CN115235315A

CN115235315A - 一种薄壁异型管圆角处壁厚测量装置及方法

Info

Publication number: CN115235315A
Application number: CN202211018006.2A
Authority: CN
Inventors: 张云江; 刘红
Original assignee: Research Institute of Physical and Chemical Engineering of Nuclear Industry
Current assignee: Research Institute of Physical and Chemical Engineering of Nuclear Industry
Priority date: 2022-08-24
Filing date: 2022-08-24
Publication date: 2022-10-25

Abstract

本发明公开一种薄壁异型管圆角处壁厚测量装置及方法，一种薄壁异型管圆角处壁厚测量装置，包括三坐标测量机，与三坐标测量机配合使用的测量装置；测量装置包括刀口尺、手动万力和V形块；手动万力包括有固定夹板和移动夹板，移动夹板上连接有螺杆，螺杆的另一端连接有第一旋钮；刀口尺装配在固定夹板和移动夹板之间，通过螺杆往复平移移动夹板固定或松开刀口尺；V形块设有斜面，V形块上放置异型管，异型管与所述斜面无缝隙接触。本发明解决了由于三坐标测量机的测头的回转半径大于异型管内径，测头不能接触到被测位置的问题。

Description

一种薄壁异型管圆角处壁厚测量装置及方法

技术领域

本发明属于机械加工的技术领域，特别是一种薄壁异型管圆角处壁厚测量装置及方法。

背景技术

在目前现有的加工手段下，薄壁管状零件在加工中壁厚的均匀性能可以得到保证，用壁厚千分尺、超声波测厚仪或三坐标测量机即可容易测出零件的壁厚。但是这仅限于常规形状，带有异型部位的管状零件在成型过程中，由于受到较大的应力，圆角处的壁厚会发生一定的变化，对于圆角半径≤1mm的管状零件，由于被测部位狭小且表面不规则，即被测面不平整，导致测量仪器无法直接接触和测试到被测位置。

解决上述技术问题的难度在于：常用的测量零件壁厚的三坐标测量机，其作为一种集光、机、电于一体的大型精密测量设备，具有测量范围大、测量精度高、工作效率高、性能好、测量软件功能强大等优点，但由于其测头的回转半径大于异型管内径，仪器的测头不能触测到被测位置，用常规方法无法测量。因此，薄壁异型管成型后圆角处壁厚的精确测量一直是个难题。

解决上述技术问题的意义在于：通过设计专用的测量装置，在三坐标测量机上采用间接测量的方法，可实现对薄壁异型管圆角处壁厚的精确测量。通过定量测量各类小半径圆角的壁厚，解决了精确测量的难题。

发明内容

根据上述提出的问题，本发明提出了一种薄壁异型管圆角处壁厚测量装置及方法。

本发明的技术方案是：

一种薄壁异型管圆角处壁厚测量装置，包括三坐标测量机，其特征在于：还包括与三坐标测量机配合使用的测量装置；

所述测量装置包括刀口尺、手动万力和V形块；

所述手动万力包括有固定夹板和移动夹板，所述移动夹板上连接有螺杆，所述螺杆的另一端连接有第一旋钮；

所述刀口尺装配在所述固定夹板和所述移动夹板之间，通过螺杆往复平移所述移动夹板固定或松开所述刀口尺；

所述V形块设有斜面，所述V形块上放置异型管，所述异型管与所述斜面无缝隙接触。

优选的，还包括装配在所述手动万力底部的可升降工作台，所述可升降工作台包括有第一支撑台，所述第一支撑台的侧壁沿水平方向安装有第一微分头，沿纵向方向安装有第二微分头；

所述第一支撑台的顶部还装配有升降台，所述升降台的侧壁沿垂直方向安装有第三微分头；

所述升降台的顶部转动安装有第一转台架，所述第一转台架的侧壁安装有第四微分头；

所述第一转台架的顶部安装有第一转台，所述第一转台上装配所述手动万力。

进一步优选的，还包括装配在所述V形块底部的工作台，所述工作台包括有第二支撑台，所述第二支撑台的侧壁沿水平方向设置有第五微分头，沿纵向方向设置有第六微分头；

所述第二支撑台的顶部转动安装有第二转台架，所述第二转台架的侧壁设有第二旋钮；

所述第二转台架的顶部安装有第二转台，所述第二转台上装配所述 V形块；

所述第二转台架的侧壁还设有固定组件。

进一步优选的，所述手动万力上还固定安装有限位块，所述螺杆贯穿所述限位块连接所述移动夹板。

进一步优选的，所述第一转台架的侧壁安装有量尺。

进一步优选的，所述第二转台的侧壁设有刻度尺。

本发明的第二个目的：

一种薄壁异型管圆角处壁厚测量方法，应用上述所述的薄壁异型管圆角处壁厚测量装置，包括以下步骤：

步骤1：通过手动万力固定刀口尺，定位刀口尺和异型管的相对位置，使刀口尺的初始高度略低于异型管；

步骤2：使V形块的斜面和异型管贴敷接触，调整刀口尺与异型管的圆角处接触位置，直至接触位置没有目测可见的光隙；

步骤3：用三坐标测量机的测头在异型管的圆角处采取坐标 (x1,y1,z1)，取下异型管，在刀口尺的棱边上采取坐标(x2,y2,z2)，通过如下公式得到异型管圆角处的壁厚H：

H＝|z1-z2| (1)

步骤4：完成测量。

优选的，所述步骤1中包括，

步骤101：使用三坐标测量机将刀口尺棱边左右的高度调平；

步骤102：通过转动第四微分头，调节刀口尺与三坐标测量机的X 轴方向平行，调整定位后，刀口尺的初始高度略低于异型管，异型管的异型部位高度在升降台的Z轴范围内。

进一步优选的，所述步骤2中包括，

步骤201：通过第二旋钮转动第二转台，调整V形块的斜面与异型管的接触位置，使其没有目测可见的光隙；

步骤202：第一微分头沿着三坐标测量机的X轴方向、第二微分头沿着三坐标测量机的Y轴方向、第三微分头沿着三坐标测量机的Z轴方向，微调刀口尺与异型管的圆角处接触位置，当第三微分头阻力加大，观察异型管与V形块的接触位置，如有光隙则降低刀口尺的高度，直至异型管与V形块的斜面贴敷接触，再重新升高刀口尺与异型管的圆角处接触，直至没有目测可见的光隙。

进一步优选的，所述步骤3中，按照一定角度转动异型管，在不同的部位多次重复测量和计算坐标。

本发明的的有益效果是：

本发明可定量测量各类小半径圆角的壁厚，解决了由于三坐标测量机的测头的回转半径大于异型管内径，测头不能接触到被测位置的问题。测试时对不同半径圆角壁厚的测量，选择测头的半径不大于圆角半径即可。

附图说明

以下将结合附图和实施例来对本发明的技术方案作进一步的详细描述，但是应当知道，这些附图仅是为解释目的而设计的，因此不作为本发明范围的限定。此外，除非特别指出，这些附图仅意在概念性地说明此处描述的结构构造，而不必要依比例进行绘制。

图1为本发明的工作状况下的立体结构示意图；

图2为图1的A部局部放大示意图；

图3为刀口尺的立体结构示意图；

图4为手动万力的立体结构示意图；

图5为可升降工作台的立体结构示意图；

图6为工作台的立体结构示意图；

图7为V形块的立体结构示意图；

图中：

1-刀口尺；101-棱边；

2-手动万力；201-固定夹板；202-移动夹板；203-螺杆；204-第一旋钮；205-限位块；

3-可升降工作台；301-第一支撑台；302-第一微分头；303-第二微分头；304-升降台；305-第三微分头；306-第一转台架；307-第一转台；308- 第四微分头；309-量尺；

4-工作台；401-第二支撑台；402-第五微分头；403-第六微分头；404- 第二转台架；405-第二转台；406-第二旋钮；407-固定组件；

5-V形块；501-斜面；

6-异型管；

7-测头。

具体实施方式

首先，需要说明的是，以下将以示例方式来具体说明本发明的具体结构、特点和优点等，然而所有的描述仅是用来进行说明的，而不应将其理解为对本发明形成任何限制。此外，在本文所提及各实施例中予以描述或隐含的任意单个技术特征，或者被显示或隐含在各附图中的任意单个技术特征，仍然可在这些技术特征(或其等同物)之间继续进行任意组合或删减，从而获得可能未在本文中直接提及的本发明的更多其他实施例。另外，为了简化图面起见，相同或相类似的技术特征在同一附图中可能仅在一处进行标示。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图1-7具体说明本发明。

实施例1：

所述测量装置包括刀口尺1、手动万力2和V形块5；

所述手动万力2包括有固定夹板201和移动夹板202，所述移动夹板202上连接有螺杆203，所述螺杆203的另一端连接有第一旋钮204；

所述刀口尺1装配在所述固定夹板201和所述移动夹板202之间，通过螺杆203往复平移所述移动夹板202固定或松开所述刀口尺1；

所述V形块5设有斜面501，所述V形块5上放置异型管6，所述异型管6与所述斜面501无缝隙接触。

工作原理：

本发明中，三坐标测量机选用规格为(900×1200×800)mm、示值误差为(1.9+3L/1000)μm，仪器型号为海克斯康Global Image，使用Φ1×20mm A0°B0°球测头7。

手动万力2上的两块夹板的有效夹紧行程为0-60mm，V形块5用于支撑异型管6，其有两个斜面501，斜面501之间的角度为90°±5〞， V形块5的长度大于异型管6的直径。

三坐标测量机作为主要测量设备，用于异型管6的圆角处壁厚的测量。

如图1和图2所示，异型管6在测量装置上安装且定位好后，三坐标测量机的测头7先在异型管6的圆角处的上部采点得到坐标1，然后将异型管6取下再在刀口尺1上采点得到坐标2，两个坐标Z的绝对差值即是圆角处的壁厚。

如图3所示，刀口尺1有个棱边101，用于支撑异型管6圆角处的底部，测量前先将刀口尺棱边101调整到与三坐标测量机的X轴平行，以确保壁厚测量准确。

本测量装置的测量精度由三坐标测量机决定，测量精度可达微米级。

进一步的，还可以在实施例中考虑，还包括装配在所述手动万力2 底部的可升降工作台3，所述可升降工作台3包括有第一支撑台301，所述第一支撑台301的侧壁沿水平方向安装有第一微分头302，沿纵向方向安装有第二微分头303；

所述第一支撑台301的顶部还装配有升降台304，所述升降台304 的侧壁沿垂直方向安装有第三微分头305；

所述升降台304的顶部转动安装有第一转台架306，所述第一转台架306的侧壁安装有第四微分头308；

所述第一转台架306的顶部安装有第一转台307，所述第一转台307 上装配所述手动万力2。

第一微分头302沿水平方向，即X轴方向的调节范围为0-25mm；

第二微分头303沿纵向方向，即Y轴方向的调节范围为0-25mm；

第三微分头305沿垂直方向，即Z轴方向的调节范围为0-13mm；

第一转台307的转动角度为0-8°，通过第四微分头308让第一转台307转动，带动上面的手动万力2夹持的刀口尺1，再通过第一微分头302、第二微分头303和第三微分头305微调位置，最终使刀口尺1 和异型管6的接触位置符合测量要求。

更进一步的，还可以在实施例中考虑，还包括装配在所述V形块5 底部的工作台4，所述工作台4包括有第二支撑台401，所述第二支撑台401的侧壁沿水平方向设置有第五微分头402，沿纵向方向设置有第六微分头403；

所述第二支撑台401的顶部转动安装有第二转台架404，所述第二转台架404的侧壁设有第二旋钮406；

所述第二转台架404的顶部安装有第二转台405，所述第二转台405 上装配所述V形块5；

所述第二转台架404的侧壁还设有固定组件407。

第五微分头402的调节范围为0-50mm，第六微分头403的调节范围为0-50mm，第二转台405的转动角度为0-7°。

通过第五微分头402、第六微分头403和第二旋钮406微调第二转台405上面的V形块5，最终使V形块5的斜面501与异型管6的接触位置无光隙，满足测量要求。

为了使第二转台405上面的V形块5保持稳定，在第二转台架404 的侧面设了固定组件407，其主要是螺栓组件，通过拧紧螺栓，使螺栓的按钮端部卡住第二转台架404和第二转台405，从而保持第二转台405 稳定，使测量时不会让V形块5乱动影响和异型管6的接触位置。

更进一步的，还可以在实施例中考虑，所述手动万力2上还固定安装有限位块205，所述螺杆203贯穿所述限位块205连接所述移动夹板 202。

限位块205用于限制移动夹板202的移动行程。

更进一步的，还可以在实施例中考虑，所述第一转台架306的侧壁安装有量尺309。量尺309可以肉眼观察第一转台307转动的角度。

更进一步的，还可以在实施例中考虑，所述第二转台405的侧壁设有刻度尺。刻度尺用于观察第二转台405转动的角度。

实施例2：

步骤1：通过手动万力2固定刀口尺1，定位刀口尺1和异型管6 的相对位置，使刀口尺1的初始高度略低于异型管6；

步骤2：使V形块5的斜面501和异型管6贴敷接触，调整刀口尺 1与异型管6的圆角处接触位置，直至接触位置没有目测可见的光隙；

步骤3：用三坐标测量机的测头7在异型管6的圆角处采取坐标 (x1,y1,z1)，取下异型管6，在刀口尺棱边101上采取坐标(x2,y2,z2)，通过如下公式得到异型管6圆角处的壁厚H：

H＝| z1- z2| (1)

步骤4：完成测量。

进一步的，还可以在实施例中考虑，所述步骤1中包括，

步骤101：使用三坐标测量机将刀口尺棱边101左右的高度调平；

步骤102：:通过转动第四微分头308，调节刀口尺1与三坐标测量机的X轴方向平行，调整定位后，刀口尺1的初始高度略低于异型管6，异型管6的异型部位高度在升降台304的Z轴范围内。

更进一步的，还可以在实施例中考虑，所述步骤102中包括，

步骤201：通过第二旋钮406转动第二转台405，调整V形块5的斜面501与异型管6的接触位置，使其没有目测可见的光隙；

步骤202：第一微分头302沿着三坐标测量机的X轴方向、第二微分头303沿着三坐标测量机的Y轴方向、第三微分头305沿着三坐标测量机的Z轴方向，微调刀口尺1与异型管6的圆角处接触位置，当第三微分头305阻力加大，观察异型管6与V形块5的接触位置，如有光隙则降低刀口尺1的高度，直至异型管6与V形块5的斜面501贴敷接触，再重新升高刀口尺1与异型管6的圆角处接触，直至没有目测可见的光隙。

更进一步的，还可以在实施例中考虑，所述步骤3中，按照一定角度转动异型管6，在不同的部位多次重复测量和计算坐标。

操作方法：

1.手动万力2放在可升降工作台3上，通过转动第一旋钮204，用移动夹板202将刀口尺1夹紧固定。使用三坐标测量机将刀口尺棱边101 左右的高度调平，通过转动第四微分头308调节刀口尺1与三坐标测量机的X轴平行，刀口尺1的初始高度应略低于异型管6，定位后异型部位的高度在升降台304的Z轴范围内。

2.使用第二旋钮406沿顺时针或逆时针方向，转动第二转台405，调节V形块5的斜面501与三坐标测量机的Y轴平行，并将异型管6 如图1所示在V形块5上放置，异型管6与V形块5接触的部位应无目测可见的光隙。然后利用第一微分头302、第二微分头303、第三微分头305分别沿三坐标测量机的X、Y、Z方向，微调刀口尺1与异型管6的圆角处接触。当调整第三微分头305感觉到阻力突然加大时，肉眼观察异型管6与V形块5的接触位置，当二者之间有光隙时，则降低刀口尺1的高度，将异型管6与V形块5贴敷接触后，再重新升高刀口尺1与异型管6的圆角处接触，如此反复调整多次。直至没有目测可见的光隙时调整完毕。理想的状态是刀口尺1与异型管6发生微接触，同时保持异型管6与V形块5贴合且没有目测可见的光隙。

3.异型管6的放置位置调整好后，用三坐标测量机的测头7在异型管6的圆角处采一个点，得到坐标1(x1,y1,z1)，然后将异型管6取下，测头7在刀口尺棱边101上采一个点，得到坐标(x2,y2,z2)。

异型管6圆角处的壁厚公式为：H＝|z1-z2|，按照上述公式得出壁厚，完成测量任务。为了准确评估圆角处的壁厚，可转动异型管6一定的角度，在不同的部位用上述方法进行多次测量，使得到的数据更准确。

综上所述，本发明提供了一种薄壁异型管圆角处壁厚测量装置及方法。

以上实施例对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims

1.一种薄壁异型管圆角处壁厚测量装置，包括三坐标测量机，其特征在于：还包括与三坐标测量机配合使用的测量装置；

所述测量装置包括刀口尺、手动万力和V形块；

2.根据权利要求1所述的一种薄壁异型管圆角处壁厚测量装置，其特征在于：还包括装配在所述手动万力底部的可升降工作台，所述可升降工作台包括有第一支撑台，所述第一支撑台的侧壁沿水平方向安装有第一微分头，沿纵向方向安装有第二微分头；

3.根据权利要求2所述的一种薄壁异型管圆角处壁厚测量装置，其特征在于：还包括装配在所述V形块底部的工作台，所述工作台包括有第二支撑台，所述第二支撑台的侧壁沿水平方向设置有第五微分头，沿纵向方向设置有第六微分头；

所述第二转台架的顶部安装有第二转台，所述第二转台上装配所述V形块；

所述第二转台架的侧壁还设有固定组件。

4.根据权利要求1所述的一种薄壁异型管圆角处壁厚测量装置，其特征在于：所述手动万力上还固定安装有限位块，所述螺杆贯穿所述限位块连接所述移动夹板。

5.根据权利要求2所述的一种薄壁异型管圆角处壁厚测量装置，其特征在于：所述第一转台架的侧壁安装有量尺。

6.根据权利要求3所述的一种薄壁异型管圆角处壁厚测量装置，其特征在于：所述第二转台的侧壁设有刻度尺。

7.一种薄壁异型管圆角处壁厚测量方法，应用如权利要求1-6任意一项所述的薄壁异型管圆角处壁厚测量装置，其特征在于，包括以下步骤：

步骤3：用三坐标测量机的测头在异型管的圆角处采取坐标(x1,y1,z1)，取下异型管，在刀口尺的棱边上采取坐标(x2,y2,z2)，通过如下公式得到异型管圆角处的壁厚H：

H＝|z1-z2| (1)

步骤4：完成测量。

8.根据权利要求7所述的一种薄壁异型管圆角处壁厚测量方法，其特征在于：所述步骤1中包括，

步骤101：使用三坐标测量机将刀口尺棱边左右的高度调平；

步骤102：:通过转动第四微分头，调节刀口尺与三坐标测量机的X轴方向平行，调整定位后，刀口尺的初始高度略低于异型管，异型管的异型部位高度在升降台的Z轴范围内。

9.根据权利要求8所述的一种薄壁异型管圆角处壁厚测量方法，其特征在于：所述步骤2中包括，

10.根据权利要求9所述的一种薄壁异型管圆角处壁厚测量方法，其特征在于：所述步骤3中，按照一定角度转动异型管，在不同的部位多次重复测量和计算坐标。