CN1095067C - 通用大直径测量规及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种通用性强的高精度大直径测量规，该大直径测量规由一系列测量规单体和若干附件组成。每一测量规单体由两个测量元件及固定器件和本体组成。各测量规单体首尾相接放置，并通过固定器件固定在被测圆柱的一个圆周上，直至被测圆周上所余空间足够小或不能够放置一个测量规单体为止。记下所放置的测量规单体及其个数，并测量出封闭尺寸，根据几何关系，可得一以被测直径为变量的方程，即可解出被测直径。

Description

通用大直径测量规及其测量方法

本发明涉及测量技术领域内一种有关大直径物体的测量器具及方法，特别是测量大直径物体的小测量器具及方法。

大直径测量的特点是，测量器具往往体积大，重量重，因此现场安装、操作困难，标定复杂，易变形，成本高。滚压轮法(《国外计量》，1991年，第1期，第21-22页)提供了一种小测量器具测量大直径的方法。此方法需设置滚压轮，标记，转数传感器，压紧传感器，玻璃光栅圆盘，脉冲计数器，微处理部件，键盘，数字显示盘诸多装置。当被测工件旋转一圈或若干整数圈时，通过计量已知直径的滚压轮的转数(包括小数转数)，可以得到被测直径。滚压轮法存在的问题主要有：(1)由于滚压轮与被测圆柱表面不可避免地存在相对滑动，因此测量重复性较差，精度难以提高，这是该方法的致命缺点；2)测量装置技术要求高，结构复杂，成本也高；(3)由于测量过程中要求工件旋转，因此只能在加工机床上进行测量；(4)被测工件必须具有完整圆周。

本发明的目的是提供一种结构简单、体积小巧、操作简便、通用性强的高精度大直径测量规，利用计数紧密环绕被测圆周放置的已知尺寸的测量规单体及其个数，并测量出封闭尺寸，根据几何关系，可得一以被测直径为变量的方程，解出被测直径。

为实现上述目的，本发明设置了一系列测量规单体和若干附件，每一测量规单体由两个测量元件及固定器件和本体组成，其中两个测量元件分别为一个圆柱体、一个球或圆柱体，它们设置在本体两侧，固定器件则设在本体上。固定器件将测量规单体通过两测量元件定位并固定在被测圆柱圆周上。

上述二测量元件之圆柱体、球或圆柱体的直径已知，两者不必相等，但推荐相等。圆柱体轴线和球的球心或圆柱体的轴线之间的距离(以下称中心距)已知，两两测量规单体该中心距不相等，但推荐相等。以圆柱体为首，球或圆柱体为尾，测量大直径时，各测量规单体首尾紧密相接(前一测量规单体球或圆柱体与后一测量规单体相切)，或尾首紧密相接，并通过固定器件固定在被测圆周上。如此操作，直至被测圆周上所余空间足够小或不能够放下一个测量规单体为止。此时，测量出第一个测量规单体圆柱体轴线到最后一个测量规单体的球心或圆体轴线的距离或第一个测量规单体的球心或圆柱体轴线到最后一个测量规单体圆柱体轴线的距离l′，即封闭尺寸。设所有测量规单体上前述圆柱体、球或圆柱体的直径相等，为d，所有测量规单体中心距相等，为l。又设被测圆周上总共放置的测量规单体个数为n，有

                n2d+(n-1)2β+2γ＝2π其中 $\sin \mathrm{\α}=\frac{1}{D\±d}$ $\sin \mathrm{\β}=\frac{d}{D\±d}$ $\sin \mathrm{\γ}=\frac{1^{\′}}{D\±d}$ 其中，±中的+代表外径，-代表内径。可得 $n{\sin }^{-1}\frac{1}{D\±d}+(n-1){\sin }^{-1}\frac{d}{D\±d}+{\sin }^{-1}\frac{1^{\′}}{D\±d}=\mathrm{\π}$

该方程是一个以被测直径为变量的方程，由计算机或带编程能力计算器解出被测直径D。当前述圆柱体和球或圆柱体直径不相等，或两两测量规单体中心距不相等时，同样方法也可以得出被测直径D。

测量大直径时，各测量规单体测量元件顺序紧密相接，放置并通过固定器件固定在被测圆柱的一个圆周上。如此操作，直至被测圆周上所余空间足够小或不能够放下一个测量规单体，此为全周法。

本发明的优点是：

1.通用性强。可以测量完整圆柱的内径和外径，而且，理论上所测直径上限不受限制。当被测圆柱表面有一处或若干处间断时，也可以测量。

2.结构简单，体积小巧，操作简便，一个人可以完成全部测量操作。

3.标定容易。测量规单体中圆柱体、球或圆柱体直径、测量规单体中心距都很小，现有精密测量仪器可以很容易地给予精确标定。

4.成本低。

5.精度高。因为测量规单体中圆柱体、球或圆柱体直径、测量规单体中心距可以很精确地标定，测量过程又是在整个圆周上进行，误差传递系数小，因而测量大直径时可以达到很高的精度。

图1是本发明测量大直径示意图。

图2是实施例1测量规单体结构示意图。

图3是采用定位附图21时，图2的右视图。

图4是采用定位附图22时，图2的右视图。

图5是采用两圆柱体定位时，图2的右视图。

图6是实施例2测量规单体结构示意图。

图7是图6之A-A剖面图。

实施例1：测量元件11为一圆柱体，测量元件12为一球或圆柱体，而且，当两测量元件都为圆柱体时，该两圆柱轴线平行，两测量元件分别固定在本体13两侧，与固定在本体13上的量块131两端面接触，量块131固定在本体13上，利用现有标准量块的成熟制造技术，可保证各测量规单体中心距的高精度和一致性，另在本体13中间设置一调节螺杆，头部设置固定器件14，固定器件14为永久磁铁，构成一测量规单体1，固定器件14将测量规单体牢固地吸附在钢制或铁制被测工件内圆或外圆上。调节螺杆，可保证固定器件14不与被测圆柱表面接触，同时也可以调节测量规单体与被测工件之间的吸附力。

测量大直径时，也可采用少量测量规单体交替放置，即保持一个或若干个测量规单体不动，其他测量规单体轮流放置，此为交替法。如采用三个测量规单体测量，首先放置好三个测量规单体后，使第一个测量规单体保持不动，拿起第二个测量规单体放置在第三个测量规单体之后，然后拿起第三个测量规单体放置在第二个测量规单体之后，以此类推，直至被测圆周上所余空间足够小或不能够放置下一个测量规单体为止。有时为操作方便等原因，在某些测量规单体测量元件之间插入已知尺寸的塞尺、量块或圆柱体等，不妨碍最后得出被测直径。

按上述方法测量，每次放置测量规单体时，必须定位准确，即每个测量规单体都应尽可能位于被测圆柱的一个圆周上，如果被测圆柱有加工过的端面，而且只需测量接近端面处的直径，如一个圆盘的直径，则在本体13上安装附件21，它是滚动轴承，共有前后两个。测量时，使每个测量规单体的这两个滚动轴承与被测圆柱端面接触，则可以保证每个测量规单体的定位准确性，此为端面定位法。当被测件无加工过的端面，或被测直径离端面较远时，如测量一个长轴的中部直径，可以采用两种方法，一是在本体13上安装附件22，它是定位针，头部是针尖，前后共有两个，在螺钉松开后可上下移动。测量前，在加工机床上，用一只笔固定在刀架上，转动被测工件，在被要求测量直径的部位轻轻画一条圆周线。每次放置测量规单体时，使其上的两个定位针针尖目测对准所画线段，即可保证测量规单体定位准确，此为画线定位法。另一种方法是设定两个测量元件均为圆柱体，为保证两个测量元件接触操作简便，两圆柱体可制作成中间凹台阶状。测量前，在机床刀架上放上一个测微表，然后放置第一个测量规单体，并使测微表头与测量规单体圆柱母线接触。轴向移动刀架，轻轻变动测量规单体位置，使测量规单体圆柱体轴线与刀架移动方向平行，即测量规单体圆柱体轴线与被测圆柱轴线平行。然后放置第二个测量规单体，使两个测量单体上的两个圆柱体母线接触良好，以此类推，也能保证每个测量规单体定位准确。此为圆柱定位法。

封闭尺寸的测量有两种方法。一种是用量块或塞尺测出第一个测量规单体圆柱体与最后一个测量规单体球或圆柱体之间的间隙，得出封闭尺寸1′。此为间隙法。另一种方法是采用测量封闭尺寸附件。该附件为一长圆柱体。这时，第一个放置在被测工件上的不是测量规单体，而是该附件。放置该附件时，应使该附件圆柱轴线与机床刀架轴向运动方向相同，方法同前述。然后用胶或其它方法将其临时固定在被测工件上。此时，将第一个测量规单体放置在被测工件上，使其上球或圆柱体(测量元件12)与该附件圆柱表面紧密接触，然后按前述方法放置其它测量规单体，并且最后一个放置的测量规单体上的圆柱体(测量元件11)长度应较长。这样，封闭尺寸就是两个圆柱体轴线之间的距离。用普通的外径千分尺或杠杆千分尺等测量器具就可以完成测量，效率高，测量精度也高，此为双圆柱法。为了减小两圆柱体轴线不平行的影响，应在测量规单体两侧等距处各测一次取平均值。另外，为了避免封闭尺寸过大，提高测量精度和效率，也可以制作一个中心距较小的测量规单体作为若被测圆周上所余空间允许最后一个放置的测量规单体。

实施例2：测量较大直径工件时，固定器件14分设为一个磁力变换装置，有一可转动的手柄，内设一主磁铁142与量块131，位于测量规单体中部，磁力较大，两个辅助磁铁141，固定在螺杆上，磁力较小，为保证量块131不使主磁铁142磁路闭合，可用一黄铜片或其它高磁阻材料将量块131分成两部分，或在本体13与量块131中间以黄铜片或其它高磁阻材料隔开。当转动手柄时，通过磁路的断开和闭合，可使主磁铁对外产生或失去磁力。转动螺杆可以调节两个辅助磁铁到被测工件表面的距离或附着力。采用辅助磁铁的目的是简化操作，即当主磁铁不起作用时，依靠两个辅助磁铁的磁力，使测量规单体恰好附着在被测工件上稍强，移动测量规单体使其准确定位，然后转动手柄，依靠主磁铁的磁力，使测量规单体牢固地固定在被测工件上。

Claims (9)

1.一种通用大直径测量规，其特征在于由一系列相互独立的测量规单体和若干附件组成；每一个测量规单体由两个定位元件及固定器件和本体组成，其中两个定位元件分别为一个圆柱体(11)、一个圆球体(12)，它们设置在本体(13)两侧，固定器件(14)则设置在本体(13)上，为永久磁铁或内设永久磁铁的磁力变换装置。

2.根据权利要求1所述的通用大直径测量规，其特征在于所说的测量元件(12)，当定位元件(12)的圆球体为圆柱体时，其外圆面为中间凹台阶状。

3.根据权利要求1所述的通用大直径测量规，其特征在于所说的测量规单体，其上附设定位附件(21或22)联结在本体(13)上。

4.根据权利要求3所述的通用大直径测量规，其特征在于所说的联结在测量规单体本体(13)上的附设定位附件(21或22)，可为滚动轴承(21)或定位针(22)，它们各自沿测量规单体中心距方向成双设置。

5.一种按权利要求1所述的通用大直径测量规的测量大直径的方法，其特征在于测量大直径时，各测量规单体测量元件顺序首尾或尾首紧密相接放置，并通过固定器件固定在被测圆柱或圆孔的一个圆周上，直到该圆周上所余空间足够小或不能够再放下一个测量规单体为止，记下所放置的各测量规单体参数：测量元件直径、测量规中心距，测量出封闭尺寸，当各测量规中心距1和测量元件直径d相等时，上述几何关系确定，两两相邻测量元件圆心所对应中心角之和为2π，得如下方程

                             n2a+(n-1)2β+2γ＝2π其中 $\sin \mathrm{\α}=\frac{1}{D\±d}$ $\sin \mathrm{\β}=\frac{d}{D\±d}$ $\sin \mathrm{\γ}=\frac{1^{\′}}{D\±d}$ 其中，±中的+代表外径，-代表内径。可得 $n{\sin }^{-1}\frac{1}{D\±d}+(n-1){\sin }^{-1}\frac{d}{D\±d}+{\sin }^{-1}\frac{1^{\′}}{D\±d}=\mathrm{\π}$ 其中1′为封闭尺寸，n为全部测量规个数，±中的+号代表外径，-代表内径，解出被测直径；当各测量规测量元件直径或中心距不相等时，同样方法也可以得出被测直径。

6.根据权利要求5所述的通用大直径测量规的测量大直径的方法，其特征在于所说的测量大直径，它可采用少量测量规单体交替放置，即保持第一个或前若干个测量规单体不动，其它测量规单体轮流放置，直到被测圆周上所余空间足够小或不能够再放置一个测量规单体为止，记下所放置的各测量规单体参数：测量元件直径、测量规中心距，及其重复放置次数，测量出封闭尺寸，得出被测直径。

7.根据权利要求5或6所述的通用大直径测量规的测量大直径方法，其特征在于所说的方法，也可以采用每个测量规单体所附设的定位附件的两滚动轴承，其外圆柱面与被测圆柱或圆孔端面紧密接触的方法。

8.根据权利要求5或6所述的通用大直径测量规的测量大直径方法，其特征在于所说的方法，也可以采用在测量前，在加工机床上，在被测圆柱或圆孔要求测量部位刻划一圆周线，测量时使每个测量规单体(1)附设的定位附件——两定位针针尖对准所述圆周线的方法

9.根据权利要求5或6所述的通用大直径测量规的测量大直径的方法，其特征在于所说的测量大直径的方法，可以采用在测量前，在机床刀架上放上一个测微表，然后放置第一个测量规单体，并使测微表头与测量规单体圆柱母线接触，轴向移动刀架，轻轻变动测量规单体位置，使测量规单体圆柱体轴线与刀架移动方向平行，即测量规单体圆柱体轴线平行于被测圆柱或圆孔轴线，然后放置第二个测量规单体，使两个测量规单体上的两个圆柱体母线接触良好。

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