CN110440679B - 一种用于检测锥形螺栓锥度的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于检测锥形螺栓锥度的装置及方法。该装置包括水平标尺工作台、底座、标准角度块和千分表安装架，所述底座可移动地设置在所述水平标尺工作台上，在所述底座的一侧设有止动调位结构，千分表通过所述千分表安装架设在所述底座的上部，其中，所述标准角度块的上表面为斜面，斜面角度与被测锥形螺栓的理论锥度相同，在检测时，被测螺栓通过所述标准角度块放置在所述底座的上端面，被测螺栓的大径端朝向所述止动调位结构放置，所述止动调位结构用于对大径端的水平位置限位，所述标准角度块的斜面朝向所述止动调位结构倾斜，使被测锥形螺栓的中心轴保持水平。

Description

一种用于检测锥形螺栓锥度的装置及方法

技术领域

本发明涉及检测技术领域，特别是涉及一种用于检测锥形螺栓锥度的装置及方法。

背景技术

先进飞机为满足长寿命要求，通常采用干涉连接技术提高疲劳强度，所使用的紧固连接系统需要有较高的尺寸精度，来保证连接装配的要求，为实现干涉连接的均匀性，采用锥形螺栓紧固系统。为满足干涉连接的精确配合，需要检测锥形螺栓的锥度，对于检测技术有了相应较高的要求，以满足尺寸检测的可靠性，对于大批量的检测需要提高检测效率。

目前对于锥形螺栓锥度的检测通常采用投影法检测，投影法需要将工件放置于检测台上，利用其形状投影，手动选取轮廓线，测量螺栓锥杆的两条投影线，计算出夹角得到锥度。且无法定量检测锥度长度，投影检测误差较大，且效率较低，不适用于大批量稳定性检测。

现有技术采用投影法，只能粗略的检测螺栓两条母线的夹角，精度较低，对于大批量的锥形螺栓检测，摆放螺栓、调整投影图像、计算夹角等一系列过程极为繁琐，导致效率极低，因此本发明提出一种快速、高效、稳定的批量化检测方法。

因此，基于现有技术存在的问题，发明人提供了一种用于检测锥形螺栓锥度的装置及方法。

发明内容

(1)要解决的技术问题

本发明实施例提供了一种用于检测锥形螺栓锥度的装置及方法，使用了标准角度块和千分表，在底座带动标准角度块移动过程中，通过千分表读数，计算得到锥形螺栓的锥度和锥度长度，解决了现有技术检测效率低和准确度低的问题。

(2)技术方案

第一方面，本发明的实施例提出了一种用于检测锥形螺栓的装置，该装置包括水平标尺工作台、底座、标准角度块和千分表安装架，所述底座可移动地设置在所述水平标尺工作台上，在所述底座的一侧设有止动调位结构，千分表通过所述千分表安装架设在所述底座的上部，其中，所述标准角度块的上表面为斜面，斜面角度与被测锥形螺栓的理论锥度相同，在检测时，被测螺栓通过所述标准角度块放置在所述底座的上端面，被测螺栓的大径端朝向所述止动调位结构放置，所述止动调位结构用于对大径端的水平位置限位，所述标准角度块的斜面朝向所述止动调位结构倾斜，使被测锥形螺栓的中心轴保持水平。

进一步地，所述所述标准角度块在朝向所述止动调位结构的一端开有豁口，用于放置被测螺栓大径端的头部，使被测螺栓的锥形外表面与所述标准角度块的上斜面贴合。

进一步地，所述止动调位结构包括止动块、调节螺钉和调节螺母，所述止动块的下端可拆卸安装在所述底座的侧面，上端高于所述底座的上表面开有螺纹孔，所述调节螺钉通过所述调节螺母可调节地安装在所述螺纹孔中，所述所述调节螺母用于调节固定所述调节螺钉在所述止动块上的水平位置。

进一步地，在所述底座的其他侧边还设有限位板，所述限位板与所述止动块在相邻的两侧面安装，用于对被测件进行限位保护。

进一步地，所述所述水平标尺工作台上设有距离刻度线，所述底座与所述水平标尺工作台之间设有直线移动导轨。

第二方面，提供了一种采用第一方面的装置检测锥形螺栓的方法，该方法包括：

校准标准角度块，将标准角度块安装在底座上，底座放置在正弦尺上，将正弦尺设在水平台上，通过使用千分表的检测指针沿标准角度块的表面长度方向滑动，同时以等厚的标准量块a增进标准角度块的倾斜角度，千分表在滑动过程中读数不变为止，获得标准角度块的实际斜面角度，当该实际倾斜角度与被测锥形螺栓的理论准度相同时，所述标准角度块合格；

调节起始检测工位，将安装有合格标准角度块的底座安装在水平标尺工作台上，通过在标准角度块的检测工位放置标准圆柱，并增进标准薄块，通过调节止动调位结构，使千分表的检测指针与标准圆柱的径向外圆相切，固定千分表检测指针的位置，然后将标准圆柱换成锥形定位销，通过检测所述锥形定位销为标准角度时，固定所述调节止动调位结构的位置，将千分表位置与止动调位结构的位置判定为合格的起始检测工位；

检测锥形螺栓的锥度，检测工位合格后，将定位销移开，放置需检测的锥形螺栓，将底座在水平标尺工作台上的两点之间水平移动，通过读取千分表在两点处的读数，根据三角函数关系，得到锥形螺栓的实际锥度；

检测锥形螺栓的长度，将底座沿水平标尺工作台水平移动，使千分表从锥形螺栓大径端部滑到小径端部时，底座的水平移动距离为锥形螺栓的长度。

进一步地，所述调节起始检测工位的方法包括，将所述标准圆柱置于被测锥形螺栓大径端的检测工位，所述标准圆柱的外径与所述被测锥形螺栓的大径理论值接近，在所述标准圆柱与所述止动调位结构之间增进标准薄块，通过调节所述止动调位结构，使千分表的检测指针与标准圆柱的径向外圆相切，检测到外圆直径时，固定千分表检测指针的位置，将千分表归零后，将标准圆柱换成锥形定位销，所述锥形定位销与被检测锥形螺栓的理论锥度和大径接近，记录千分表的实际读数a1，标准圆柱的被测直径数值与千分表读数之和为锥形定位销的实际直径，此时记录底座位于水平标尺工作台的位置a的数值，然后将底座沿水平标尺工作台平移至位置b，记录移动距离K，并读取位于位置b时，千分表的读数b1，通过公式α＝arc tan(M/K)，计算得到锥形定位销的实际锥度，式中，α为锥形定位销的角度，M为底座位于位置a时与位于位置b时千分表的读数差值，K为底座从位置a移动到b的距离，计算得到锥形定位销的实际锥度，当其实际检测锥度α与被测锥形螺栓的理论锥度相同时，千分表与止动调位结构位置确定的起始检测工位合格。

进一步地，所述检测锥形螺栓的锥度方法包括，检测工位合格后，放置需检测的锥形螺栓，读取底座位于起始检测工作a时千分表的读数a’，底座水平移动到位于位置b时，再读取千分表的读数b’，标准圆柱的直径与千分表读数a’值的和即为锥形螺栓大径端的直径，通过公式α＇＝arc tan(M＇/K＇)，计算得到锥形螺栓的实际锥度，式中，α＇为锥形定位销的角度，M＇为底座位于位置a时与位于位置b时千分表的读数差值，K＇为底座从位置a移动到b的距离。

(3)有益效果

1、对于批量化生产锥形螺栓，能够高效检测锥形螺栓的大端直径和锥度，较为准确地测量锥形螺栓的锥度，提高检测效率。

2、通过更换标准圆柱，定位销可以适用于不同规格直径、不同头型锥形螺栓大端直径和锥度的检测，降低锥形螺栓锥度测量操作难度和对测量设备的要求，降低生产成本。

3、可以满足干涉连接锥形螺栓紧固系统的尺寸精度需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是采用本发明实施例的方法校准标准角度块3的场景示意图。

图2是采用本发明实施例的方法中通过标准圆柱7调节千分表的起始检测工位的场景示意图。

图3是采用本发明实施例的方法中通过锥形定位销9调节止动调位结构的起始检测工位的场景示意图。

图4是采用本发明实施例的方法检测锥形螺栓的锥度、长度的场景示意图。

图中：

1-底座；2-限位板；3-标准角度块；4-止动块；5-调节螺母；6-调节螺钉；7-标准圆柱；8-标准薄块；9-锥形定位销；10-水平标尺工作台；11-锥形螺栓；12-千分表安装架。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例，在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的任何修改、替换和改进。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参照附图并结合实施例来详细说明本申请。

参见图1-图4所示，该装备包括了水平标尺工作台10、底座1、标准角度块3和千分表安装架12，所述底座1可移动地设置在所述水平标尺工作台10上，在所述底座1的一侧设有止动调位结构，千分表通过所述千分表安装架12设在所述底座1的上部，其中，所述标准角度块3的上表面为斜面，斜面角度与被测锥形螺栓11的理论锥度相同，在检测时，被测螺栓11通过所述标准角度块3放置在所述底座1的上端面，被测螺栓11的大径端朝向所述止动调位结构放置，所述止动调位结构用于对大径端的水平位置限位，所述标准角度块3的斜面朝向所述止动调位结构倾斜，使被测锥形螺栓11的中心轴保持水平。

作为一种优选实施方式，所述标准角度块3在朝向所述止动调位结构的一端开有豁口，用于放置被测螺栓大径端的头部，使被测螺栓的锥形外表面与所述标准角度块3的上斜面贴合。

作为另一种优选实施方式，所述止动调位结构包括止动块4、调节螺钉6和调节螺母5，所述止动块4的下端可拆卸安装在所述底座1的侧面，上端高于所述底座1的上表面开有螺纹孔，所述调节螺钉6通过所述调节螺母5可调节地安装在所述螺纹孔中，所述所述调节螺母5用于调节固定所述调节螺钉6在所述止动块1上的水平位置。

优选地，在所述底座1的其他侧边还设有限位板2，所述限位板2与所述止动块4在相邻的两侧面安装，用于对被测件进行限位保护。

需要说明的是，水平标尺工作台10上设有距离刻度线，所述底座1与所述水平标尺工作台10之间设有直线移动导轨。

第二方面，本发明还提供了一种用于检测锥形螺栓的方法，该方法采用第一方面的如图1所示的检测装置。下面以检测φ8规格的锥形螺栓为例说明，锥形螺栓的理论锥度为1.2°±0.05°，杆部大端理论直径为φ7.3mm，锥度理论长度为11mm。检测方法至少包括以下步骤S110～步骤S140：

步骤S110为校准标准角度块，参见图1所示，将标准角度块3安装在底座1上，底座1放置在100mm规格的正弦尺上，将正弦尺放在水平台上，通过调节千分表的检测指针与标准角度块接触，读取千分表的读数，精确到0.001mm，千分表的检测指针沿角度块3的表面长度方向进行滑动，同时以等厚的0.5mm厚的标准量块a增进放置在正弦尺的一个圆柱和水平台之间，用来补偿标准角度块3的角度，直到千分表在滑动过程中读数不变为止，此时根据公式A＝arc tan(H/L)，获得标准角度块3的检测角度A为1.15°，式中，A为标准角度块的角度，H为标准量块a的累计高度，L为正弦尺两圆柱的中心距，标准角度块3的检测角度A＝1.15°符合被测锥形螺栓11的理论锥度1.2°±0.05°，该标准角度块合格。

步骤S120为调节起始检测工位，见图2-图3所示，将安装有合格标准角度块3的底座1安装在水平标尺工作台10上，将标准圆柱7放置在标准角度块3上，使标准圆柱7处于被测锥形螺栓11大径端的检测工位。通过固定限位板2，使其位于底座一侧起到保护被检测标准圆柱7位置的作用，止动块4的作用为固定调节螺钉6，使调节螺钉6可以调节标准薄块8的相对位置，调节螺母5可以待调节螺钉6调整好后将其拧紧固定。

标准圆柱7的外径与被测锥形螺栓11的大径理论值接近，选择标准圆柱7的直径为φ7.5mm，在标准圆柱与止动调位结构之间增进2mm厚的标准薄块8，通过调节止动调位结构，使千分表的检测指针与标准圆柱的径向外圆相切，检测到标准圆柱7的外圆直径时，固定千分表检测指针的位置，将千分表归零后，将标准圆柱7换成锥形定位销9，锥形定位销9与被检测锥形螺栓的理论锥度和大径接近，记录千分表的实际读数a1为0.105mm，标准圆柱7的被测直径数值与千分表读数之和为锥形定位销的实际直径φ7.605mm，此时记录底座1位于水平标尺工作台10的位置a的数值为0(为千分表指针接触锥形定位销9的大径端部)，然后将底座1沿水平标尺工作台10平移至位置b(为千分表指针接触锥形定位销9的小径端部)，记录移动距离K＝11mm，位于位置b时，千分表的读数b1＝0.23mm，通过公式α＝arc tan(M/K)，计算得到锥形定位销9的实际锥度，式中，α为锥形定位销的角度，M为底座位于位置a时与位于位置b时千分表的读数差值，K为底座从位置a移动到b的距离，计算得到锥形定位销的实际锥度α＝1.2°，此时锥形定位销的实际检测锥度α复合被测锥形螺栓11的理论锥度，千分表与止动调位结构位置确定的起始检测工位合格。

步骤S130为检测锥形螺栓的锥度，参见图4所示，检测工位合格后，将底座1归位到水平标尺工作台的位置a，将定位销9移开，放置需检测的φ8规格的锥形螺栓，读取底座位于起始检测工作a时千分表的读数a’为0.201mm，底座1水平移动11mm到位置b时，再读取千分表的读数b’为0.435mm，标准圆柱的直径与千分表读数a’值的和即为锥形螺栓大径端的直径φ7.701mm，通过公式α＇＝arc tan(M＇/K＇)，计算得到锥形螺栓的实际锥度α为1.21°，式中，α＇为锥形定位销的角度，M＇为底座1位于位置a时与位于位置b时千分表的读数差值，K＇为底座从位置a移动到b的距离。

步骤S140为检测锥形螺栓的长度，将底座1沿水平标尺工作台10水平移动，使千分表指针从锥形螺栓大径端部滑到锥形螺栓小径端部时，底座1的水平移动距离11mm为锥形螺栓的锥形长度。

综上，采用本发明装置和方法，通过更换与待检测螺栓的理论规格相适配的标准角度块、标准圆柱和锥形定位销，就能批量化检测相应的锥形螺栓，检测准确度高，极大的提交了检测效率，降低了生产成本。

以上所述仅为本申请的实施例而已，本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。在不脱离本发明的范围的情况下对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围内。

Claims (8)

1.一种用于检测锥形螺栓的装置，其特征在于，包括水平标尺工作台（10）、底座（1）、标准角度块（3）和千分表安装架（12），所述底座（1）可移动地设置在所述水平标尺工作台（10）上，在所述底座（1）的一侧设有止动调位结构，千分表通过所述千分表安装架（12）设在所述底座（1）的上部，其中，所述标准角度块（3）的上表面为斜面，斜面角度与被测的锥形螺栓（11）的理论锥度相同，在检测时，所述标准角度块（3）的上表面先放置用于将所述千分表归零的标准圆柱（7），所述千分表归零后，所述标准圆柱（7）更换为用于确定初始检测工位的锥形定位销（9），所述初始检测工位确定后，所述锥形定位销（9）更换为所述锥形螺栓（11），所述锥形螺栓（11）通过所述标准角度块（3）放置在所述底座（1）的上端面，所述锥形螺栓（11）的大径端朝向所述止动调位结构放置，所述止动调位结构用于对大径端的水平位置限位，所述标准角度块（3）的斜面朝向所述止动调位结构倾斜，使所述锥形螺栓（11）的中心轴保持水平；

调节起始检测工位的方法包括，将所述标准圆柱（7）置于被测锥形螺栓（11）大径端的检测工位，所述标准圆柱（7）的外径与所述锥形螺栓（11）的大径理论值接近，在所述标准圆柱（7）与所述止动调位结构之间增进标准薄块（8），通过调节所述止动调位结构，使千分表的检测指针与标准圆柱（7）的径向外圆相切，检测到外圆直径时，固定千分表检测指针的位置，将千分表归零后，将标准圆柱（7）换成锥形定位销（9），所述锥形定位销（9）与被检测的锥形螺栓（11）的理论锥度和大径接近，记录千分表的实际读数a1，标准圆柱（7）的被测直径数值与千分表读数之和为锥形定位销（9）的实际直径，此时记录底座（1）位于水平标尺工作台（10）的位置a的数值，然后将底座（1）沿水平标尺工作台（10）平移至位置b，记录移动距离K，并读取位于位置b时，千分表的读数b1，通过公式α=arc tan（M/K），计算得到锥形定位销（9）的实际锥度，式中，α为锥形定位销（9）的角度， M为底座位于位置a时与位于位置b时千分表的读数差值， K为底座从位置a移动到b的距离，计算得到锥形定位销（9）的实际锥度，当其实际检测锥度α与被测的锥形螺栓（11）的理论锥度相同时，千分表与止动调位结构位置确定的起始检测工位合格。

2.根据权利要求1所述的用于检测锥形螺栓的装置，其特征在于，所述标准角度块（3）在朝向所述止动调位结构的一端开有豁口，用于放置所述锥形螺栓大径端的头部，使所述锥形螺栓的锥形外表面与所述标准角度块（3）的上斜面贴合。

3.根据权利要求2所述的用于检测锥形螺栓的装置，其特征在于，所述止动调位结构包括止动块（4）、调节螺钉（6）和调节螺母（5），所述止动块（4）的下端可拆卸安装在所述底座（1）的侧面，上端高于所述底座（1）的上表面开有螺纹孔，所述调节螺钉（6）通过所述调节螺母（5）可调节地安装在所述螺纹孔中，所述调节螺母（5）用于调节固定所述调节螺钉（6）在所述止动块（4）上的水平位置。

4.根据权利要求3所述的用于检测锥形螺栓的装置，其特征在于，在所述底座（1）的其他侧边还设有限位板（2），所述限位板（2）与所述止动块（4）在相邻的两侧面安装，用于对被测件进行限位保护。

5.根据权利要求1所述的用于检测锥形螺栓的装置，其特征在于，所述水平标尺工作台（10）上设有距离刻度线，所述底座（1）与所述水平标尺工作台（10）之间设有直线移动导轨。

6.一种用于检测锥形螺栓的方法，其特征在于，采用如权利要求1-5任一项所述的装置，所述方法包括：

校准标准角度块，将标准角度块（3）安装在底座（1）上，底座（1）放置在正弦尺上，将正弦尺设在水平台上，通过使用千分表的检测指针沿标准角度块（3）的表面长度方向滑动，同时以等厚的标准量块a增进标准角度块的倾斜角度，千分表在滑动过程中读数不变为止，获得标准角度块（3）的实际斜面角度，当该实际斜面角度与被测的锥形螺栓的理论准度相同时，所述标准角度块合格；

调节起始检测工位，将安装有合格标准角度块（3）的底座（1）安装在水平标尺工作台（10）上，通过在标准角度块（3）的检测工位放置标准圆柱（7），并增进标准薄块（8），通过调节止动调位结构，使千分表的检测指针与标准圆柱（7）的径向外圆相切，固定千分表检测指针的位置，然后将标准圆柱（7）换成锥形定位销（9），通过检测所述锥形定位销（9）为标准角度时，固定所述调节止动调位结构的位置，将千分表位置与止动调位结构的位置判定为合格的起始检测工位；

检测锥形螺栓的锥度，检测工位合格后，将锥形定位销（9）移开，放置需检测的锥形螺栓（11），将底座（1）在水平标尺工作台（10）上的两点之间水平移动，通过读取千分表在两点处的读数，根据三角函数关系，得到锥形螺栓（11）的实际锥度；

检测锥形螺栓的长度，将底座（1）沿水平标尺工作台（10）水平移动，使千分表从锥形螺栓大径端部滑到小径端部时，底座（1）的水平移动距离为锥形螺栓的长度。

7.根据权利要求6所述的用于检测锥形螺栓的方法，其特征在于，所述校准标准角度块的方法包括，采用100mm规格的正弦尺上，通过调节千分表的检测指针与标准角度块（3）接触，读取千分表的读数，千分表的检测指针沿标准角度块（3）的表面长度方向进行滑动，同时以等厚的标准量块a增进放置在正弦尺的一个圆柱和水平台之间，用来补偿标准角度块的角度，直到千分表在滑动过程中读数不变为止，此时根据公式A =arc tan（H/L），获得标准角度块的检测角度，式中，A为标准角度块（3）的角度， H为标准量块a的累计高度， L为正弦尺两圆柱的中心距，当标准角度块（3）的检测角度A与被测的锥形螺栓（11）的理论锥度相同时，标准角度块合格。

8.根据权利要求6所述的用于检测锥形螺栓的方法，其特征在于，所述锥形螺栓的锥度方法包括，检测工位合格后，放置需检测的锥形螺栓（11），读取底座（1）位于起始检测工作a时千分表的读数a’，底座（1）水平移动到位于位置b时，再读取千分表的读数b’，标准圆柱（7）的直径与千分表读数a’值的和即为锥形螺栓（11）大径端的直径，通过公式α＇=arc tan（M＇/K＇），计算得到锥形螺栓（11）的实际锥度，式中，α＇为锥形定位销（9）的角度， M＇为底座（1）位于位置a时与位于位置b时千分表的读数差值， K＇为底座（1）从位置a移动到b的距离。

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