CN118836753A - 一种内螺纹参数测量方法及装置 - Google Patents

一种内螺纹参数测量方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种内螺纹参数测量方法及装置；属于内螺纹参数测量方法技术领域；包括底座，在底座的中心轴上设有夹具支架和涡盘，通过切换螺柱和齿轮的平行传动，分别实现夹具支架和中心轴、涡盘的紧固；在夹具支架上设有夹具，相互配合之下可完成待测螺母的松紧及待测螺母的倾斜圆周旋转；在底座上端连接有螺纹参数测量仪器，通过旋转游标尺带动平行四边形结构的运动，使得侧杆与被测螺母内部螺纹接触，并通过连杆和游标尺读数得到螺母的小径；通过力‑位移传感器和伸缩探针实现螺母内壁表征，通过倾斜圆周旋转引起探针伸缩的长度变化，进而得到待测螺母的大径与中径。本发明可以实现对螺纹参数的准确高效的测量，同时成本得到了控制，也具备较强的适用性。

Description

一种内螺纹参数测量方法及装置
技术领域
本发明属于内螺纹参数测量方法技术领域，涉及了一种内螺纹参数测量方法及装置。
背景技术
内螺纹作为机械连接和传动的重要组成部分，其精度直接影响机械装配的质量及寿命。传统的内螺纹参数测量以使用螺纹塞规等工具为主。然而这些方法不仅效率低下，而且易受到人为因素的影响，导致测量结果不准确，无法直接测得内螺纹的具体参数。随着现代制造业对产品质量和生产效率的要求不断提高，市面上出现了影像测量法、接触扫描法等。虽然大幅提高了工作效率，但是仪器成本远大于螺纹塞规等工具，同时这些方法在测量小尺寸内螺纹参数时具有一定的局限性。因此迫切需要一种成本低、精度高、效率高、通用性强的内螺纹参数测量方法及其装置。
发明内容
针对上述问题，本发明目的是提出了一种内螺纹参数测量装置，以满足成本低、精度高、效率高、通用性强的内螺纹参数测量要求。
本发明的技术方案是：本发明所述的一种内螺纹参数测量装置，包括底座，在所述底座的中间轴上安置有夹紧装置，所述夹紧装置包括夹具支架，在所述夹具支架的下方安置有相适配的涡盘，在所述夹具支架与涡盘的中心位置开设有轴孔，所述中间轴的顶端穿设在轴孔中；
在所述夹具支架的顶部四周开设6个预设滑槽，在6个所述预设滑槽内均安置有夹具，在所述涡盘的顶部安设有逆时针扩大的平面螺纹，在所述夹具的底部开设有相适配的平面螺纹，二者之间相互啮合，实现夹具的径向运动，用以松紧螺母。
进一步的，在所述夹具支架的底部中心位置对称性的预设有圆柱孔洞，在所述圆柱孔洞的上端安置有固定长滑块，在所述固定长滑块上安置有切换螺柱，所述固定长滑块用以安置切换螺柱，
在所述切换螺柱的上端还开设有长滑槽，用以实现切换螺柱的平行运动。
进一步的，在所述夹具支架的底部的两端、靠近切换螺柱处镶嵌有第二齿轮，所述切换螺柱与第二齿轮采用螺纹连接，
所述第二齿轮镶嵌在夹具支架的底部，手动旋转第二齿轮以驱动切换螺柱，旋转不同方向以固定中间轴与夹具支架或涡盘与夹具支架。
进一步的，在所述底座的左侧轴体的上端开设有孔洞，在所述孔洞与相对应的轴孔中安置有测量装置，所述测量装置包括连杆，所述连杆的上端穿设在孔洞中、且通过安置的紧固螺栓进行固定；采用紧固螺栓拆卸方便，便于工件固定；
在所述连杆上固定安置有游标尺，所述游标尺与连杆通过螺纹相互连接。
进一步的，在所述游标尺上安置有相适配的游标尺卡套，在所述游标尺卡套的末端铰接有4个推拉杆；
在所述连杆位于游标尺的下端、所述连杆的末端安置有8个连接件，在8个所述连接件上均分别铰接有平行杆，
在所述推拉杆与平行杆上铰接有侧杆，所述推拉杆、平行杆及侧杆共同构成预设连接件；
所述旋转游标尺时可以带动推拉杆、平行杆运动，进而带动侧杆，以实现侧杆的平行运动。
进一步的，在所述连杆上、位于预设连接件的中间位置安置有力-位移传感器，在所述力-位移传感器的一侧安置有测量探针；
所述预设连接件的底端穿设在所述夹具支架与涡盘开设的轴孔中，所述测量探针可以通过与物体的接触力来反应其位移量。
进一步的，在所述连杆上与游标尺上均开设有尺寸、且旋转游标尺即可得到尺寸。
进一步的，在所述涡盘上开设有齿轮；
在所述底座的右侧轴体上固定安置有步进电机，在所述步进电机的转轴末端固定安置有第一齿轮，所述第一齿轮与步进电机之间通过键槽和螺钉进行插接。
进一步的，所述齿轮与第一齿轮通过轴线相连，彼此平行布置，可被驱动旋转。
进一步的，一种使用内螺纹参数测量装置的测量方法，其操作步骤如下：
步骤(1)：将待测螺母放置在夹具支架上，在所述夹具支架上具有随涡盘圆周运动而同步径向进给的六个夹具，所述夹具的径向进给使得待测螺母固定在夹具支架的中心处；
步骤(2)：将螺纹参数测量装置上端穿过底座的上端开口，该开口与夹具支架同圆心，同时确保螺纹参数测量装置底部可伸缩的测量探针处于待测螺母内，并使用紧固螺栓固定；
步骤(3)：所述螺纹参数测量装置有连杆与游标尺，所述连杆与游标尺均预设刻度，旋转游标尺，待侧杆与待测内螺纹内壁接触时，读取对应参数，该参数为待测螺母螺纹小径D1；
读数时，以连杆的零刻度线为准，在连杆上读取毫米整数，然后找出连杆上刻度线与游标尺上刻度线正对的位置，读出游标尺读数，二者相加为总读数；
步骤(4)：所述螺纹参数测量装置底部有可伸的测量探针，步骤(3)完成后放出测量探针，测量探针与待测螺母内壁接触；测量探针与力-位移传感器相连，旋转涡盘进行圆周运动时，力-位移传感器随着测量探针由于内螺纹不同位置高度变化不断变化引起力变化，从而得到测量探针的位移数据，该数据可导出内螺纹轮廓线；
步骤(5)：根据步骤(4)导出的内螺纹轮廓线以及内螺纹大径定义，读取内螺纹牙顶尺寸，即可得到内螺纹的大径D，另根据公式计算得出内螺纹的中径D2，内螺纹中径的计算公式为D2＝(D+D1)/2,式中，D为内螺纹的大径，D1为内螺纹的小径，D2为内螺纹的中径；
步骤(6)：为减少误差，重复以上步骤，取多次结果平均值，所得到的参数即为待测内螺纹参数。
本发明的有益效果是：1、通过游标尺旋转完成螺母小径测量；通过力-位移传感器与可伸缩探针实现螺母内壁表征；通过旋转带有不规则螺纹表面的涡盘实现螺母的侧向旋转；通过简单的机械结构完成了内螺纹详细参数的测量，大大降低了成本，大幅提高了工作效率(即成本低+效率高)；2、采用力-位移传感器与可伸缩探针的结合，能够精确反应螺母内部的位移量，从而实现内螺纹参数的高精度测量(即精度高)；3、可以根据螺母的尺寸和规格选用不同的夹具、游标尺及探针的选取，相对灵活，能够满足复杂工件的测量需求(即通用性强)。
附图说明
图1是本发明的总体结构示意图；
图2是本发明的主视图；
图3是本发明中夹紧装置的结构示意图；
图4是本发明中测量装置的结构示意图；
图5是图4的工作状态示意图；
图6是本发明中操作流程图；
图7是本发明中可表征的内螺纹轮廓线示意图(标准牙型)；
图中：1是底座，2是步进电机，3a是第一齿轮，3b是第二齿轮，4是夹具支架，5是夹具，6是涡盘，7是切换螺柱，8是连杆，9是紧固螺栓，10是游标尺，11是游标尺卡套，12是推拉杆，13是平行杆，14是侧杆，15是力-位移传感器，16是测量探针。
具体实施方式
下面结合具体实例对本发明的具体技术方案做进一步的详细说明。
如图1-2所示，本发明所述的一种内螺纹参数测量装置，包括底座1，在所述底座1的右方固定有步进电机2，所述步进电机2为型号86BYG250B的闭环步进电机，安置的驱动器型号对应为DM860H；
在所述步进电机2的转轴末端固定安置有第一齿轮3a，所述第一齿轮3a与步进电机2之间通过键槽和螺钉直接插接。
进一步的，在所述底座1的中间轴上安置有夹具支架4，在所述夹具支架4顶部四周具有6个预设滑槽，所述夹具5安置在夹具支架4开设的6个预设滑槽内，可以实现夹具5在预设滑槽内的径向运动，用以松紧待测螺母；
在所述夹具支架4的下方安置有相适配的涡盘6，在所述涡盘6表面预设逆时针扩大的平面螺纹，用以实现涡盘6平面不规则转动。
如图3所示，在所述夹具支架4的底部对称预设有圆柱孔洞，在所述圆柱孔洞上端预留有固定长滑块，用以安装切换螺柱7，在所述切换螺柱7上端预留有长滑槽，用以实现切换螺柱7的平行运动；
所述切换螺柱7与第二齿轮3b采用螺纹连接，所述第二齿轮3b镶嵌在夹具支架4的底部，手动旋转第二齿轮3b以驱动切换螺柱7，旋转不同方向以固定支座1的中间轴与夹具支架4或涡盘6与夹具支架4，所述固定支座1的中心轴与夹具支架4，涡盘6被步进电机2驱动，从而实现夹具5的松紧工件；
所述涡盘6与夹具支架4同时被步进电机2驱动，从而实现工件完成斜方向圆周运动。
进一步的，在所述涡盘6的顶部预设逆时针扩大的平面螺纹，所述夹具5底部预设平面螺纹，二者可以相互啮合，实现夹具的径向运动，用以松紧螺母，同时逆时针扩大的平面螺纹可以使得夹具5随着螺纹的起伏做斜方向圆周运动，从而实现螺母的倾斜旋转，便于后续测量。
进一步的，在所述涡盘6上开设有齿轮，其与步进电机2末端的第一齿轮3a通过轴线相连，彼此平行布置，使步进电机2输出的动力可以传递到夹具5部分。
如图4-5所示，在所述底座1的上端还预设有孔洞，其通过紧固螺栓9可以固定有连杆8，采用紧固螺栓9连接安装拆卸方便，可以有效提高工作效率；
在所述连杆8上安置有游标尺10，所述连杆8与游标尺10通过螺纹连接，同时在连杆8与游标尺10上均预设有尺寸，旋转游标尺10可以读到对应尺寸。
进一步的，在所述游标尺10上安置有游标尺卡套11，在所述游标尺卡套11的末端铰接有4个推拉杆12；同样连杆8位于游标尺10下端、连杆8末端同样预设8个连接件，分别铰接有平行杆13，所述推拉杆12与平行杆13铰接于侧杆14，三者形成一个平行四边形结构，相同的平行四边形共8个，旋转游标尺10时可以带动推拉杆12、平行杆13运动，进而带动侧杆14，以实现侧杆14的平行运动；当旋紧到位后，结合连杆8与游标尺10上的尺寸，可以读取一个数值，该数值即为内螺纹的小径。
进一步的，在所述连杆8上位于预设连接件中间位置安置安装有改进的力-位移传感器15，在所述力-位移传感器15的一侧安置有可伸缩的测量探针16，测量探针16可以通过与物体的接触力来反应其位移量，结合涡盘6的倾斜旋转，测量探针16的长度变化可被记录，最终可以得到被测螺母内螺纹的大径和中径。
如图6-7所示，本发明的工作原理为：将内螺纹参数测量装置放置在工作台面上，旋转第二齿轮3b，使其带动切换螺柱7将夹具支架4与底座1的中间轴锁死；所述步进电机2反向驱动，由第一齿轮3a带动涡盘6顺时针旋转，使得6个夹具5向夹具支架4的外侧移动到最大位置，停止步进电机2，放入待测螺母，重新正向启动步进电机2，由第二齿轮3b带动涡盘6逆时针旋转，使得6个夹具5向夹具支架4内侧移动，进而夹紧螺母，完成预紧后停止步进电机2；松开底座1上端的紧固螺栓9，移动螺纹参数测量机构使其连杆8伸入螺母中一定位置，然后重新拧紧紧固螺栓9，使螺纹参数测量机构保持当前位置；旋转游标尺10，使其带动推拉杆12、平行杆13、侧杆14所形成的平行四边形结构，当侧杆14与螺母的螺纹接触时，连杆8与游标尺10所读出的数字即为所测螺母的小径；逆向旋转第二齿轮3b，使其带动切换螺柱7将夹具支架4与涡盘6锁死，启动步进电机2任意方向旋转，此时夹具支架4与涡盘6同步旋转，夹具5仍然夹紧所测螺母，测量针头16随着所在位置螺纹不同位置的高度变化而不断伸缩，由力-位移传感器15测量其伸缩的长度变化并记录螺母旋转一周的时间内的数据，最大的数据即为所测螺母的大径。往复几次使连杆8放置在不同的高度，经过数据处理得到被测螺母的详细螺纹参数。
该螺纹参数测量仪器采用平行四边形结构和旋转测量的方式，通过几何关系、先进的传感器和简单有效的结构，可以实现对螺纹参数的高效、精准和简便的测量，同时有效地减小的人工操作带来的误差，选用不同的夹具5、测量探针16也可以满足小型螺母或复杂螺母的内螺纹参数测量要求。

Claims (10)

1.一种内螺纹参数测量装置，其特征在于，包括底座(1)，在所述底座(1)的中间轴上安置有夹紧装置，所述夹紧装置包括夹具支架(4)，在所述夹具支架(4)的下方安置有相适配的涡盘(6)，在所述夹具支架(4)与涡盘(6)的中心位置开设有轴孔，所述中间轴的顶端穿设在轴孔中；
在所述夹具支架(4)的顶部四周开设6个预设滑槽，在6个所述预设滑槽内均安置有夹具(5)，在所述涡盘(6)的顶部安设有逆时针扩大的平面螺纹，在所述夹具(5)的底部开设有相适配的平面螺纹，二者之间相互啮合。
2.根据权利要求1所述的一种内螺纹参数测量装置，其特征在于，在所述夹具支架(4)的底部中心位置对称性的预设有圆柱孔洞，在所述圆柱孔洞的上端安置有固定长滑块，在所述固定长滑块上安置有切换螺柱(7)，在所述切换螺柱(7)的上端还开设有长滑槽。
3.根据权利要求2所述的一种内螺纹参数测量装置，其特征在于，在所述夹具支架(4)的底部的两端、靠近切换螺柱(7)处镶嵌有第二齿轮(3b)，所述切换螺柱(7)与第二齿轮(3b)采用螺纹连接。
4.根据权利要求1所述的一种内螺纹参数测量装置，其特征在于，在所述底座(1)的左侧轴体的上端开设有孔洞，在所述孔洞与相对应的轴孔中安置有测量装置，所述测量装置包括连杆(8)，所述连杆(8)的上端穿设在孔洞中、且通过安置的紧固螺栓(9)进行固定；
在所述连杆(8)上固定安置有游标尺(10)，所述游标尺(10)与连杆(8)通过螺纹相互连接。
5.根据权利要求4所述的一种内螺纹参数测量装置，其特征在于，在所述游标尺(10)上安置有相适配的游标尺卡套(11)，在所述游标尺卡套(11)的末端铰接有4个推拉杆(12)；
在所述连杆(8)位于游标尺(10)的下端、所述连杆(8)的末端安置有8个连接件，在8个所述连接件上均分别铰接有平行杆(13)，
在所述推拉杆(12)与平行杆(13)上铰接有侧杆(14)，所述推拉杆(12)、平行杆(13)及侧杆(14)共同构成预设连接件。
6.根据权利要求5所述的一种内螺纹参数测量装置，其特征在于，在所述连杆(8)上、位于预设连接件的中间位置安置有力-位移传感器(15)，在所述力-位移传感器(15)的一侧安置有测量探针(16)；
所述预设连接件的底端穿设在所述夹具支架(4)与涡盘(6)开设的轴孔中。
7.根据权利要求5所述的一种内螺纹参数测量装置，其特征在于，在所述连杆(8)上与游标尺(10)上均开设有尺寸、且旋转游标尺(10)即可得到尺寸。
8.根据权利要求1所述的一种内螺纹参数测量装置，其特征在于，在所述涡盘(6)上开设有齿轮；
在所述底座(1)的右侧轴体上固定安置有步进电机(2)，在所述步进电机(2)的转轴末端固定安置有第一齿轮(3a)，所述第一齿轮(3a)与步进电机(2)之间通过键槽和螺钉进行插接。
9.根据权利要求8所述的一种内螺纹参数测量装置，其特征在于，所述齿轮与第一齿轮(3a)通过轴线相连且平行布置。
10.如权利要求1-9任意一项所述的一种使用内螺纹参数测量装置的测量方法，其特征在于，其操作步骤如下：
步骤(1)：将待测螺母放置在夹具支架(4)上，在所述夹具支架(4)上具有随涡盘(6)圆周运动而同步径向进给的六个夹具(5)，所述夹具(5)的径向进给使得待测螺母固定在夹具支架(4)的中心处；
步骤(2)：将螺纹参数测量装置上端穿过底座(1)的上端开口，该开口与夹具支架(4)同圆心，同时确保螺纹参数测量装置底部可伸缩的测量探针(16)处于待测螺母内，并使用紧固螺栓(9)固定；
步骤(3)：所述螺纹参数测量装置有连杆(8)与游标尺(10)，所述连杆(8)与游标尺(10)均预设刻度，旋转游标尺(10)，待侧杆(14)与待测内螺纹内壁接触时，读取对应参数，该参数为待测螺母螺纹小径D1；
读数时，以连杆(8)的零刻度线为准，在连杆(8)上读取毫米整数，然后找出连杆(8)上刻度线与游标尺(10)上刻度线正对的位置，读出游标尺(10)读数，二者相加为总读数；
步骤(4)：所述螺纹参数测量装置底部有可伸的测量探针(16)，步骤(3)完成后放出测量探针(16)，测量探针(16)与待测螺母内壁接触；测量探针(16)与力-位移传感器(15)相连，旋转涡盘(6)进行圆周运动时，力-位移传感器(15)随着测量探针(16)由于内螺纹不同位置高度变化不断变化引起力变化，从而得到测量探针(16)的位移数据，该数据可导出内螺纹轮廓线；
步骤(5)：根据步骤(4)导出的内螺纹轮廓线以及内螺纹大径定义，读取内螺纹牙顶尺寸，即可得到内螺纹的大径D，另根据公式计算得出内螺纹的中径D2，内螺纹中径的计算公式为D2＝(D+D1)/2,式中，D为内螺纹的大径，D1为内螺纹的小径，D2为内螺纹的中径；
步骤(6)：为减少误差，重复以上步骤，取多次结果平均值，所得到的参数即为待测内螺纹参数。
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