述放置腔31内，而所述下量规连接部22的外壁与所述滑动腔32的内壁滑动配合，且该下量规连接部22的底部与所述测量部12连接；

值得说的，测头连接块1的测量部与套筒内腔的配合，使得测头连接块1在套筒3内的垂直方向自由移动，并且利用内腔存在的台阶面进行限位，使测头连接块1不至于从套筒3内滑脱。

本测量装置中，测头连接块2和套筒3都在设计上避开了沉孔的顶孔71的外沿尺寸，此项改进使两者成为测量装置中不用更换的标准零件，使用时只需要更换与锥形沉孔相匹配的量规测头1即可，故而从根本上节约了测量成本，还能进一步提高测量精确度。

利用本实施例所述的沉头角度测量装置而设计的角度测量方法如下：

如图6所示，将待测量的锥形沉孔包括顶孔71和底孔72，所述底孔72的孔径D均相等，所述顶孔71的孔径由底孔72到顶孔71的方向逐渐增加，需要测量的沉头角度为顶孔71孔壁向外散射的角度θ，而顶孔71的外沿的直径为D_K；所述方法包括如下步骤：

步骤一，首先选择适合被测量的锥形沉孔的量规测头1，将量规测头1与测头连接块2连接，并将两者装入套筒3中，后将百分表6的测量杆装入套筒3并使其测量头61与测头连接块2的顶部配合好；

而所述选择适合被测量的锥形沉孔的量规测头1即为定位部11可与底孔72的孔壁间隙配合，而测量部12可抵接于顶孔71孔壁的量规测头1；

步骤二，如图1所示，使用一种校零工件9对整个测量装置进行校零，而所述的校零工件9即为上下两个端面与水平面平行且其上端面开有与定位部11配合的避让孔91，该避让孔91的直径小于测量部12的直径；

将整个沉头角度测量装置竖直放置在校零工件9的上端面处进行校零，此时的套筒3底面作为测量基准面，而定位部11伸入到避让孔91内，测量部12的底面抵接在避让孔91外；

此时的测头连接块2的顶部与百分表6的测量头61抵接并将百分表6的测量杆压缩，此状态下将百分表6的示数调节成零刻度；

步骤三，通过普通的测量孔径的量规将锥形沉孔的底孔72孔径D和顶孔71的外沿直径D_K的数值测量出来；

步骤四，如图5所示，将校零后的沉头角度测量装置中的量规测头1的定位部11置于锥形沉孔的底孔72内，而测量部12的底面边沿则与所述顶孔71孔壁抵接，此时的测量部12的底面直径为d，同时百分表6上的显示值即为被测插入深度h；

步骤五，利用几何关系式：即可合算出沉头角度θ：

本专利可供一般的检验人员就可以进行检验使用，检测不同规格的沉头孔角度时，不需要更换套筒3和测头连接块2，只需要更换相应的量规测头1即可，且更换时无需要将百分表6取下，直接将量规测头1拧下，并换上新的量规测头1即可。

将测头连接块2和套筒3设计成标准件，同时将具有测量功效和定位功效的部件集成一体，并构成可更换式的量规测头1，可使得测量装置的使用与管理成本大大降低，在大幅提高测量效率的同时还提高了测量精度。

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

Claims (4)

1.锥形沉孔的沉头角度测量装置，其特征在于：包括百分表(6)、套筒(3)以及角度测量机构；

所述百分表(6)的测量头(61)置于所述套筒(3)的内腔中；

所述角度测量机构包括量规测头(1)和测头连接块(2)，所述测头连接块(2)置于所述套筒(3)的内腔中并与该内腔的底部滑动配合，所述量规测头(1)相对于套筒(3)的内腔作伸缩运动，该量规测头(1)包括定位部(11)、测量部(12)和连接部(13)，所述测量部(12)顶端设有连接部(13)，该连接部(13)的外壁车有螺纹，所述测头连接块(2)的下量规连接部(22)的底部开有连接孔(221)，所述量规测头(1)通过连接部(13)和连接孔(221)螺合而与测头连接块(2)连接，当测量部(12)的底面与套筒(3)底面共平面的时候，百分表(6)的测量杆被压缩且其测量头(61)抵接于测头连接块(2)的顶部，而所述定位部(11)置于套筒(3)外部；

所述套筒(3)的侧壁上开有紧固孔(311)，该紧固孔(311)与放置腔(31)连通，通过所述紧固孔(311)旋入的紧固螺钉(5)而将百分表(6)的测量杆固定在放置腔(31)内；

所述定位部(11)和测量部(12)均为圆柱体，定位部(11)和测量部(12)叠加设置且该测量部(12)的直径大于所述定位部(11)的直径；

所述套筒(3)的内腔包括放置腔(31)和滑动腔(32)，所述放置腔(31)的腔体直径大于滑动腔(32)的腔体直径，所述测量头(61)置于该放置腔(31)内，所述放置腔(31)和滑动腔(32)连通并构成阶梯状腔室。

2.根据权利要求1所述的锥形沉孔的沉头角度测量装置，其特征在于：所述测头连接块(2)包括上测头连接部(21)和下量规连接部(22)，所述上测头连接部(21)的底面与下量规连接部(22)的顶面连接，上测头连接部(21)的直径大于所述下量规连接部(22)的直径，该上测头连接部(21)置于所述放置腔(31)内，而所述下量规连接部(22)的外壁与所述滑动腔(32)的内壁滑动配合，且该下量规连接部(22)的底部与所述测量部(12)连接。

3.一种使用权利要求1所述的锥形沉孔的沉头角度测量装置而测量沉头角度的方法，待测量的锥形沉孔包括顶孔(71)和底孔(72)，所述底孔(72)的孔径D均相等，所述顶孔(71)的孔径由底孔(72)到顶孔(71)的方向逐渐增加，需要测量的沉头角度为顶孔(71)孔壁向外散射的角度θ，而顶孔(71)的外沿的直径为D_K，其特征在于：所述方法包括如下步骤：

步骤一，首先选择适合被测量的锥形沉孔的量规测头(1)，将量规测头(1)与测头连接块(2)连接，并将两者装入套筒(3)中，后将百分表(6)的测量杆装入套筒(3)并使其测量头(61)与测头连接块(2)的顶部配合好；

步骤二，使用一种校零工件(9)对整个测量装置进行校零，而所述的校零工件(9)即为上下两个端面与水平面平行且其上端面开有与定位部(11)配合的避让孔(91)，该避让孔(91)的直径小于测量部(12)的直径；

将整个沉头角度测量装置竖直放置在校零工件(9)的上端面处进行校零，此时的套筒(3)底面作为测量基准面，而定位部(11)伸入到避让孔(91)内，测量部(12)的底面抵接在避让孔(91)外；

步骤三，通过普通的测量孔径的量规将锥形沉孔的底孔(72)孔径D和顶孔(71)的外沿直径D_K的数值测量出来；

步骤四，将校零后的沉头角度测量装置中的量规测头(1)的定位部(11)置于锥形沉孔的底孔(72)内，而测量部(12)的底面边沿则与所述顶孔(71)孔壁抵接，此时的测量部(12)的底面直径为d，同时百分表(6)上的显示值即为被测插入深度h；

步骤五，利用几何关系式：即可合算出沉头角度θ：

步骤一中选择适合被测量的锥形沉孔的量规测头(1)即为定位部(11)可与底孔(72)的孔壁间隙配合，而测量部(12)可抵接于顶孔(71)孔壁的量规测头(1)；

步骤二中的校零过程将套筒(3)的底面作为测量基准面，此时的测头连接块(2)的顶部与百分表(6)的测量头(61)抵接并将百分表(6)的测量杆压缩，此状态下将百分表(6)的示数调节成零刻度。

4.根据权利要求3所述的沉头角度测量方法，其特征在于：所述套筒(3)的外壁上开有一紧固孔(311)，该紧固孔(311)为通孔，所述百分表(6)的测量杆置于所述套筒(3)腔内，通过所述紧固孔(311)旋入紧固螺钉(5)，所述测量杆通过该紧固螺钉(5)与所述套筒(3)固定；

在步骤一中将角度测量机构装入套筒(3)中，后将百分表(6)装入套筒(3)并使其测量头(61)与测头连接块(2)的顶部配合好，然后利用紧固螺钉(5)将百分表(6)的测量杆与套筒(3)固定，之后再进行校零。