CN110986741A - 一种管板深孔垂直度测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种管板深孔垂直度测量装置，所述测量装置包括测量臂(1)、定位轴(2)、限位销(4)和百分表(6)，定位轴(2)、限位销(4)和百分表(6)安装在所述测量臂(1)上，所述限位销(4)安装在定位轴(2)和百分表(6)之间。本发明所述管板深孔垂直度测量装置不但能在钻孔间歇期间快速对准各个被测量的深孔进行测量，以确保垂直度满足要求，极大的提高了检验的实效性，避免大量深孔垂直度不合格的发生，同时，本发明还解决了管板边缘孔无法测量的难题。

Description

一种管板深孔垂直度测量装置及测量方法

技术领域

本发明涉及深孔的垂直度精准测量，特别涉及一种管板深孔垂直度测量工装。

背景技术

核电换热器管板深孔是换热器重要制造过程工序，管板孔为换热器的薄弱环节，其管孔尺寸的垂直度，直接影响二次侧孔桥尺寸，关系到换热器质量。且管板孔数量多(多则2万，少则8000多)，加工精度高，孔深与孔径比大，加工难度高，严重制约了换热器的制造和检验进度。核电换热器管孔数量多，从质量控制的角度，迫切需要在加工过程中进行自检，以免发生大量孔不合格，同时若全部加工完成后，采用测量棒、直角尺和塞尺配合逐一检查管板孔垂直度，则存在一个人无法独立完成检查，需两人配合，效率低、检测时间长、测量实施难度大、测量精度低的缺点。该发明极大的提高了检查效率，提高了测量精度，同时解决了以往其他垂直度测量工装由于测量臂干涉，无法对管板边缘孔进行垂直度的测量的难题。

发明内容

基于上述技术背景，本发明人进行了锐意进取，为了解决上述问题，本发明人进行了锐意研究，设计出一种管板深孔垂直度测量装置，该测量装置包括：测量臂、定位轴、限位销和百分表，测量臂上设置有定位轴、限位销和百分表，限位销位于定位轴和百分表之间。本发明所述管板深孔垂直度测量装置能在钻孔间歇期间快速对准各个被测量的深孔进行测量，以确保垂直度满足要求，极大的提高了检验的时效性，避免大量深孔垂直度不合格的发生。

具体来说，本发明的第一方面在于提供一种管板深孔垂直度测量装置，在提高管板深孔垂直度检验效率的同时，避免深孔垂直度不合格的发生。该装置包括测量臂1、定位轴2、限位销4和百分表6，所述定位轴2、限位销4和百分表6安装于测量臂1上。

所述限位销4安装于定位轴2和百分表6之间。

所述测量臂1上加工有轴孔、销孔和杆孔。

所述定位轴2包括小径端和测量端，小径端的直径小于测量端的直径，该小径端加工有螺纹，小径端穿过测量臂1上的轴孔，定位轴螺母3通过小径端上的螺纹旋紧在测量臂1上，定位轴2垂直安装在测量臂1上；

所述限位销4包括螺纹端和非螺纹端，螺纹端直径小于非螺纹端的直径；

所述百分表6设有测量杆，测量杆穿过测量臂1上的杆孔通过螺母7和螺栓8垂直安装在测量臂1上。

所述定位轴2的小径端与测量臂1上的轴孔为小间隙配合，定位轴2的测量端直径大于轴孔的直径；

所述限位销4与测量臂1相互垂直，所述限位销4的螺纹端穿过测量臂1上的销孔，限位销螺母5通过限位销4螺纹端螺纹旋紧在测量臂1上；

百分表6的测量杆与测量臂1上的杆孔为小间隙配合。

所述定位轴2的测量端尺寸与被测孔为小间隙配合；

限位销4的螺纹端与测量臂1上的销孔为小间隙配合，限位销4非螺纹端的直径大于销孔的直径；限位销4非螺纹端的顶端部为半圆状。

所述定位轴2测量端的直径尺寸为Φ17.70(+0.01/-0.01)或Φ17.67(+0.01/-0.01)。

所述测量臂1上的轴孔中心线、销孔中心线和杆孔中心线相互平行。

所述定位轴2的测量端、限位销4的非螺纹端和百分表6的测量杆位于测量臂1的下方。

所述定位轴2测量端的顶端部到限位销4非螺纹端顶端部的竖直距离与管板孔的深度相同。

本发明的第二方面在于提供本发明所述管板深孔垂直度测量装置的测量垂直度的测量方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1、用宽座直角尺对测量装置进行校准；

步骤2、测量装置定位轴2的测量端插入待测深孔；

步骤3、将定位轴2的测量端贴合被测深孔的孔壁一侧旋转360°。

将宽座直角尺的其中一条直角边紧贴本发明所述测量装置定位轴2的测量端，另一条直角边顶在限位销4非螺纹端的顶端部，然后将百分表6归零，完成校准；

测量装置定位轴2插入待测深孔后，将限位销4的非螺纹端的顶端部接触管板9的上表面，然后再将定位轴2的测量端贴合被测深孔的孔壁一侧旋转360°，测量过程中，限位销4非螺纹端的顶端部始终与管板9的上表面接触，百分表6显示的最大值的绝对值记为|X₁|；

管板孔的深度记为L₀，限位销4轴线到测量杆轴线的竖直距离为L₁，

则垂直度为X₀＝(|X₁|/L₁)×L₀。

本发明所具有的有益效果包括：

(1)该装置简单便捷，使用方便，可一个人独立完成，检测时间短，效率高，测量实施难度小且精度高；

(2)其能快速的对准待测量的深孔并逐一完成测量，仅需测量前，用宽座直角尺进行校对，操作便捷，效率高，极大的提高了检查效率；

(3)本发明所述的管板深孔垂直度测量装置可以对换热器管板边缘孔的垂直度进行测量；

(4)本发明所述的管板深孔垂直度测量装置，能在钻孔间歇期测量深孔的垂直度，以确保垂直度满足要求，极大的提高了检验的时效性，避免了大量深孔垂直度不合格的发生。

附图说明

图1为本发明一种优选实施方式的管板深孔垂直度测量装置的整体结构示意图；

图2为本发明一种优选实施方式的管板深孔垂直度测量装置的校准示意图；

图3为本发明一种优选实施方式的管板深孔垂直度测量装置的测量垂直度过程示意图；

图4为管板孔分布示意图。

附图标号说明：

1-测量臂；

2-定位轴；

3-定位轴螺母；

4-限位销；

5-限位销螺母；

6-百分表；

7-螺母；

8-螺栓；

9-管板。

具体实施方式

下面通过附图和实施例对本发明进一步详细说明。通过这些说明，本发明的特点和优点将变得更为清楚明确。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

核电换热器管板深孔是换热器重要制造过程工序，管板孔为换热器的薄弱环节，特别是其管孔的垂直度，直接影响二次侧孔桥尺寸，这将直接关系到换热器的质量。因此，对管板孔垂直度的测量是非常重要的一环，而管板孔数量多，多则2万，少则8000多，且分布相对密集，如图4所示，其孔深与孔径比大，加工难度高，严重制约了换热器的制造和检验进度。而从质量控制的角度，又迫切需要在加工过程中进行自检，以免发生大量孔不合格，若加工完成后采用测量棒和直角尺逐一检查垂直度，存在一个人无法独立完成检查，需两人配合完成，则会导致效率低，花费时间长，特别是用现有测量装置进行测量时，无法对管板边缘孔进行垂直度的测量，因此急需一种操作简便、测量精度高且可对管板边缘孔进行垂直度测量的装置。

本发明的第一方面提供了一种深孔垂直度的测量装置，所述垂直度测量装置用于测量核电设备中的管板深孔垂直度，如图1所示，所述深孔垂直度测量装置包括测量臂1、定位轴2、限位销4和百分表6，所述定位轴2、限位销4和百分表6安装于测量臂1上，所述限位销4安装于定位轴2和百分表6之间。

因为在管板深孔垂直度测量过程中，由于管板边缘孔距管板内壁边缘仅有29.5mm，以往的深孔垂直度测量工装测量臂远大于30mm，容易与管板内壁干涉，根本无法对管板边缘孔进行垂直度测量。而用心轴和直角尺进行管板边缘孔测量时，需两个人配合完成，使其测量精度和测量效率大大降低。

在本发明中将限位销4和百分表6安装在测量臂1的同一端，在利用本申请所述测量装置测量深孔垂直度时，限位销4非螺纹端的顶端部始终与管板表面接触，起到整个装置支点的作用，将所述限位销4和百分表6安装在测量臂1的同一侧，使测量臂完全位于定位轴2的同一端，这样的设置，在测量管板边缘孔时，可以避免测量臂1与管板内壁干涉，在尽可能旋转最大角度范围内，对管板边缘孔进行测量，解决了管板边缘孔无法测量的难题；同时以往的垂直度测量装置在测量时，需将两个测量值进行计算，带来了计算误差，本发明无需进行二次计算，直接通过测量即可读出数据，避免了因二次计算带来的误差，不但提高了测量精度，同时由于少一次计算，测量效率也有所提高。

本发明中，所述测量臂1为直杆状，在测量臂1上加工有轴孔、销孔和杆孔，轴孔、销孔和杆孔分别用于安装定位轴2、限位销4和百分表6。

根据本发明一种优选的实施方式，所述定位轴2为直杆状，分为小径端和测量端，小径端用于固定定位轴2，使定位轴2可以紧固在测量臂1上，测量端插入待测管板的深孔，如图3所示，用于为整个装置定位，该小径端的直径小于测量端的直径。所述小径端加工有螺纹，小径端穿过测量臂1上的轴孔，定位轴螺母3通过小径端上的螺纹旋紧在测量臂1，使定位轴2垂直安装在测量臂1上。

根据本发明一种优选的实施方式，所述定位轴2的小径端与测量臂1上的轴孔为小间隙配合，且定位轴2测量端的直径大于轴孔的直径，这样就可使定位轴2紧固在测量臂1上，而不会发生相对移动。

根据本发明进一步优选的实施方式，为能快速对准待测量的深孔并逐一完成测量，提高测量效率，定位轴2的测量端尺寸与被测深孔为小间隙配合，确保测量时定位轴2与被测管孔中心线同轴，仅能进行旋转测量，优选的，所述定位轴2测量端的直径尺寸为Φ17.70(+0.01/-0.01)或Φ17.67(+0.01/-0.01)。

本发明中，所述定位轴2应具有较好的直线度和圆柱度；同时，所述被测深孔比定位轴2测量端的直径大，确保定位轴2与被测深孔中心线同轴的情况下，还能保证定位轴2测量端可沿被测深孔的管壁旋转360°，以保证本申请所述垂直度测量装置可以测量到被测深孔的斜度最大处，从而确保测量的精度和准确度。

在本发明中，所述限位销4在整个测量过程中，起到支点的作用。所述限位销4包括螺纹端和非螺纹端，螺纹端的直径小于非螺纹端的直径。所述螺纹端用于固定限位销4，所述限位销4的螺纹端穿过测量臂1上的销孔，限位销螺母5通过限位销4上的螺纹，将限位销4固定在测量臂1上，安装后的限位销4与测量臂1垂直。

根据本发明一种优选的实施方式，限位销4的螺纹端与测量臂1上的销孔为小间隙配合，限位销4非螺纹端的直径大于销孔的直径，这样可使限位销4固定在测量臂1上后，保证限位销4不与测量臂1发生相对位移，提高测量精度。

根据本发明进一步优选的实施方式，在测量过程中，所述限位销4非螺纹端与管板表面接触，起到支点的作用，因此，在本发明中所述限位销4非螺纹端的顶端部为半圆状，这样的设计不容易损伤管板表面，也会减小对限位销4的机械磨损。

本发明中，所述百分表6带有测量杆，测量杆穿过测量臂1上的杆孔，通过螺母7和螺栓8的配合，使百分表6安装在测量臂1上，优选的，所述百分表6垂直安装在测量臂1上。

根据本发明一种优选的实施方式，所述百分表6的测量杆与测量臂1上的杆孔为小间隙配合，小间隙配合可以使百分表6固定在测量杆上后，不会发生相对晃动，确保了其测量的准确性和精密度。

本发明中，所述测量臂1上的轴孔中心线、销孔中心线和杆孔中心线均相互平行，从而有效保证了定位轴2、限位销4和百分表6的轴线平行，便于后续用此装置进行垂直度的测量。

在本发明所述的垂直度测量装置中，定位轴2的测量端、限位销4的非螺纹端和百分表6的测量杆位于测量臂1的同一侧。否则无法对管板深孔进行垂直度测量。

根据本发明一种优选的实施方式，所述测量杆的轴线到所述限位销4的轴线之间的距离等于定位轴2测量端的顶端部到限位销4非螺纹端顶端部竖直距离的1/2，但不局限于此比例，这种比例设计是为了方便垂直度的计算，则用所述装置测量的垂直度即直接为百分表6所显示数值的两倍，通过直接测量即可直接读出相关数据，消除因计算而带来的误差，不但提高了测量精度，更极大地提高了工作效率。

根据本发明一种优选的实施方式，所述定位轴2测量端的顶端部到限位销4非螺纹端顶端部的竖直距离与管板孔的深度相同。

根据本发明的第二方面，在于提供本发明所述管板深孔垂直度测量装置的测量方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1、使用该垂直度测量装置前需用宽座直角尺对测量装置进行校准；

在根据本发明一种优选的实施方式进行管板深孔垂直度的测量时，需先对所述垂直度测量装置进行校准，校准的具体过程为：

如图2所示，将宽座直角尺的其中一条直角边紧贴本发明所述测量装置定位轴2的测量端，另一条直角边顶在限位销4非螺纹端的顶端部，同时给百分表6的测量杆留一定的测量量，优选地，所述测量量为1～3mm，然后将百分表6归零，此时完成本发明所述测量装置的校准。

本发明在测量前需先使用宽座直角尺进行校对，保证测量臂上限位销顶点和百分表所构成直线与定位轴垂直。如图2所示，将百分表度数归零，方可进行垂直度测量，可以消除测量时测量工装本身垂直度所带来的系统误差，提高测量精度。

步骤2、测量装置定位轴(2)的测量端插入待测深孔；

将完成校准的管板深孔垂直度测量装置的定位轴2测量端插入待测深孔，如图3所示，所述被测深孔的直径相对于定位轴测量端直径的间隙为0.02～0.03mm，确保测量时定位轴2与被测管孔中心线同轴，且仅能进行旋转测量，提高测量效率的同时，保证了测量的精确度。

此时，限位销4非螺纹端的顶端部顶在管板9的表面上，且在测量过程中，应确保限位销4非螺纹端的顶端部始终顶在管板9的表面上。

在测量过程中，由于限位销4起到整个装置支点的作用，如限位销4在使用过程中，未与管板表面接触，将导致对百分表6的读数不准确，进而使后续计算过程中的计算结果有误。

步骤3、将定位轴(2)的测量端贴合被测深孔的孔壁一侧旋转360°。

管板边缘孔距管板内壁边缘仅有29.5mm，而以往的深孔垂直度测量工装测量臂远大于30mm，容易与管板内壁干涉，根本无法对管板边缘孔进行垂直度测量。

本发明所述的管板深孔垂直度测量装置，将限位销4和百分表6安装于定位轴2的同一端，使其在测量管板边缘孔时，避免了测量臂与管板内壁产生干涉，从而实现了对管板边缘孔垂直度的测量。

将本发明所述测量装置定位轴2的测量端与待测孔孔壁贴合，同时使限位销4非螺纹端的顶端部顶在管板9的表面上，当测量管板边缘孔时，由于管孔距离管板边缘较近，仅有29.5mm，则在测量过程中，会存在测量臂与管板内壁产生干涉情况，因此，用本发明所述测量装置进行管板深孔垂直度测量时，分为边缘孔和非边缘孔的测量。

当所测量深孔为边缘孔时，将定位轴2测量端贴合孔壁一侧，在测量臂不与管板内壁产生干涉的情况下，尽可能的旋转最大角度范围，将测量过程中百分表6显示的最大数值记为|X₁|，当测量深孔为非边缘深孔时，定位轴2测量端贴合孔壁一侧旋转360°范围，将测量过程中，百分表6显示的最大数值记为|X₁|。管板孔的深度记为L₀，在测量时，限位销4轴线到百分表6测量杆轴线的竖直距离为L₁，如图3所示，根据相似三角形原理，

则垂直度为X₀＝(|X₁|/L₁)×L₀。

若所述测量杆的轴线到所述限位销4的轴线之间的距离等于定位轴2测量端的顶端部到限位销4非螺纹端顶端部竖直距离的1/2，则管板深孔的垂直度为2|X₁|。

本发明提供的深孔垂直度测量装置基公开的测量方法所具有的有益效果如下：

(1)本发明提供的定位轴测量端直径相对于被测深孔直径的间隙为小间隙配合，确保测量端与被测管孔同轴的同时，仅能进行旋转测量，使用便捷，实施难度小且测量速率高；

(2)本发明使用宽座直角尺进行校对，使用前将百分表度数归零，可以消除测量时工装本身垂直度所带来的系统误差；

(3)本发明提供的垂直度测量装置和测量方法无需进行二次计算，通过直接测量即可直接读出相关数据，这样可以消除因计算而带来的误差，由于避免二次计算，测量效率和精度也有所提高；

(4)本发明提供的垂直度测量装置将限位销和百分表安装在测量臂的同一端，避免了由于测量臂过大而无法进行管板边缘孔的测量，其不但操作便捷，可单独完成，且测量精度高。

本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于本发明工作状态下的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”“相连”“连接”应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体的连接普通；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上结合了优选的实施方式对本发明进行了说明，不过这些实施方式仅是范例性的，仅起到说明性的作用。在此基础上，可以对本发明进行多种替换和改进，这些均落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种管板深孔垂直度测量装置，其特征在于，该测量装置包括：测量臂(1)、定位轴(2)、限位销(4)和百分表(6)，定位轴(2)、限位销(4)和百分表(6)安装于所述测量臂(1)上，

所述限位销(4)安装于定位轴(2)和百分表(6)之间。

2.根据权利要求1所述的垂直度测量装置，其特征在于，测量臂(1)上加工有轴孔、销孔和杆孔。

3.根据权利要求1或2所述的垂直度测量装置，其特征在于，

所述定位轴(2)包括小径端和测量端，小径端的直径小于测量端的直径，该小径端加工有螺纹，小径端穿过测量臂(1)上的轴孔，定位轴螺母(3)通过小径端上的螺纹旋紧在测量臂(1)上，定位轴(2)垂直安装在测量臂(1)上；

所述限位销(4)包括螺纹端和非螺纹端，螺纹端直径小于非螺纹端的直径；

所述百分表(6)设有测量杆，测量杆穿过测量臂(1)上的杆孔通过螺母(7)和螺栓(8)垂直安装在测量臂(1)上。

4.根据权利要求3所述的垂直度测量装置，其特征在于，

所述定位轴(2)的小径端与测量臂(1)上的轴孔为小间隙配合，定位轴(2)的测量端直径大于轴孔的直径；

所述限位销(4)与测量臂(1)相互垂直，所述限位销(4)的螺纹端穿过测量臂(1)上的销孔，限位销螺母(5)通过限位销(4)螺纹端螺纹旋紧在测量臂(1)上；

百分表(6)的测量杆与测量臂(1)上的杆孔为小间隙配合。

5.根据权利要求4所述的垂直度测量装置，其特征在于，

所述定位轴(2)的测量端尺寸与被测孔为小间隙配合；

限位销(4)的螺纹端与测量臂(1)上的销孔为小间隙配合，限位销(4)非螺纹端的直径大于销孔的直径；限位销(4)非螺纹端的顶端部为半圆状。

6.根据权利要求5所述的垂直度测量装置，其特征在于，

所述定位轴(2)测量端的直径尺寸为Φ17.70(+0.01/-0.01)或Φ17.67(+0.01/-0.01)。

7.根据权利要求1至5之一所述的垂直度测量装置，其特征在于，

所述测量臂(1)上的轴孔中心线、销孔中心线和杆孔中心线相互平行；

所述定位轴(2)的测量端、限位销(4)的非螺纹端和百分表(6)的测量杆位于测量臂(1)的下方。

8.根据权利要求7所述的垂直度测量装置，其特征在于，

所述定位轴(2)测量端的顶端部到限位销(4)非螺纹端顶端部的竖直距离与管板孔的深度相同。

9.一种管板深孔垂直度测量方法，优选采用权利要求1至8之一所述的管板深孔垂直度测量装置进行测量，其特征在于，该方法包括：

步骤1、用宽座直角尺对测量装置进行校准；

步骤2、测量装置定位轴(2)的测量端插入待测深孔；

步骤3、将定位轴(2)的测量端贴合被测深孔的孔壁一侧旋转360°。

10.根据权利要求9所述的管板深孔垂直度测量方法，其特征在于，

将宽座直角尺的其中一条直角边紧贴本发明所述测量装置定位轴(2)的测量端，另一条直角边顶在限位销(4)非螺纹端的顶端部，然后将百分表(6)归零，完成校准；

测量装置定位轴(2)插入待测深孔后，将限位销(4)的非螺纹端的顶端部接触管板(9)的上表面，然后再将定位轴(2)的测量端贴合被测深孔的孔壁一侧旋转360°，测量过程中，限位销(4)非螺纹端的顶端部始终与管板(9)的上表面接触，百分表(6)显示的最大值的绝对值记为|X₁|；

管板孔的深度记为L₀，限位销(4)轴线到测量杆轴线的竖直距离为L₁，

则垂直度为X₀＝(|X₁|/L₁)×L₀。

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