CN110657751B - 一种自定位高精度孔径测量装置 - Google Patents

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Abstract

本申请属于机械制造领域，特别涉及一种利用水平及竖直方向上的可伸缩阻尼杆及万向球的协调运动自动达到力平衡状态的自定位高精度孔径测量装置，其包括支架、粗调旋钮、可调支臂、测量杆和自定位结构，可调支臂和测量杆均有两个，且在支架的两端各自设置有一个可调支臂和测量杆，每个可调支臂外设置有自定位结构，支架外壳上设置有粗条旋钮。通过水平和竖直方向上的分别对称分布的阻尼杆及其端头的万向球，利用力平衡原理，实现该装置快速自定位，使该装置测量杆所构成的直线与被测孔的径向切圆的一条直径重合，保证测量结果的正确性。

Description

一种自定位高精度孔径测量装置
技术领域
本申请属于机械制造领域，特别涉及一种利用水平及竖直方向上的可伸缩阻尼杆及万向球的协调运动自动达到力平衡状态的自定位高精度孔径测量装置。
背景技术
孔特征广泛存在于数控加工金属件上，特别是飞机金属结构件上，通常，低于H9级精度的一般小直孔（直径小于100mm）多采用游标卡尺测量孔径，H7-H9级高精度小直孔（直径小于100mm）多采用内径千分尺、专用塞规、测量机计量测量孔径，而对于100mm-300mm直径范围内的孔多采用带杠杆的百分表进行人工测量，在调整杠杆位置的同时需通时观察百分表来寻找最小读数以确定孔径值，操作技能要求高，由于人工无法快速精准地找到径向切圆的直径方向，读数误差大，效率低，而采用测量机计量成本高，零件反复周转，费时费力，目前，针对上述问题，尚未出现有效的解决方法。
现有专利如专利申请号为201910298561.7，申请日为2019-04-15，名称为《一种发动机支架连接轴轴承孔孔径和位置度检测装置》的发明专利，其技术方案为：本发明公开了一种发动机支架连接轴轴承孔孔径和位置度检测装置，包括底板、导轨滑块和滑板，在滑板上，工件通过预定位块先预定位，通过等高定位圆台及支撑圆台支撑后，靠向并贴紧第三测量座上的等高垫块端面，用第二压钳和第三测量座上的第四压钳将工件固定在滑板上，并将滑板推至最末端，推下第一压钳座上的第一压钳，联动正下方的定位块左右两侧的圆弧找到球体内的正确位置后，用第三压钳将工件固定住，将第一压钳座上的第一压钳退回，将第七测套和测杆的一头穿过第一测量座，另一头穿过第二测量座上对应的孔，并顶到限位处，旋转第七测套和测杆检测球径和位置度，再用测量杆其余测套和测杆分别测量各孔对应的孔径和位置度。上述专利虽然对检测装置作出了改进，但是结构复杂，在测量金属零件大直径孔（100mm-300mm）存在效率低、精度差的问题。
发明内容
为解决现有测量装置存在的上述困难，现在提出一种利用水平及竖直方向上的可伸缩阻尼杆及万向球的协调运动自动达到力平衡状态，保证所测长度方向位于径向切圆的直径方向，利用线性光栅尺实现孔径的快速、精确测量的自定位高精度孔径测量装置。
为实现上述目的，本申请的具体方案为：
一种自定位高精度孔径测量装置，其特征在于：包括支架、粗调旋钮、可调支臂、测量杆和自定位结构，可调支臂和测量杆均有两个，且在支架的两端各自设置有一个可调支臂和测量杆，每个可调支臂外设置有自定位结构，支架外壳上设置有粗条旋钮。
所述的支架上设置有滑槽；
所述的粗调旋钮位于支架中央，粗调旋钮下方为高精度直/斜齿轮，可通过拉起要下压实现解锁和锁死；
支架外壳上还可以设置电子模块，其能实现μ级高精度测距，能实时显示测量值及电量百分比，显示器旁包含置零按钮、向前/后数据浏览按钮、数据无线/有线传输按钮，属于本方案的附加特征。
两个可调支臂位于粗调旋钮两侧，可调支臂包含支臂直/斜齿条，与粗调旋钮同轴的的直/斜齿轮构成高精度的齿轮齿条运动副，在旋钮带动下，实现同伸出/收缩；
所述测量杆一端固连红宝石球形测头，另一端连接压缩状态下的弹簧，测量杆安装线性光栅尺；
所述自定位结构，包含水平阻尼杆及竖直阻尼杆，规格相同，水平阻尼杆一端连接有水平万向球，竖直阻尼杆一端连接有竖直万向球，该模块可与支臂快速拆装，水平阻尼杆夹角60°，竖直阻尼杆夹角30°，且各方向阻尼杆分别关于测量杆轴线对称，当该装置被放入圆柱形孔中，受压的阻尼杆能自适应地调整位置迅速达到力平衡状态，最终稳定在该位置，此时，测量杆位于孔内壁圆柱面的径向切圆平面上，且过该圆圆心，所测值即为该孔直径。
水平万向球和竖直万向球均为低摩擦系数万向球。
本申请的有益效果是：
1、 通过水平和竖直方向上的分别对称分布的阻尼杆及其端头的万向球，利用力平衡原理，实现该装置快速自定位，使该装置测量杆所构成的直线与被测孔的径向切圆的一条直径重合，保证测量结果的正确性。
2、 通过安装在测量杆上的线性光栅，实现直径的高精度、快速测量；
3、 通过将该装置置于被测孔的不同高度或不同方向测量孔直径，可以快速、综合地评估孔直径。
4、 自定位结构可拆卸，磨损后可单独更换；
5、 该装置可以成比例地以多种长度规格制造，适用于不同直径范围的孔径测量。
附图说明
图1是自定位高精度孔径测量装置示意图。
图2是拆除支架的内部结构图。
图3是自定位结构的局部放大图。
图4是工作状态示意图。
包括：1-支架，2-粗调旋钮，4-可调支臂，5-测量杆，6-自定位结构，7-支臂直/斜齿条，8-高精度直/斜齿轮，9-弹簧，10-水平阻尼杆，11-水平万向球，12-竖直万向球，13-红宝石球形测头，14-竖直阻尼杆，15-示意零件。
具体实施方式
实施例1
一种自定位高精度孔径测量装置包括支架1、粗调旋钮2、可调支臂4、测量杆5和自定位结构6，可调支臂4和测量杆5均有两个，且在支架1的两端各自设置有一个可调支臂4和测量杆5，每个可调支臂4外设置有自定位结构6，支架1外壳上设置有粗条旋钮。所述的支架1上设置有滑槽；所述的粗调旋钮2位于支架1中央，粗调旋钮2下方为高精度直/斜齿轮8，可通过拉起要下压实现解锁和锁死。
支架1外壳上还可以设置电子模块，其能实现μ级高精度测距，能实时显示测量值及电量百分比，显示器旁包含置零按钮、向前/后数据浏览按钮、数据无线/有线传输按钮，属于本方案的附加特征。
两个可调支臂4位于粗调旋钮2两侧，可调支臂4包含支臂直/斜齿条7，与粗调旋钮2同轴的的直/斜齿轮构成高精度的齿轮齿条运动副，在旋钮带动下，实现同伸出/收缩；所述测量杆5一端固连红宝石球形测头13，另一端连接压缩状态下的弹簧9，测量杆5安装线性光栅尺；所述自定位结构6，包含水平阻尼杆10及竖直阻尼杆14，规格相同，水平阻尼杆10一端连接有水平万向球11，竖直阻尼杆14一端连接有竖直万向球12，该模块可与支臂快速拆装，水平阻尼杆10夹角60°，竖直阻尼杆14夹角30°，且各方向阻尼杆分别关于测量杆5轴线对称，当该装置被放入圆柱形孔中，受压的阻尼杆能自适应地调整位置迅速达到力平衡状态，最终稳定在该位置，此时，测量杆5位于孔内壁圆柱面的径向切圆平面上，且过该圆圆心，所测值即为该孔直径。水平万向球11和竖直万向球12均为低摩擦系数万向球。
实施例2
如图1所示，一种自定位高精度孔径测量装置，包括支架1、粗调旋钮2、可调支臂4、测量杆5、自定位结构6，该装置利用水平及竖直方向上的阻尼杆及万向球的协调运动达到力平衡状态，保证所测长度方向位于径向切圆的直径方向，利用线性光栅尺实现孔径的快速、精确测量，该装置需与外径千分尺配合使用。
粗调旋钮2包括：粗调旋钮2，高精度直/斜齿轮8；
可调支臂4包括：可调支臂4，支臂直/斜齿条7；
自定位结构6包括：水平阻尼杆10，水平万向球11，竖直万向球12，竖直阻尼杆14;
测量杆5包括：测量杆5，弹簧9，红宝石球形测头13；
以图1、2、3、4，对本申请的操作流程进行说明，但本申请并不限于本实例。
步骤一、依据所测孔的理论值，拉起并旋转粗调旋钮2，带动高精度直/斜齿轮8，驱动可调支臂4上的支臂直/斜齿条7，移动可调支臂4到合适位置，按下粗调旋钮2锁死，此时需保证该装置自由状态下的测量杆5及自定位结构6长度方向上应大于被测孔；
步骤二、依据所测孔的理论值，用外径千分尺校准测量杆5，即将千分尺调整至被测孔孔径的理论位置，用千分尺测量该装置两端测量杆5，保证两端的红宝石球形测头13与千分尺测量端面贴合，将当前测量值置零；
步骤三、将校准后的测量装置水平置于清洁的被测零件孔中，此时，两端自定位装置被压缩，测量杆5在弹簧9的压力作用下与零件孔壁紧密贴合，当对称分布的水平阻尼杆10或竖直阻尼杆14因受到大小不等的力时，低摩擦系数的水平万向球11或竖直万向球12发生滚动，带动该装置发生位移，直到该装置处于力平衡状态，待稳定后，测量并记录当前状态下的直径；
步骤四、读取测量值，或将数据通过传输按钮传输到计算机中，与理论值算数加减及为被测孔孔径值；
步骤五、水平旋转多个角度，重复步骤四，径向多角度孔径值；
步骤六、竖直移动多个高度，重复步骤四、步骤五，得不同高度和方向的孔径值；
步骤七、利用数据传输按钮将数据传输是计算机，综合评估孔直径、圆柱度、锥度等；
步骤八、测量完毕，取出该装置，拉起并旋转粗调旋钮2，收回支臂，拆除自定位结构6，清洁后各部件后放入特制包装盒。
本申请未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (4)

1.一种自定位高精度孔径测量装置，其特征在于：包括支架（1）、粗调旋钮（2）、可调支臂（4）、测量杆（5）和自定位结构（6），可调支臂（4）和测量杆（5）均有两个，且在支架（1）的两端各自设置有一个可调支臂（4）和测量杆（5），每个可调支臂（4）外设置有自定位结构（6），支架（1）外壳上设置有粗条旋钮；
所述自定位结构（6），包含水平阻尼杆（10）及竖直阻尼杆（14），水平阻尼杆（10）一端连接有水平万向球（11），竖直阻尼杆（14）一端连接有竖直万向球（12），水平阻尼杆（10）夹角60°，竖直阻尼杆（14）夹角30°，且各方向阻尼杆分别关于测量杆（5）轴线对称；
两个可调支臂（4）位于粗调旋钮（2）两侧，可调支臂（4）包含支臂直/斜齿条（7），与粗调旋钮（2）同轴的直/斜齿轮构成高精度的齿轮齿条运动副，在旋钮带动下，实现同伸出/收缩；
所述测量杆（5）一端固连红宝石球形测头（13），另一端连接压缩状态下的弹簧（9），测量杆（5）安装线性光栅尺。
2.根据权利要求1所述的一种自定位高精度孔径测量装置，其特征在于：所述支架（1）上设置有滑槽。
3.根据权利要求1所述的一种自定位高精度孔径测量装置，其特征在于：所述粗调旋钮（2）位于支架（1）中央，粗调旋钮（2）下方为高精度直/斜齿轮（8）。
4.根据权利要求1所述的一种自定位高精度孔径测量装置，其特征在于：水平万向球（11）和竖直万向球（12）均为低摩擦系数万向球。
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