CN110243317A - 一种内球面零件球面尺寸的检测装置及方法 - Google Patents

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李飞
张俊
吉建新
穆谦
吴春利
周晓卫
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Abstract

本发明公开了一种内球面零件球面尺寸的检测装置，包括浮标式气动测量仪、球面量规以及标准件，标准件用于调整浮标式气动量仪的放大倍率；测量状态下球面量规安装在零件内球面型腔中，球面量规内腔连通气动测量仪，球面量规与零件内球面之间设置有间隙，用压缩空气作介质，采用测量头对内球面进行非接触式测量，将长度信号转化为气流信号，达到通过有刻度的玻璃管内的浮标示值的目的，所用气动量仪制造已国际标准化，具有放大倍数高、人为误差小、测量精度高以及工作稳定性好的特点，在测量工作中测量头与被测表面不直接接触，避免了划伤被测工件；操作方法简单，读数容易，能够进行连续测量；检测准确性和检测效率均大幅提高，消除了质量隐患。

Description

一种内球面零件球面尺寸的检测装置及方法
技术领域
本发明属于机械加工技术领域，具体涉及一种内球面零件球面尺寸的检测装置及方法。
背景技术
某机零件联轴器关节轴承座装配在某机加力燃烧室排气收集器喷口组件上，零件图见图1-1、图1-2以及图1-3，该零件在结构上具有一个一端开有矩形槽的小公差内球面，用以安装关节轴承，该内球面采用磨削或车削加工完成，为了保证其与关节轴承的装配间隙，从而保证组件装配精度，所加工零件内球面尺寸及公差必须严格按图纸要求保证，因内球面尺寸无通用测具能够测量，因此设计何种检测工装进行测量是本零件的加工关键。
针对高精度内球面尺寸的检测，过去现场采用内卡钳结合标准件进行测量，图2是内卡钳工装图,但是在生产现场使用内卡钳测量零件，因测具测量稳定性差，内卡钳上关键件弹簧制造精度低，弹簧弹性变形不稳定，校准过的内卡钳在使用过程中经常不回零，造成读值误差，致使零件成批尺寸超差报废，存在质量隐患。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明公开一种内球面零件球面尺寸的检测装置及方法，采用测量头对内球面进行非接触式测量，检测装置能精确检测出内球面尺寸，消除了测量力对测量结果的影响，避免划伤被测工件，彻底摆脱了使用制造精度低的测具测量不准确导致的质量事故。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是，一种内球面零件球面尺寸的检测装置，包括浮标式气动测量仪、球面量规以及标准件，标准件用于调整浮标式气动量仪的放大倍率；测量状态下球面量规安装在零件内球面型腔中，球面量规内腔连通气动测量仪，球面量规与零件内球面之间设置有间隙。
还包括转接头组件，转接头组件用于连接气动量仪与球面量规，转接头组件接头端与气动量仪输出接头连通；转接头组件喷气头端与球面量规连接。
转接头组件喷气头端与球面量规连接处设置有密封圈。
气动量仪采用浮标式气动量仪，气动量仪连接压缩空气。
标准件包括上限标准环和下限标准环。
标准件和球面量规采用耐磨材质制成，其硬度为HRC56-64。
采用本发明所述检测装置检测内球面零件球面尺寸的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，将球面量规及标准件清洗干净；
步骤2，将气动量仪出气接头与转接头组件连通；
步骤3，将测量头球面量规与转接头组件连通；
步骤4，打开气动量仪进气阀，供给压缩空气；
步骤5，利用测量头球面量规和标准件调整气动量仪放大倍率，确定气动量仪的有效示值范围的上限与下限；
步骤6，气动测量仪经步骤5调整完毕后，方可进行测量工作；将转接头组件上的球面量规置入待测工件内球面中，反复选择调整转接头组件空间位置，使得球面量规上的测量喷嘴正对待测工件内球面，查看气动量仪上的浮标在刻度尺位置高度，读出待测工件内球面的球面尺寸。
步骤1中，采用丙酮或酒精清洗球面量规和标准件。
步骤4中，压缩空气的压力保持在0.3-0.7Pa之间。
步骤6中在内球面尺寸最大处、尺寸最小处以及介于尺寸最大处和尺寸最小处进行测量，所述测量面积不小于内球面的75％，每一处所测结果均不超过误差范围为合格。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：本发明采用压缩空气作介质，依据气动量仪测量原理，采用测量头对内球面进行非接触式测量，将长度信号转化为气流信号，达到通过有刻度的玻璃管内的浮标示值的目的，所用气动量仪制造已国际标准化，具有放大倍数高、人为误差小、测量精度高以及工作稳定性好的特点，在测量工作中测量头与被测表面不直接接触，避免了划伤被测工件；新设计的检测装置操作方法简单，读数容易，能够进行连续测量；与原测具相比，检测准确性和检测效率均大幅提高，解决了原测具使用稳定性差的弊端，消除了质量隐患。
附图说明
图1为内球面零件图，
图2为内卡钳工装示意图，
图3为球面量规示意图，
图4为标准件示意图，
图5为转接头组件示意图，
图6为气动量仪示意图，
图7为球面量规与转接头组件装配图，
图8为用标准件调整气动量仪示意图。
具体实施方式
下面结合实施例以及附图对本发明做详细阐述。
如图3～图6所示，一种内球面零件球面尺寸的检测装置，包括浮标式气动测量仪、球面量规以及标准件，标准件用于调整浮标式气动量仪的放大倍率；测量状态下球面量规安装在零件内球面型腔中，球面量规内腔连通气动测量仪，球面量规与零件内球面之间设置有间隙；
如图7所示，还包括转接头组件，转接头组件用于连接气动量仪与球面量规，转接头组件接头端与气动量仪输出接头连通；转接头组件喷气头端与球面量规连接；转接头组件喷气头端与球面量规连接处设置有密封圈。
气动量仪采用浮标式气动量仪，气动量仪连接压缩空气。
参考图4，标准件包括上限标准环和下限标准环，上限标准环和下限标准环的中心均开设有内球面，其内球面尺寸分别为SΦ1和SΦ2，如图4-1和图4-2所示，其中上限标准环的圆周侧面一周设置有弧形凹槽，用以区分上限标准环和下限标准环。
气动量仪的功能在于：以压缩空气作动力，运用比较测量法，将长度信号转化为气流信号，通过有刻度的锥度玻璃管内的浮标示值。
球面量规为空气式量规，为气动量仪的执行元件，测量时将球面量规直接放入零件内球面型腔中，通过管路将气动量仪中的压缩空气输入到球面量规内腔，经由球面量规上的喷嘴逸出，喷射到工件的待测表面，借助空气流动量压力之差异，确定待测工件内球面尺寸大小，其所测量的结果精确度较高。
本发明优选的，转接头组件喷气头端为圆柱形，转接头组件沿轴向中心开设有轴向气孔，喷气头端沿圆周方向开设有径向喷气孔，径向喷气孔连通轴向气孔，径向喷气孔的两侧设置有密封圈，且密封圈设置在其圆周方向开设的环形槽中，密封圈用于阻止通气后压缩空气从径向气孔的轴向两侧泄漏；转接头组件的另一端设置有连接接头，连接接头用于连接气动量仪的输气管，所述连接接头外侧设置有套筒。
球面量规为一个柱体，柱体上有两个相对的面为球面，所述球面与待测内球面的曲率半径相同，所述球面与待测内球面之间有间隙，沿着所述球面中心的法线方向开设有通孔，通孔端面外侧开设排气槽，排气槽延伸至球面量规的端面，排气槽将通孔与外界连通，通孔的端面为球面量规的理论球面顶点；球面量规上垂直于所述通孔轴线的方向开设有用于连接转接头组件的孔，所述孔的中部开设一环形气道，所述环形气道连通所述通孔与转接头组件，球面量规的球面尺寸为SΦ。球面量规两侧面之间采用圆弧面转接，转接圆角为R1.5mm～R2.5mm；上下两球面与侧面之间采用锥面过渡，其目的是：去除球面量规表面的尖角，避免干涉，保证球面量规顺利装入零件内球面型腔中。
本发明所述球面量规和标准件采用CrWMn钢，硬度为HRC56-64。
测量前先用标准件对浮标式气动量仪做放大倍率调整，放大倍率调整好后，方可用以测量工件尺寸；
转接头组件用于将气动量仪与球面量规连接在一起，转接头组件接头端与气动量仪输出接头上的塑料软管连接；喷气头端与球面量规连接，将气动量仪内之压缩空气输送到球面量规内腔，再由球面量规上的喷嘴向待测工件受检表面喷气执行测量工作。
小公差内球面零件球面尺寸检测步骤：
(1)将球面量规及标准件用酒精或丙酮清洗干净；
(2)如图7所示，按管路连接要求将气动量仪出气接头上的塑料软管与转接头组件连接起来；
(3)将测量头球面量规与转接头组件连接起来
(4)打开气动量仪进气阀，供给压缩空气，要求压缩空气的压力保持在0.3-0.7Pa之间；
(5)如图8所示，利用测量头球面量规和标准件调整气动量仪放大倍率，以确定量仪的有效示值范围的上限与下限；
气动测量仪调整完毕后，即可进行测量工作；按图8装配方式，将转接头组件上的球面量规置入待测工件内球面中，反复选择调整转接头组件空间位置，使得球面量规上的测量喷嘴正对待测工件内球面，此时，查看气动量仪上的浮标在刻度尺位置高度可读出待测工件内球面的球面尺寸，在内球面尺寸最大处、尺寸最小处以及介于尺寸最大处和尺寸最小处进行测量，所述测量面积不小于内球面的75％，每一处所测结果均不超过误差范围为合格，若有一处尺寸超出误差范围则判定内球面尺寸不合格。
采用本发明所述装置及方法测量内球面尺寸时，内球面开口较小时，在其开口处开设有矩形槽，使得球面量规可以顺利进入内球面。
实施例1，采用本发明所述检测装置及方法检测某机零件联轴器关节轴承座的内球面，零件材质为3Cr13，表面软氮化处理，零件内球面尺寸为其表面粗糙度为Rz0.4μm；球面量规的工作球面尺寸为沿球面法线方向开设有通孔，所述通孔的直径为2mm，上限标准环的内球面尺寸为下限标准环的内球面尺寸为上限标准环和下限标准环的表面粗糙度均不低于待检零件内球面的表面粗糙度；通过实际应用，检测效率和准确率都得到了极大地提高。

Claims (10)

1.一种内球面零件球面尺寸的检测装置，其特征在于，包括浮标式气动测量仪、球面量规以及标准件，标准件用于调整浮标式气动量仪的放大倍率；测量状态下球面量规安装在零件内球面型腔中，球面量规内腔连通气动测量仪，球面量规与零件内球面之间设置有间隙。
2.根据权利要求1所述的内球面零件球面尺寸的检测装置，其特征在于，还包括转接头组件，转接头组件用于连接气动量仪与球面量规，转接头组件接头端与气动量仪输出接头连通；转接头组件喷气头端与球面量规连接。
3.根据权利要求2所述的内球面零件球面尺寸的检测装置，其特征在于，转接头组件喷气头端与球面量规连接处设置有密封圈。
4.根据权利要求1所述的内球面零件球面尺寸的检测装置，其特征在于，气动量仪采用浮标式气动量仪，气动量仪连接压缩空气。
5.根据权利要求1所述的内球面零件球面尺寸的检测装置，其特征在于，标准件包括上限标准环和下限标准环。
6.根据权利要求1所述的内球面零件球面尺寸的检测装置，其特征在于，标准件和球面量规采用耐磨材质制成，其硬度为HRC56-64。
7.采用权利要求1所述检测装置检测内球面零件球面尺寸的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，将球面量规及标准件清洗干净；
步骤2，将气动量仪出气接头与转接头组件连通；
步骤3，将测量头球面量规与转接头组件连通；
步骤4，打开气动量仪进气阀，供给压缩空气；
步骤5，利用测量头球面量规和标准件调整气动量仪放大倍率，确定气动量仪的有效示值范围的上限与下限；
步骤6，气动测量仪经步骤5调整完毕后，方可进行测量工作；将转接头组件上的球面量规置入待测工件内球面中，反复选择调整转接头组件空间位置，使得球面量规上的测量喷嘴正对待测工件内球面，查看气动量仪上的浮标在刻度尺位置高度，读出待测工件内球面的球面尺寸。
8.根据权利要求7所述检测内球面零件球面尺寸的方法，其特征在于，步骤1中，采用丙酮或酒精清洗球面量规和标准件。
9.根据权利要求7所述检测内球面零件球面尺寸的方法，其特征在于，步骤4中，压缩空气的压力保持在0.3-0.7Pa之间。
10.根据权利要求7所述检测内球面零件球面尺寸的方法，其特征在于，步骤6中在内球面尺寸最大处、尺寸最小处以及介于尺寸最大处和尺寸最小处进行测量，所述测量面积不小于内球面的75％，每一处所测结果均不超过误差范围为合格。
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