CN113295127A - 圆柱面与其他曲面或平面相交处圆角半径的测量方法和测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种圆柱面与其他曲面或平面相交处圆角半径的测量方法，该测量方法通过调整待测件的Y轴方向位置结合粗糙度轮廓仪的测针确定测量平面后，使用粗糙度轮廓仪拾取和测量待测件的圆角半径。还公开了一种与该方法配合使用的测量装置，该测量装置在粗糙度轮廓仪的基础上结合Y向调节平台和角度可调夹紧装置以实现夹持固定待测件并调节其与XZ平面上的角度以及在Y轴方向位置。将粗糙度轮廓仪引入圆柱面与其他曲面或平面的相交处圆角半径的测法，可定量测量圆角半径，有效提高测量精度和测量效率。

Description

圆柱面与其他曲面或平面相交处圆角半径的测量方法和测量 装置

技术领域

本发明涉及机械加工技术领域，特别是涉及一种圆柱面与其他曲面或平面相交处圆角半径的测量方法和测量装置。

背景技术

圆柱面与其他曲面或平面相交处圆角的测量方法通常有接触测量和非接触测量两种方法，其中接触测量最常用的手段是半径样板(R规)检测法，而非接触测量最常用的检测方法是利用万能工具显微镜对圆角进行测量。

R规为标准件，规格有限，通常只能定性判别被测圆角是否与R规尺寸匹配，对于不是R规规格尺寸的圆角不能测得其准确半径值，存在很大的局限性。而万能工具显微镜测圆角是通过镜头内设定好的半径刻线与被测件进行比较，与R规的测量原理相同，均只能判别固定规格的圆角是否满足要求，不能得到准确测量值。

此外，圆柱面与其他曲面或平面相交处的圆角半径，如图1或图2所示，由于难以保证测量平面通过圆柱体轴线，因此暂无此类圆角半径的定量测量手段。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中圆角半径测量方法无法得到准确测量值，且难以保证测量平面通过圆柱体轴线的缺陷，而提供一种圆柱面与其他曲面或平面的相交处圆角半径的测量方法。该测量方法通过调整待测件的Y轴方向位置结合粗糙度轮廓仪的测针确定测量平面后，使用粗糙度轮廓仪拾取和测量待测件的圆角半径。

本发明的另一个目的，是提供一种用于测量圆柱面与其他曲面或平面的相交处圆角半径的测量装置，该测量装置在粗糙度轮廓仪的基础上结合Y向调节平台和角度可调夹紧装置以实现夹持固定所述待测件并调节其与XY平面的角度以及在Y轴方向位置。

本发明的另一个目的，是提供粗糙度轮廓仪在测量圆角半径中的应用，可定量测量圆角半径，有效提高测量精度和测量效率。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种圆柱面与其他曲面或平面相交处圆角半径的测量方法，包括以下步骤：

步骤1：将待测件夹持固定，保证所述待测件中圆柱面的轴线与XZ平面平行；

步骤2：调节所述待测件中圆柱面的轴线与XY平面的夹角以保证粗糙度轮廓仪中的测针能够顺畅接触到所述待测件的圆角轮廓；

步骤3：调节所述粗糙度轮廓仪中测针在X轴方向和Z轴方向的位置使其与所述待测件的圆柱面接触，调节所述待测件在Y轴方向的位置，使所述测针划过所述待测件的圆柱面时形成一条平行于XY平面的弧线，通过所述粗糙度轮廓仪找到所述弧线的最高点，所述最高点所在XZ平面即为测量平面，将所述待测件固定，使测针对准所述最高点；

步骤4：利用粗糙度轮廓仪拾取和测量所述待测件在所述测量平面上圆柱面与其他曲面或平面的相交处的圆角轮廓，通过所述圆角轮廓计算圆角半径。

本发明的另一方面，一种用于测量圆柱面与其他曲面或平面相交处圆角半径的测量装置，包括粗糙度轮廓仪、通过Y向调节平台设置于所述粗糙度轮廓仪的基台上的角度可调夹紧装置；

所述角度可调夹紧装置包括基座、用于固定待测件的夹紧装置主体和用于调节所述夹紧装置主体与XY平面的夹角的角度调节组件；所述夹紧装置主体的一端与基座一端铰接，另一端通过角度调节组件安装于所述基座的另一端；

所述Y向调节平台包括可调固定于所述基台上的底板、滑动安装在所述底板上并且可沿Y轴方向滑动的滑动板和用于调节所述滑动板Y轴方向位置的螺旋测微头。

在上述技术方案中，所述夹紧装置主体包括主体板、固定在所述主体板上的滑轨、固定在所述滑轨底端用于承托所述待测件一端的固定块、沿所述滑轨滑动用于压紧所述待测件相对另一端的夹紧滑块以及用于驱动所述夹紧滑块滑动的驱动组件，所述主体板一端与所述基座的一端铰接，另一端通过角度调节组件安装于所述基座的另一端。

在上述技术方案中，所述驱动组件包括固定于所述滑轨的平面上的限位螺母和穿过所述限位螺母并与之螺纹配合的旋转螺杆，所述旋转螺杆的端部通过轴承与所述夹紧滑块转动连接以带动所述夹紧滑块沿所述滑轨滑动。

在上述技术方案中，所述旋转螺杆顶端设置有把手。

在上述技术方案中，所述角度调节组件包括一端固定在所述基座上的弧形导轨、开设在所述主体板侧面上的螺纹孔和在所述弧形导轨内滑动并与所述螺纹孔螺纹连接以锁定角度的角度调节螺母。

在上述技术方案中，所述角度调节螺母为蝶形螺母。

在上述技术方案中，所述弧形导轨的有效夹紧行程为0-80mm，可调角度范围为0-60°。

在上述技术方案中，所述粗糙度轮廓仪包括基台、固定于所述基台上的Z轴导轨、沿所述Z轴导轨滑动的Z轴导向模块、安装于所述Z轴导向模块上可沿X轴移动的X轴测臂和通过旋转驱动机构安装于所述X轴测臂的端部的测针。

在上述技术方案中，所述基台上沿X方向设置有T型槽，所述底板的两侧分别设置有连接件，所述连接件通过T型螺栓和螺母配合固定连接在所述基台上。

在上述技术方案中，所述滑动板的Y向调节范围为0-25mm。

本发明的另一方面，粗糙度轮廓仪在测量圆角半径中的应用。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明提供的圆柱面与其他曲面或平面相交处圆角半径的测量方法，通过调整待测件的Y轴方向位置结合粗糙度轮廓仪的测针确定测量平面后，使用粗糙度轮廓仪拾取和测量待测件的圆角半径。由于粗糙度轮廓仪能够直接测量被测表面，直观地反映被测表面的信息，广泛应用于被测件表面粗糙度和轮廓的测量，适用范围广、测量精度高、测量效率高。将粗糙度轮廓仪引入圆柱面与其他曲面或平面的相交处圆角半径的测量方法，测量精度高，准确性高，测量不确定度可达到1.3μm。

2.本发明提供的用于测量圆角半径的测量装置，在粗糙度轮廓仪的基础上结合Y向调节平台和角度可调夹紧装置以实现夹持固定所述待测件并调节其与XY平面的角度以及在Y轴方向位置。解决了圆柱体与曲面或平面相交处圆角半径测量时难以找准通过圆柱轴线的测量平面的难题。

3.本发明提供的粗糙度轮廓仪在测量圆角半径中的应用，不同于现有圆角测量技术只能定性检验圆角规格的方法，可定量测量各类圆角的实际圆角半径，有效提高测量精度和测量效率。

附图说明

图1所示为背景技术中圆柱面与平面相交待测件的结构示意图；

图2所示为背景技术中圆柱面与其他曲面相交待测件的结构示意图；

图3所示为实施例2所述测量装置的结构示意图；

图4所示为Y向调节平台的结构示意图；

图5所示为角度可调夹紧装置的结构示意图；

图6所示为粗糙度轮廓仪的结构示意图。

图中：A-圆柱面，B-平面，C-其他曲面，R-圆角，1-粗糙度轮廓仪，2-Y向调节平台，3-角度可调夹紧装置，4-待测件，5-基台，6-Z轴导轨，7-Z轴导向模块，8-X轴测臂，9-测针，10-螺旋测微头，11-底板，12-滑动板，13-基座，14-角度调节螺母，15-旋转螺杆，16-夹紧滑块，17-夹紧装置主体，18-弧形导轨，19-螺纹孔，20-主体板，21-滑轨，22-固定块，23-限位螺母，24-把手，25-T型槽，26-连接件。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

一种圆柱面与其他曲面或平面的相交处圆角半径的测量方法，包括以下步骤：

步骤1：将待测件4夹持固定，保证所述待测件4中的圆柱面的轴线与XZ平面平行；

步骤2：调节所述待测件4的角度以保证粗糙度轮廓仪1中的测针9能够顺畅无障碍的测量到所述待测件4的圆角轮廓；

步骤3：调节所述粗糙度轮廓仪1中的测针9在X轴方向和Z轴方向的位置使其与所述待测件4的圆柱面接触，调节所述待测件4的Y轴方向位置，使所述测针9划过所述待测件4的圆柱面形成一条平行于XY平面的弧线，通过所述粗糙度轮廓仪1找到所述弧线的最高点(即距离测针9水平距离最近的点)，并将所述待测件4固定在所述最高点对应Y轴方向位置，所述最高点所在XZ平面即为测量平面；

步骤4：利用粗糙度轮廓仪1拾取和测量所述待测件4在所述测量平面上圆柱面与其他曲面或平面的相交处的圆角轮廓，通过所述圆角轮廓计算圆角半径。

在上述测量方法中，步骤1调整圆柱面的轴线与XZ平面平行，步骤3中通过在圆柱面上刻画一条平行于XY平面的弧线以找到圆柱面的轴线所在平面，即测量平面，解决了圆柱体与曲面或平面相交处圆角半径测量时难以找准通过圆柱轴线的测量平面的难题。同时，结合适用范围广、测量精度高的粗糙度轮廓仪，实现了圆柱体与曲面或平面相交处圆角半径的高精度、定量测量。

实施例2

一种用于测量圆柱面与其他曲面或平面相交处圆角半径的测量装置，如图3所示，包括粗糙度轮廓仪1、用于调节所述待测件4在Y轴方向位置的Y向调节平台2和用于夹持所述待测件4并调节与XY平面夹角角度的角度可调夹紧装置3；

所述Y向调节平台2采用Mahr CT200型号调节平台，如图4所示，包括可调固定于所述粗糙度轮廓仪1的基台5上的底板11、滑动安装在所述底板11上并且可沿Y轴方向滑动的滑动板12和用于调节所述滑动板12Y轴方向位置的螺旋测微头10；

所述角度可调夹紧装置3，如图5所示，包括固定于所述滑动板12上的基座13、用于夹持待测件4的夹紧装置主体17和用于调节所述夹紧装置主体17与XY平面的夹角的角度调节组件，所述夹紧装置主体17的一端与所述基座13一端铰接，另一端通过角度调节组件安装于所述基座13的另一端以进行行角度调节。

上述测量装置的测量方法，包括以下步骤：

步骤1：将Y向调节平台2中的底板11固定于所述基台5上，然后将待测件4夹持固定在夹紧装置主体17上，并将角度可调夹紧装置3固定在滑动板12上，保证所述待测件4中圆柱面的轴线与XZ平面平行；

步骤2：通过角度调节组件调节夹紧装置主体17与XY平面的角度以保证粗糙度轮廓仪1中测针9能够无障碍的测量到所述待测件4的圆角轮廓；

步骤3：调节所述粗糙度轮廓仪1中测针9在X轴方向和Z轴方向的位置使其与所述待测件4中的圆柱面接触，调节所述待测件4的Y轴方向位置，使所述测针9划过所述待测件4的圆柱面形成一条平行于XY平面的弧线，通过所述粗糙度轮廓仪1找到所述弧线的最高点(即距离测针9水平距离最近的点)，所述最高点所在XZ平面即为测量平面，将所述Y向调节平台2固定，使测针9对准所述最高点；

步骤4：利用粗糙度轮廓仪1拾取和测量所述待测件4在所述测量平面上圆柱面与其他曲面或平面的相交处的圆角轮廓，并通过所述圆角轮廓计算得出圆角半径。

实施例3

本实施例是在实施例2的基础上介绍角度可调夹紧装置的详细结构。

所述角度可调夹紧装置(3)如图5所示，包括基座(13)、用于固定待测件(4)的夹紧装置主体(17)和用于调节所述夹紧装置主体(17)与XY平面的夹角的角度调节组件；所述夹紧装置主体(17)一端与所述基座(13)的一端铰接，另一端通过角度调节组件安装于所述基座(13)的另一端；

所述夹紧装置主体17，如图5所示，包括主体板20、固定在所述主体板20上的滑轨21、固定在所述滑轨21底端用于承托所述待测件4一端的固定块22、沿所述滑轨21滑动用于压紧所述待测件4相对另一端的夹紧滑块16以及用于驱动所述夹紧滑块16滑动的驱动组件，所述主体板20一端与所述基座13的一端铰接，另一端通过角度调节组件安装于所述基座13的另一端。

所述驱动组件包括固定于所述滑轨21的平面上的限位螺母23和穿过所述限位螺母23并与之螺纹配合的旋转螺杆15，所述旋转螺杆15的端部通过轴承与所述夹紧滑块16转动连接以带动所述夹紧滑块16沿所述滑轨21滑动，夹紧滑块16和旋转螺杆15在旋转螺杆15的轴线方向上没有相对移动。

使用时，将待测件4放置在固定块22上，然后转动旋转螺杆15带动夹紧滑块16沿滑轨21向下滑动，压紧待测件4。

作为有优选方式，所述旋转螺杆15顶端设置有把手24，便于控制旋转螺杆15。

所述角度调节组件包括一端固定在所述基座13上的弧形导轨18、开设在所述主体板20侧面上的螺纹孔19和在所述弧形导轨18内滑动并与所述螺纹孔19螺纹连接以锁定角度的角度调节螺母14，所述角度调节螺母14为蝶形螺母。

作为有优选方式，所述弧形导轨18的有效夹紧行程为0-80mm，可调角度范围为0-60°，在此范围内，可有效调整待测件的角度，以确保粗糙度轮廓仪1中测针9能够无障碍的测量到各种规格尺寸的待测件的圆角轮廓。

实施例4

本实施例是在实施例2的基础上介绍粗糙度轮廓仪的详细结构。

市面上的绝大部分粗糙度轮廓仪均能适用于本测量装置，本实施例所用型号为Mahr Surf UD 120。

所述粗糙度轮廓仪1，如图6所示，包括基台5、固定于所述基台5上的Z轴导轨6、沿所述Z轴导轨6滑动的Z轴导向模块7和安装于所述Z轴导向模块7上用于调节测针9X轴方向位置的X轴测臂8，所述测针9安装于所述X轴测臂8的端部绕Y轴在一定角度内旋转。

所述基台5上沿X方向设置有T型槽25，所述底板11的两侧分别设置有连接件26，所述连接件26通过T型螺栓和螺母配合固定连接在所述基台5上。

T型螺栓的T型螺帽从端部进入T型槽25，螺杆穿过连接件26上的通孔后与螺母配合固定。螺母旋紧后将底板11与基台5固定连接，螺母旋松后底板11在基台5上沿T型槽25滑动，以调整底板11的位置。

T型槽25的数量为3条，可根据待测件的具体形状，选择合适的T型槽25用于安装底板11。

所述滑动板12的Y向调节范围为0-25mm，能够满足大部分待测件的检测需求。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种圆柱面与其他曲面或平面相交处圆角半径的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：将待测件(4)夹持固定，保证所述待测件(4)中的圆柱面的轴线与XZ平面平行；

步骤2：调节所述待测件(4)中圆柱面的轴线与XY平面的夹角以保证粗糙度轮廓仪(1)的测针(9)顺畅接触所述待测件(4)的圆角轮廓；

步骤3：调节所述粗糙度轮廓仪(1)中测针(9)在X轴方向和Z轴方向的位置使其与所述待测件(4)的圆柱面接触，调节所述待测件(4)在Y轴方向的位置，使所述测针(9)划过所述待测件(4)的圆柱面时形成一条平行于XY平面的弧线，通过所述粗糙度轮廓仪(1)找到所述弧线的最高点，所述最高点所在XZ平面即为测量平面，将所述待测件(4)固定，使测针(9)对准所述最高点；

步骤4：利用粗糙度轮廓仪(1)拾取和测量所述待测件(4)在所述测量平面上圆柱面与其他曲面或平面的相交处的圆角轮廓，通过所述圆角轮廓计算圆角半径。

2.一种用于测量圆柱面与其他曲面或平面的相交处圆角半径的测量装置，其特征在于，包括粗糙度轮廓仪(1)、通过Y向调节平台(2)设置于所述粗糙度轮廓仪(1)的基台(5)上的角度可调夹紧装置(3)；

所述角度可调夹紧装置(3)包括基座(13)、用于固定待测件(4)的夹紧装置主体(17)和用于调节所述夹紧装置主体(17)与XY平面的夹角的角度调节组件；所述夹紧装置主体(17)一端与所述基座(13)的一端铰接，另一端通过角度调节组件安装于所述基座(13)的另一端；

所述Y向调节平台(2)包括可调固定于所述基台(5)上的底板(11)、滑动安装在所述底板(11)上并且可沿Y轴方向滑动的滑动板(12)和用于调节所述滑动板(12)Y轴方向位置的螺旋测微头(10)。

3.如权利要求2所述的测量装置，其特征在于，所述夹紧装置主体(17)包括主体板(20)、固定在所述主体板(20)上的滑轨(21)、固定在所述滑轨(21)底端用于承托所述待测件(4)一端的固定块(22)、沿所述滑轨(21)滑动用于压紧所述待测件(4)相对另一端的夹紧滑块(16)以及用于驱动所述夹紧滑块(16)滑动的驱动组件，所述主体板(20)一端与所述基座(13)的一端铰接，另一端通过角度调节组件安装于所述基座(13)的另一端。

4.如权利要求3所述的测量装置，其特征在于，所述驱动组件包括固定于所述滑轨(21)的平面上的限位螺母(23)和穿过所述限位螺母(23)并与之螺纹配合的旋转螺杆(15)，所述旋转螺杆(15)的端部与所述夹紧滑块(16)转动连接以带动所述夹紧滑块(16)沿所述滑轨(21)滑动。

5.如权利要求4所述的测量装置，其特征在于，所述旋转螺杆(15)顶端设置有把手(24)。

6.如权利要求3所述的测量装置，其特征在于，所述角度调节组件包括一端固定在所述基座(13)上的弧形导轨(18)、开设在所述主体板(20)侧面上的螺纹孔(19)和在所述弧形导轨(18)内滑动并与所述螺纹孔(19)螺纹连接以锁定角度的角度调节螺母(14)。

7.如权利要求6所述的测量装置，其特征在于，所述角度调节螺母(14)为蝶形螺母。

8.如权利要求6所述的测量装置，其特征在于，所述弧形导轨(18)的有效夹紧行程为0-80mm，可调角度范围为0-60°。

9.如权利要求2所述的测量装置，其特征在于，所述粗糙度轮廓仪(1)包括基台(5)、固定于所述基台(5)上的Z轴导轨(6)、沿所述Z轴导轨(6)滑动的Z轴导向模块(7)和安装于所述Z轴导向模块(7)上用于调节测针(9)X轴方向位置的X轴测臂(8)，所述测针(9)通过旋转驱动机构安装于所述X轴测臂(8)的端部。

10.如权利要求9所述的测量装置，其特征在于，所述基台(5)上沿X轴方向设置有T型槽(25)，所述底板(11)的两侧分别设置有连接件(26)，所述连接件(26)通过T型螺栓和螺母配合固定连接在所述基台(5)上。

11.如权利要求2所述的测量装置，其特征在于，所述滑动板(12)的Y向调节范围为0-25mm。

12.粗糙度轮廓仪在测量圆角半径中的应用。

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