CN105115404A - 一种沉头角度测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种沉头角度测量方法，其通过两个不同直径的量规侧头，然后利用几何关系式得出沉头孔角度值，期间需要使用到角度测量装置来进行辅助测量，同时在测量之前均需要进行校零工序，以保证数值测量的准确性。本发明利用角度测量装置对沉头孔进行角度测量，此种测量方法不仅省时省力，还增加了测量精度，期间巧妙的利用了两个不同直径的量规测头而测出两个不同插入深度，再利用几何公式的推算精确得出沉头角度的数值。

Description

一种沉头角度测量方法

技术领域

本发明属于航天航空检测领域，尤其是涉及一种沉头角度测量方法。

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，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，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1所示，锥形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Dk、沉头角度θ。其中底孔尺寸D较容易加工和测量，沉头孔外沿尺寸Dk使用高精度的数显测量仪也可以进行测量，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。生产时由于刀具会发生磨损，沉头角度θ会发生不同的变化，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。

现在公开的一种沉头孔的沉头角度量规及其测量方法中能有效解决沉头孔沉头角度测量的难题，但是其实现的前提是需要首先测量出沉头孔外沿尺寸Dk，使用游标卡尺测量Dk精度较差，而使用数码投影仪测量时精度虽然很高，但是操作较为繁琐，同时也不适合于车间大批量零活性的测量要求。

使用现有的三坐标测量仪虽然可以直接测量沉头孔沉头角度θ，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，本发明旨在提出一种沉头角度测量方法，以解决精准快速的测量出沉头角度的要求。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种沉头角度测量方法，其中测量的沉头孔包括顶孔和底孔，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；

使用角度测量装置对沉头角度θ进行测量，所述角度测量装置包括配套设立的百分表、套筒和测头连接块，还包括与需测量的沉头孔适配且与测头连接块可拆卸连接的第一量规测头和第二量规测头，两个量规测头均包括定位部和测量部，且第一量规测头的第一测量部直径为d1，第二量规测头的第二测量部直径为d2，两个测量部直径不同；

其具体测量步骤如下：

步骤一，将第一量规测头与所述测头连接块连接，随后将两者装入套筒中，再将百分表的测量杆装入套筒中，当该第一量规测头的测量部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，而所述第一量规测头的定位部置于套筒外部；

步骤二，使用一种校零工件对步骤一中组装好的角度测量装置进行校零；

步骤三，使用步骤二中校零后的角度测量装置对沉头孔进行测量，将第一量规测头的定位部插入沉头孔的底孔中，而其测量部进入到沉头孔的顶孔中直至第一量规测头的定位部抵接于顶孔的孔壁为止，此时百分表上的读数即为第一量规测头的插入深度h1；

步骤四，将角度测量装置拆除，并取出步骤二中安装上的第一量规测头，然后将第二量规测头与测头连接块连接固定，随后将两者装入套筒中，再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；

步骤五，将步骤四中重新组装好的角度测量装置重复步骤四的校零过程，随后将安有第二量规测头的角度测量装置对沉头孔再次进行测量，测量过程与步骤三相同，而此次百分表上的读数则为第二量规测头的插入深度h2；

步骤六，利用几何关系式：则可合算出沉头角度θ： $\mathrm{\θ}=2\arctan \frac{d_2-d_1}{2(h_2-h_1)}.$

进一步的，所述第一测量部和第二测量部的直径均小于顶孔的外沿直径D_K，同时大于沉头孔的底孔孔径D。

进一步的，所述步骤一和步骤四中将百分表的测量杆装入套筒中并使其测量头与测头连接块的顶部配合好后，百分表的测量杆与套筒连接固定。

进一步的，所述第一量规测头的第一测量部直径大于第二量规测头的第二测量部的直径。

进一步的，所述校零工件为上下两个端面与水平面平行且其上端面开有与量规测头的定位部配合的避让孔，该避让孔的直径小于量规测头中测量部的直径；

将整个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。

进一步的，所述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，所述套筒下半部分外壁的直径沿着百分表到量规测头的方向逐渐增大，且该套筒下半部分的外壁直径均大于其上半部分的外壁直径。

相对于现有技术，本发明所述的一种沉头角度测量方法具有以下优势：

(1)本发明利用角度测量装置对沉头孔进行角度测量，此种测量方法不仅省时省力，还增加了测量精度，期间巧妙的利用了两个不同直径的量规测头而测出两个不同插入深度，再利用几何公式的推算精确得出沉头角度的数值。

(2)本发明所述的校零方法提高了沉头角的测量效率，不仅方法简单且有效，还节省了校零需要的其他费用。

(3)本发明所述的先使用直径小的量规测头进行测量，再使用直径大的量规测头进行测量可以提高测量的精确度，且符合常人的计算规律，从而间接提高得出沉头角度值的效率。

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沉头孔参数示意图；

图2为本发明实施例所述的一种沉头角度测量方法中使用到的角度测量装置整体结构示意图；

图3为本发明实施例所述的一种沉头角度测量方法中使用到的角度测量装置的套筒结构示意图；

图4为本发明实施例所述的一种沉头角度测量方法中使用到的角度测量装置的量规测头结构示意图；

图5为本发明实施例所述的一种沉头角度测量方法中使用到的角度测量装置的测头连接块结构示意图；

图6为本发明实施例所述的一种沉头角度测量方法中使用到的角度测量装置置于锥形沉头孔内的示意图。

附图标记说明：

1-量规测头，11-定位部，12-测量部,121-第一测量部，122-第二测量部，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-沉头孔的顶孔，72-沉头孔的底孔，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。

如图1所示，一种沉头角度测量方法，其中测量的沉头孔包括顶孔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外沿的直径为D_K；

如图2-6所示，同时选用角度测量装置对沉头角度进行测量，所述角度测量装置包括配套设立的百分表6和套筒3以及角度测量机构；

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；

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；

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；

所述套筒3下半部分外壁的直径沿着百分表6到量规测头1的方向逐渐增大，且该套筒3下半部分的外壁直径均大于其上半部分的外壁直径。此种套筒3的设计可以更加稳固的将角度测量装置放置在测量工件8上，方便测量工件8上沉头孔的角度测量。

其具体测量步骤如下：

步骤一，首先通过普通测量孔径的量规将沉头孔的底孔72孔径D和顶孔71的外沿直径D_K的数值测量出来；

步骤二，选用测量部12直径大小不同的两个量规测头1，并分别命名为第一量规测头和第二量规测头，两个量规测头中第一量规测头的第一测量部121直径为d1，第二量规测头的第二测量部122直径为d2，且第一测量部121和第二测量部122的直径均小于顶孔71的外沿直径D_K，同时大于沉头孔的底孔72孔径D；

第一量规测头的第一测量部121直径大于第二量规测头的第二测量部122的直径；

步骤三，选取步骤二中第一量规测头1，并将其与测头连接块2连接固定，随后将两者装入套筒3中，再将百分表6的测量杆装入套筒3中并使其测量头61与测头连接块2的顶部配合好后，将百分表6的测量杆与套筒3连接固定；

步骤四，使用一种校零工件9对步骤三中组装好的角度测量装置进行校零；

校零工件9为上下两个端面与水平面平行且其上端面开有与量规测头1的定位部11配合的避让孔91，该避让孔91的直径小于量规测头1中测量部12的直径；

将整个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，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；

步骤五，使用步骤四中校零后的角度测量装置对沉头孔进行测量，将第一量规测头的定位部插入沉头孔的底孔72中，而测量部121进入到沉头孔的顶孔71中并直至第一量规测头的定位部抵接于顶孔71的孔壁为止，此时百分表6上的读数即为第一量规测头的插入深度h1；

步骤六，将角度测量装置拆除，并取出步骤三中安装上的第一量规测头，然后将第二量规测头与测头连接块2连接固定，随后将两者装入套筒3中，再将百分表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；

步骤七，将步骤六中重新组装好的角度测量装置重复步骤四的校零过程，随后将安有第二量规测头的角度测量装置对沉头孔再次进行测量，测量过程与步骤五相同，而此次百分表6上的读数则为第二量规测头的插入深度h2；

步骤八，利用几何关系式：则可合算出沉头角度θ： $\mathrm{\θ}=2\arctan \frac{d_2-d_1}{2(h_2-h_1)}.$

在测量沉头孔外沿直径D_K时，可以直接使用普通的千分尺进行接触式测量，对设备无任何要求，且测量精度较高，且由于两次测量时使用同一只百分表和套筒进行测量，测量基准一致，从而测量精度更为精确。

本发明的一种沉头角度测量方法，一般的检验人员就可以进行检验使用，使得实时在线检测沉头孔尺寸成为可能，无需再使用其它设备先测量沉头孔外沿直径Dk，不需要使用繁琐的三坐标测量仪；使用快捷方便，且测量精度高。

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)

1.一种沉头角度测量方法，其中测量的沉头孔包括顶孔(71)和底孔(72)，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；

使用角度测量装置对沉头角度θ进行测量，所述角度测量装置包括配套设立的百分表(6)、套筒(3)和测头连接块(2)，还包括与需测量的沉头孔适配且与测头连接块(2)可拆卸连接的第一量规测头和第二量规测头，两个量规测头(1)均包括定位部(11)和测量部(12)，且第一量规测头的第一测量部(121)直径为d1，第二量规测头的第二测量部(122)直径为d2，两个测量部直径不同；

其特征在于：具体测量步骤如下：

步骤一，将第一量规测头与所述测头连接块(2)连接，随后将两者装入套筒(3)中，再将百分表(6)的测量杆装入套筒(3)中，当该第一量规测头的测量部(121)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，而所述第一量规测头的定位部置于套筒(3)外部；

步骤二，使用校零工件(9)对步骤一中组装好的角度测量装置进行校零；

步骤三，使用步骤二中校零后的角度测量装置对沉头孔进行测量，将第一量规测头的定位部插入沉头孔的底孔(72)中，而其测量部(121)进入到沉头孔的顶孔(71)中直至第一量规测头的定位部抵接于顶孔(71)的孔壁为止，此时百分表(6)上的读数即为第一量规测头的插入深度h1；

步骤四，将角度测量装置拆除，并取出步骤二中安装上的第一量规测头，然后将第二量规测头与测头连接块(2)连接固定，随后将两者装入套筒(3)中，再将百分表(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；

步骤五，将步骤四中重新组装好的角度测量装置重复步骤四的校零过程，随后将安有第二量规测头的角度测量装置对沉头孔再次进行测量，测量过程与步骤三相同，而此次百分表(6)上的读数则为第二量规测头的插入深度h2；

步骤六，利用几何关系式：则可合算出沉头角度θ： $\mathrm{\θ}=2\arctan \frac{d_2-d_1}{2(h_2-h_1)}.$

2.根据权利要求1所述的一种沉头角度测量方法，其特征在于：所述第一测量部(121)和第二测量部(122)的直径均小于顶孔(71)的外沿直径D_K，同时大于沉头孔的底孔(72)孔径D。

3.根据权利要求1所述的一种沉头角度测量方法，其特征在于：所述步骤一和步骤四中将百分表(6)的测量杆装入套筒(3)中并使其测量头(61)与测头连接块(2)的顶部配合好后，百分表(6)的测量杆与套筒(3)连接固定。

4.根据权利要求1所述的一种沉头角度测量方法，其特征在于：所述第一量规测头的第一测量部(121)直径大于第二量规测头的第二测量部(122)的直径。

5.根据权利要求1所述的一种沉头角度测量方法，其特征在于：所述校零工件(9)为上下两个端面与水平面平行且其上端面开有与量规测头(1)的定位部(11)配合的避让孔(91)，该避让孔(91)的直径小于量规测头(1)中测量部(12)的直径；

将整个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。

6.根据权利要求5所述的一种沉头角度测量方法，其特征在于：所述校零过程将套筒(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。

7.根据权利要求1所述的一种沉头角度测量方法，其特征在于：所述套筒(3)下半部分外壁的直径沿着百分表(6)到量规测头(1)的方向逐渐增大，且该套筒(3)下半部分的外壁直径均大于其上半部分的外壁直径。