CN104833318A - 一种两凹球心连线与端面垂直度测量装置 - Google Patents

Abstract

一种两凹球心连线与端面垂直度测量装置，包括底座、平板、滑块，所述平板固定于底座之上，滑块可沿平板滑动，在其一端安装动球头，在平板上与动球头相对的位置设置有定球头，动球头与定球头之间放置待测零件，所述动球头随滑块在平板上滑动时，动球头球心与定球头球心之间的轴线不变；所述定球头外侧跨装一个平行反光镜，平行反光镜的一个侧面与所述待测零件的端面贴合，另一个侧面外设置一个自准直仪；通过采用这种测量装置，可快速检测两凹球心连线与端面垂直度，极大地提高了检测效率，有较好的应用前景。

Description

一种两凹球心连线与端面垂直度测量装置

技术领域

本发明涉及机械加工及测量行业。具体涉及一种能够方便、快速、准确地对具有两凹球心连线为基准轴线，且有端面与该基准轴线有精确垂直度要求为特征的零件进行垂直度测量的装置。

背景技术

以两个凹球(又称球碗)球心连线为基准轴线，零件上有其他端面需与该基准轴线垂直为特征的零件，其微米级的垂直度要求是靠手工精研端面实现的。然而，其垂直度的精确测量一直是个难题，原因是凹球球心是虚拟球心，无法直接确定和测量，行业上对其的精确测量多在三座标测量仪上进行，利用其球形测头分别在两个凹球面及端面上进行多点测量(通常共计要测量28个点)，再经电脑拟合计算处理后得出端面与两凹球球心连线的垂直度数值。此法有三点不足：1.需依赖高精度三座标测量仪；2.检测点多，耗时长；3.生产效率低，因为微米级的垂直度精研需边研磨边检测，直至达到精度要求，此工序中的每次检测都要送至三座标测量仪上进行，额外增加了很多运送和等待时间，无疑极大地影响了生产效率。

发明内容

本发明解决的技术问题是：提供了一种两凹球心连线与端面垂直度测量装置，可实现对两凹球心型零件的两凹球心连线与端面垂直度测量。

本发明的技术解决方案是：

一种两凹球心连线与端面垂直度测量装置，包括底座、平板、滑块，所述平板固定于底座之上，滑块可沿平板滑动，在其一端安装动球头，在平板上与动球头相对的位置设置有定球头，动球头与定球头之间放置待测零件，所述动球头随滑块在平板上滑动时，动球头球心与定球头球心之间的轴线不变；使用时，先将标准零件固定在定球头和动球头之间，定球头外侧跨装一个平行反光镜，平行反光镜的一个侧面与所述待测零件的端面贴合，另一个侧面外设置一个自准直仪；调整自准直仪直至被反射光标与自准直仪的十字线中心相重合，此时标准零件的端面法线方向被确定(即零误差法线)，取下标准零件，将被测零件固定在定球头和动球头之间，读取自准直仪中返回光标的偏离值，此值即为该被测零件端面的垂直度角度误差。

所述滑块的一侧固定安装有两个侧定位挡块，另一侧设置有压紧件，压紧件与侧定位挡块用于限制滑块沿直线运动。

所述压紧件包括第一压紧轴承、第二压紧轴承、第一轴承臂、第二轴承臂、第一压紧弹簧和第二压紧弹簧；所述第一压紧轴承安装于第一轴承臂的一端，第一轴承臂的另一端通过第一转轴固定于平板上，第一压紧弹簧在第一轴承臂靠近第一压紧轴承处对第一轴承臂向滑块方向施压；第二压紧轴承安装于第二轴承臂的一端，第二轴承臂的另一端通过第二转轴固定于平板上，第二压紧弹簧在第二轴承臂靠近第二压紧轴承处对第二轴承臂向滑块方向施压；

所述滑块的两侧固定安装有磁铁支架，每一个磁铁支架上固定安装有磁铁，待测零件置于定球头和动球头之间后，其端面位于磁铁与平行反光镜之间，磁铁通过其磁力将平行反光镜吸引，使其一侧与待测零件的被测端面贴合。

所述定球头通过圆柱柄固定于平板之上，平行反光镜为“U”形结构，其U形槽部分跨套于所述圆柱柄上，平行反光镜与在垂直方向的支撑是靠磁悬浮方式实现的，即平行反光镜和平板上各有两个磁铁，通过两同极相斥产生的磁悬浮力支撑的。

所述滑块的一端设置有弹性复位机构，弹性复位机构包括复位弹簧、弹簧顶、大弹簧座和调节螺钉，其中复位弹簧的一端顶住滑块，另一端顶住弹簧顶，弹簧顶设置于大弹簧座的内部，调节螺钉穿过大弹簧座顶住弹簧顶，通过改变调节螺钉旋入大弹簧座的深度，可调节弹簧顶的位置，进而调节复位弹簧的压缩程度。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明中的两个基准球头的相向移动将被测零件夹持并准确地固定在空间，此时亦即两球心的连线被固定，平行反光镜镜面的法线代表了被测零件端面的法线，并将其放大成可反射面，利用自准直仪可测量角秒级偏差的特点，测出反射光的偏角，进而实现了对被测零件端面垂直度偏差的高精度测量，摆脱了对三座标仪的依赖，并大大提高了检测效率。

(2)本发明通过在滑块一侧设置挡板，另一侧设置压紧件，可限制滑块沿直线运动，保证定位精确；另外，通过设置磁铁为平行反光镜提供支撑浮力和贴合拉力，使其能够与待测零件端面稳定、可靠的贴合，确保测量准确。

附图说明

图1为本发明测量装置的三维示意图；

图2为本发明测量装置的过两基准球轴线的水平剖面；

图3为本发明测量装置过平行反光镜的阶梯剖面图。

具体实施方式

本发明极大的提高了两凹球心连线与端面垂直度的检测效率，具体设计原理如下：采用两个与被检测零件凹球球径相对应的基准球头，一个为固定球头，安装在固定支座上，另一个球头安装在一个仅可直线移动的滑块一端，形成一个动球头，两者的相对而动构成了顶持机构。将一零垂直度误差的零件(亦即标准零件)置于两基准球头之间，移动动球头将其顶持在定、动球头之间，实现其球心连线被固定，再将一块特制的、其两面平行度、粗糙度极高的平行反光镜的一面通过磁力吸合在标准零件的被测端面上，将自准直仪对准平行反光镜的另一侧反射面，并将自准直仪调整至反射光标与自身的十字线中心相重合，此时标准零件的端面法线(亦即零误差标准法线)方向被确定。取下平行反光镜，移开标准零件，取而代之以实际被测零件，重复上述过程，读取自准直仪返回光标的偏离值，此值即为该被测端面垂直度的角度误差。这种测量装置在工程测量上有较好的应用前景。

以下结合附图对本发明进行详细说明。

图1为本发明测量装置的三维示意图，图2为本发明测量装置的过两基准球轴线的水平剖面，从图1和图2可以看出，本发明的测量装置包括底座1、平板2、滑块3、侧定位挡块4、复位弹簧5、弹簧顶6、大弹簧座7、调节螺钉8、第一压紧轴承9、第一压紧弹簧10、第一小弹簧座11、第一轴承臂12、第一转轴13、推钮14、第二转轴15、第二轴承臂16、第二压紧弹簧17、第二小弹簧座18、第二压紧轴承19、磁铁支架20、磁铁21、平行反光镜22、定球头座23、定球头24、被测零件25、动球头26、上磁铁27，下磁铁28，下磁铁座29和自准直仪30。装置的底座1上固定着平板2，平板2的上表面平面度极高，与两个侧定位挡块4构成了两基面体系，滑块3被置于此两基面体系内作精准的直线滑动。滑块3的尾端由复位弹簧5推动，复位弹簧5的另一端由大弹簧座7内部的弹簧顶6顶住，调节螺钉8用于弹簧复位推力的调节。与两个侧定位挡块4相对应，在滑块3另一侧面有第一压紧轴承9和第二压紧轴承19将滑块3压住，这两个压紧轴承分别安装在第一轴承臂12和第二轴承臂16上，二个轴承臂均可绕各自的转轴13和15转动，平板2的侧面固定有两个小弹簧座，分别为第一小弹簧座11和第二小弹簧座18，其内分别设置有第一压紧弹簧10和第二压紧弹簧17，第一压紧弹簧10和第二压紧弹簧17的另一端分别压在两个轴承臂12和16上，其结果是第一压紧轴承9和第二压紧轴承19始终有压力作用在滑块3上，保证了滑块3作直线移动时始终与侧定位挡块4接触，实现了滑块的精准直线运动。滑块3的另一端固定着动球头26。平板2上面的另一端固定着定球座23，其上固定着定球头24，定、动两球相对而置，且应调整至动球头26作直线滑动时，定球头24和动球头26的球心均在同一轴线上。推动推钮14将滑块3移向右侧，如图2所示将被测零件25置于定球头24和动球头26之间，缓慢松开推钮14，滑块3在复位弹簧5的作用下向左移动，将被测零件25夹持在定球头24和动球头26之间，亦即被测零件25的球心连线被确定。平板2两侧还各固定有一个磁铁支架20，其上的孔内都固定有磁铁21，一个U形的、平行度和粗糙度都极高的平行反光镜22跨套在定球头24的圆柱柄上，并将其反光面贴合于被测零件的被测端面上，其贴合力由磁铁21提供。

图3为测量装置沿A-A的阶梯剖面图，展示了平行反光镜22、上磁铁27、下磁铁28、下磁铁座29及平板2之间的关系，因平行反光镜22是跨过定球头24后既要稳定地贴合于被测零件25的端面上，又要避免其与定球头24摩擦接触而影响贴合，它的定位需准确，上磁铁27固定在平行反光镜22下端，与其对应的下方有下磁铁28，下磁铁28被固定在下磁铁座29内，下磁铁座29通过螺纹连接安装在平板2上，上磁铁27与下磁铁28的两相同极性相对安装，其相斥磁力为平行反光镜提供了垂直方向的磁悬浮力，调节下磁铁座29的螺旋深度即可调节下磁铁28的高低位置，进而实现了磁悬浮力的调节。平行反光镜22的另一侧(亦即外左侧)安置有自准直仪30，自准直仪30与平行反光镜22、动球头26及定球头24均在同一轴线上。

使用时，先将标准零件(零垂直度误差)作为被测零件25按以上描述固定在定、动球头之间，平行反光镜22在其平行反光镜下方的上磁铁27和下磁铁28的作用下稳定地贴合于被测零件端面，将自准直仪30对准平行反光镜22的另一侧反射面，调整自准直仪30直至被反射光标与自身的十字线中心相重合(被反射光标是自准直仪自身携带的，将十字光标射出去后，经反光镜反射回来，可在自准直仪上观测到该光标，若与自准直仪的十字线重合，则证明自准直仪与反光镜是垂直的)，此时标准零件的端面法线(即零误差端面法向)方向被确定，取下平行反光镜22和标准零件，取而代之以实际被测零件25，按同样方法读取自准直仪中返回光标的偏离值，此值即为该被测零件端面的垂直度角度误差。

本发明未详细说明的部分属本领域技术人员公知的常识。

Claims (6)

1.一种两凹球心连线与端面垂直度测量装置，其特征在于，包括底座(1)、平板(2)、滑块(3)，所述平板(2)固定于底座(1)之上，滑块(3)可沿平板滑动，在其一端安装动球头(26)，在平板(1)上与动球头(26)相对的位置设置有定球头(24)，动球头(26)与定球头(24)之间放置待测零件(25)，所述动球头(26)随滑块(3)在平板(2)上滑动时，动球头(26)球心与定球头(24)球心之间的轴线不变；所述定球头(24)外侧跨装一个平行反光镜(22)，平行反光镜(22)的一个侧面与所述待测零件(25)的端面贴合，另一个侧面外设置一个自准直仪(30)；使用时，先将标准零件固定在定球头(24)和动球头(26)之间，并将平行反光镜(22)的一个侧面贴合于标准零件端面，调整自准直仪(30)直至自准直仪(30)的反射光标与自准直仪(30)的十字线中心相重合，此时标准零件的端面法线方向被确定，取下标准零件，将被测零件(25)固定在定球头(24)和动球头(26)之间，读取自准直仪(30)中返回光标的偏离值，此值即为该被测零件端面的垂直度角度误差。

2.根据权利要求1所述的一种两凹球心连线与端面垂直度测量装置，其特征在于，所述滑块(3)的一侧固定安装有两个侧定位挡块(4)，另一侧设置有压紧件，压紧件与侧定位挡块(4)用于限制滑块(3)沿直线运动。

3.根据权利要求2所述的一种两凹球心连线与端面垂直度测量装置，其特征在于，所述压紧件包括第一压紧轴承(9)、第二压紧轴承(19)、第一轴承臂(12)、第二轴承臂(16)、第一压紧弹簧(10)和第二压紧弹簧(17)；所述第一压紧轴承(9)安装于第一轴承臂(12)的一端，第一轴承臂(12)的另一端通过第一转轴(13)固定于平板(2)上，第一压紧弹簧(1)在第一轴承臂(12)靠近第一压紧轴承(9)处对第一轴承臂(12)向滑块(3)方向施压；第二压紧轴承(19)安装于第二轴承臂(16)的一端，第二轴承臂(16)的另一端通过第二转轴(15)固定于平板上，第二压紧弹簧(17)在第二轴承臂(16)靠近第二压紧轴承(19)处对第二轴承臂(16)向滑块(3)方向施压。

4.根据权利要求1所述的一种两凹球心连线与端面垂直度测量装置，其特征在于，所述滑块(3)的两侧固定安装有磁铁支架(20)，每一个磁铁支架(20)上固定安装有磁铁(21)，待测零件(25)置于定球头(24)和动球头(26)之间后，其端面位于磁铁(21)与平行反光镜(22)之间，磁铁(21)通过其磁力将平行反光镜(22)吸引，使其一侧与待测零件(25)的被测端面贴合。

5.根据权利要求1所述的一种两凹球心连线与端面垂直度测量装置，其特征在于，所述定球头(24)通过圆柱柄固定于平板(2)之上，平行反光镜(22)为“U”形结构，其U形槽部分跨套于所述圆柱柄上，平行反光镜(22)在垂直方向的支撑力是由平行反光镜(22)和平板(2)上各安装两个磁铁(27、28)、同磁极相对安装、两者相互排斥产生的磁悬浮力提供的。

6.根据权利要求1所述的一种两凹球心连线与端面垂直度测量装置，其特征在于，所述滑块(3)的一端设置有弹性复位机构，弹性复位机构包括复位弹簧(5)、弹簧顶(6)、大弹簧座(7)和调节螺钉(8)，其中复位弹簧(5)的一端顶住滑块(3)，另一端顶住弹簧顶(6)，弹簧顶(6)设置于大弹簧座(7)的内部，调节螺钉(8)穿过大弹簧座(7)后顶在弹簧顶(6)上，通过改变调节螺钉(8)旋入大弹簧座(7)的深度，调节弹簧顶(6)的位置，进而调节复位弹簧(5)的压缩程度。