对称式球窝球径气电测量仪

摘要

本发明公开了一种对称式球窝球径气电测量仪，包括气电电子柱、带第一气体通道的连接杆、带第二气体通道的球形气动测量头以及校准件组，气动测量头通过连接杆与气电电子柱的气体输出端连接；校准件组包括带第一对称式球窝的小校准件和带第二对称式球窝的大校准件，气动测量头球径及被测对称式球窝球径均大于第一对称式球窝球径而小于第二对称式球窝球径，在气动测量头两侧设置有第一切割平台；第二气体通道的气体输出口分别在气动测量头上、下球体面形成上、下喷嘴；第一、第二对称式球窝的球窝壁分别至上、下喷嘴的泄流间隙均落在气体压力与泄流间隙的线性变化范围内。其优点是：成本低、检测精度和重复精度高且对环境的适应性强。

权利要求

1.对称式球窝球径气电测量仪，包括：气电电子柱、连接杆、与被测对称式球窝对应匹配的气动测量头以及与气动测量头对应匹配的校准件组，气动测量头通过连接杆与气电电子柱的气体输出端相连接，其特征在于：所述的校准件组包括带第一对称式球窝的小校准件和带第二对称式球窝的大校准件，被测对称式球窝球径大于第一对称式球窝球径而小于第二对称式球窝球径；所述的气动测量头为球体形状，气动测量头球径大于第一对称式球窝球径而小于第二对称式球窝球径，在气动测量头两侧分别设置有一个第一切割平台，二个第一切割平台能保证气动测量头在放入第一对称式球窝的过程中与第一对称式球窝不发生碰撞；在连接杆内设置有前后贯通的第一气体通道，在气动测量头中设置有带二个气体输出口的第二气体通道，第一气体通道和第二气体通道构成气体输送通道，第二气体通道的二个气体输出口分别位于气动测量头球体的上、下表面上，从而分别形成上喷嘴和下喷嘴，从气电电子柱的气体输出端输出的带有一定压力的气体经气体输送通道后分别从上、下喷嘴喷出；当将气动测量头置于对称式球窝内时，带一定压力的气体分别从上喷嘴与对称式球窝的上球窝壁之间的泄流间隙以及下喷嘴与对称式球窝的下球窝壁之间的泄流间隙向外喷出泄流，并且上、下喷嘴分别至第一对称式球窝的上、下球窝壁之间的泄流间隙都落在气体压力与泄流间隙的线性变化范围内，上、下喷嘴分别至第二对称式球窝的上、下球窝壁之间的泄流间隙也都落在气体压力与泄流间隙的线性变化范围内。

2.按照权利要求1所述的对称式球窝球径气电测量仪，其特征在于：所述第二气体通道由进气通道和上下贯通的出气通道组成，出气通道与进气通道相互贯穿构成T形形状的通道，出气通道位于气动测量头的某一直径线上，且出气通道的上、下两端出口分别在气动测量头球体的上、下表面上形成上喷嘴和下喷嘴。

3.按照权利要求1所述的对称式球窝球径气电测量仪，其特征在于：所述的连接杆由手柄和软管组成，在手柄内设置有前后贯通的第三气体通道，手柄前端能与气动测量头密封连接，手柄后端与软管前端密封连接，软管后端能与气电电子柱的气体输出端密封连接，软管内孔和第三气体通道形成完整的第一气体通道。

4.按照权利要求3所述的对称式球窝球径气电测量仪，其特征在于：在手柄前段设置有外螺纹段，在第二气体通道的气体进入口处设置有与外螺纹段相配合的内螺纹段，手柄通过外螺纹段与气动测量头上的内螺纹段密封连接。

5.按照权利要求3或4所述的对称式球窝球径气电测量仪，其特征在于：在第二气体通道的气体进入口处设置有容纳密封圈的容纳槽，密封圈置于容纳槽内，手柄前端通过密封圈与气动测量头密封连接。

6.按照权利要求3所述的对称式球窝球径气电测量仪，其特征在于：在手柄与软管之间设置有密封连接手柄与软管的连接件。

7.按照权利要求6所述的对称式球窝球径气电测量仪，其特征在于：所述的连接件前端设置有嵌入块，在手柄后端设置有容纳嵌入块的嵌入槽，嵌入块能密封嵌入到嵌入槽内；在连接件后端设置有锥体形状的锥形嵌入块，锥形嵌入块的直径由前至后逐渐减小，在软管前端设置有与锥形嵌入块相配合的锥形嵌入槽，锥形嵌入块能密封嵌入到锥形嵌入槽内；

在连接件内设置有前后贯通的贯通孔，手柄通过连接件与软管密封连接时，第三气体通道通过贯通孔与软管内孔相连通。

8.按照权利要求1所述的对称式球窝球径气电测量仪，其特征在于：在气动测量头前端竖向切割有第二切割平台。

9.按照权利要求1或8所述的对称式球窝球径气电测量仪，其特征在于：气动测量头球体表面与第一对称式球窝的球窝壁之间的最小间隙控制在5μm-10μm范围内，气动测量头球体表面与第二对称式球窝的球窝壁之间的最大间隙控制在80μm-100μm范围内。

说明书

对称式球窝球径气电测量仪

技术领域

[0001] 本发明涉及球体内径测量仪器，尤其涉及一种用于测量对称式球窝球径的测量仪。

背景技术

[0002] 对称式球窝是机械领域中比较常见的形体，广泛应用于多种精密仪器及设备中。对称式球窝的球径误差不仅会给精密仪器及设备带来能量损耗，而且还会影响精密仪器及设备的精密性，因而对称式球窝球径的检测至关重要。目前通常用于检测对称式球窝球径的测量仪器为三点内径千分尺，三点内径千分尺又称为三爪内径千分尺，它是利用螺旋副原理，通过旋转塔形阿基米德螺旋体或移动椎体使三个测量爪作径向位移，使其与被测对称式球窝的球窝壁接触。测量时，先将三个测量爪轻置于对称式球窝内，然后旋转三点内径千分尺上的测力装置，使三个测量爪分别沿径向向外伸出直至贴紧球窝壁。上述测量过程中导致测量速度得不到提高，因而测量效率较低；同时，测量时由于测量点与三点内径千分尺本身的移动位置不在一条直径线上，不符合阿贝原则，而且很难保证贴紧球窝壁的测量爪不沿球窝壁滑动，也很难保证三点内径千分尺自身不产生晃动，这些因素都会大大降低三点内径千分尺的测量精度和重复精度，测量精度最高只能精确到4μm，重复精度最高也只能精确到4μm。当被测球窝的球径测量精度要求控制在1μm时就需要使用三坐标测量机，但是三坐标测量机的造价十分昂贵，一台三坐标测量机售价约为50万～500万，而且三坐标测量机由于自身特性并不适合用于普通车间环境下的在线检测或线边检测。

发明内容

[0003] 本发明所需解决的技术问题是：提供一种制造成本低、检测精度和重复精度均较高且对周围环境适应性强的对称式球窝球径气电测量仪。

[0004] 为解决上述问题，本发明采用公知且成熟的气动测量技术实现对被测对称式球窝球径的精确测量，气动测量技术是通过测量气体的流量和压力的变化来反应被测零件尺寸的技术，气动测量技术的物理原理如下：气体的流量和压力都与气体泄流的间隙的大小成比例关系，同时压力和流量相互之间成反比例关系。调压后的压缩空气经气动量仪中的调节阀后到达气动测量头的喷嘴处，如果喷嘴对着大气，由于喷嘴外部没有阻挡物体，将会有最大流量的气体通过喷嘴，此时在调节阀同喷嘴之间存在一个最小压力。当使一阻挡物从远至近靠近喷嘴时，喷出的气体由于受到阻挡，流量就会随之逐渐减少，同时压力会逐渐升高，当喷嘴被完全挡住后，流量为零，而压力值将升至最大，即与调压阀的出口压力值相等。将阻挡物与喷嘴之间的距离定义为泄流间隙，并根据上述变化过程分别制作流量-泄流间隙和压力-泄流间隙的曲线图，从图中可以看出，除了压力和流量的初始和饱和阶段，在两条曲线段的其它部分都是直线，即流量与泄流间隙在一定间隙范围内呈线性关系，压力与间隙在一定泄流间隙范围内也呈线性关系。属于气动量仪的气电电子柱就是一种利用气体压力与泄流间隙的线性变化来测量被测零件尺寸的常用仪器。

[0005] 本发明采用的技术方案是：所述的对称式球窝球径气电测量仪，包括：气电电子柱、连接杆、与被测对称式球窝对应匹配的气动测量头以及与气动测量头对应匹配的校准件组，气动测量头通过连接杆与气电电子柱的气体输出端相连接，其特征在于：所述的校准件组包括带第一对称式球窝的小校准件和带第二对称式球窝的大校准件，被测对称式球窝球径大于第一对称式球窝球径而小于第二对称式球窝球径；所述的气动测量头为球体形状，气动测量头球径大于第一对称式球窝球径而小于第二对称式球窝球径，在气动测量头两侧分别设置有一个第一切割平台，二个第一切割平台能保证气动测量头在放入第一对称式球窝的过程中与第一对称式球窝不发生碰撞；在连接杆内设置有前后贯通的第一气体通道，在气动测量头中设置有带二个气体输出口的第二气体通道，第一气体通道和第二气体通道构成气体输送通道，第二气体通道的二个气体输出口分别位于气动测量头球体的上、下表面上，从而分别形成上喷嘴和下喷嘴，从气电电子柱的气体输出端输出的带有一定压力的气体经气体输送通道后分别从上、下喷嘴喷出；当将气动测量头置于对称式球窝内时，带一定压力的气体分别从上喷嘴与对称式球窝的上球窝壁之间的泄流间隙以及下喷嘴与对称式球窝的下球窝壁之间的泄流间隙向外喷出泄流，并且上、下喷嘴分别至第一对称式球窝的上、下球窝壁之间的泄流间隙都落在气体压力与泄流间隙的线性变化范围内，上、下喷嘴分别至第二对称式球窝的上、下球窝壁之间的泄流间隙也都落在气体压力与泄流间隙的线性变化范围内。

[0006] 进一步地，前述的对称式球窝球径气电测量仪，其中，所述第二气体通道由进气通道和上下贯通的出气通道组成，出气通道与进气通道相互贯穿构成T形形状的通道，出气通道位于气动测量头的某一直径线上，且出气通道的上、下两端出口分别在气动测量头球体的上、下表面上形成上喷嘴和下喷嘴。

[0007] 进一步地，前述的对称式球窝球径气电测量仪，其中，所述的连接杆由手柄和软管组成，在手柄内设置有前后贯通的第三气体通道，手柄前端能与气动测量头密封连接，手柄后端与软管前端密封连接，软管后端能与气电电子柱的气体输出端密封连接，软管内孔和第三气体通道形成完整的第一气体通道。

[0008] 进一步地，前述的对称式球窝球径气电测量仪，其中，在手柄前段设置有外螺纹段，在第二气体通道的气体进入口处设置有与外螺纹段相配合的内螺纹段，手柄通过外螺纹段与气动测量头上的内螺纹段密封连接。

[0009] 进一步地，前述的对称式球窝球径气电测量仪，其中，在第二气体通道的气体进入口处设置有容纳密封圈的容纳槽，密封圈置于容纳槽内，手柄前端通过密封圈与气动测量头密封连接。

[0010] 进一步地，前述的对称式球窝球径气电测量仪，其中，在手柄与软管之间设置有密封连接手柄与软管的连接件。

[0011] 进一步地，前述的对称式球窝球径气电测量仪，其中，所述的连接件前端设置有嵌入块，在手柄后端设置有容纳嵌入块的嵌入槽，嵌入块能密封嵌入到嵌入槽内；在连接件后端设置有锥体形状的锥形嵌入块，锥形嵌入块的直径由前至后逐渐减小，在软管前端设置有与锥形嵌入块相配合的锥形嵌入槽，锥形嵌入块能密封嵌入到锥形嵌入槽内；在连接件内设置有前后贯通的贯通孔，手柄通过连接件与软管密封连接时，第三气体通道通过贯通孔与软管内孔相连通。

[0012] 进一步地，前述的对称式球窝球径气电测量仪，其中，在气动测量头前端竖向切割有第二切割平台。

[0013] 进一步地，前述的对称式球窝球径气电测量仪，其中，气动测量头球体表面与第一对称式球窝的球窝壁之间的最小间隙控制在5μm-10μm范围内，气动测量头球体表面与第二对称式球窝的球窝壁之间的最大间隙控制在80μm-100μm范围内。

[0014] 本发明的有益效果是：（1）所述的对称式球窝球径气电测量仪能用于普通车间环境下的在线检测或线边检测，对周围环境要求不高，适用性强；（2）在使用过程中只需更换不同球径的气动测量头及相应匹配的校准件组即可对多种球径的对称式球窝进行检测，而且气电电子柱校准完毕后能快速对同一规格尺寸的被测对称式球窝进行测量，检测效率高，操作十分方便；（3）在满足较高测量精度和重复精度要求的同时能大大降低成本，其测量精度能精确到1μm，重复精度能精确到1μm，并且制造成本仅为三坐标测量机制造成本的0.4%～4%。

附图说明

[0015] 图1是本发明所述的对称式球窝球径气电测量仪的结构原理示意图。

[0016] 图2是图1中气动测量头与被测对称式球窝的配合结构示意图。

[0017] 图3是手柄、软管、气动测量头与被测对称式球窝的配合结构示意图。

[0018] 图4是手柄、连接件与软管的分解结构示意图。

具体实施方式

[0019] 下面结合附图及优选实施例对本发明所述的技术方案作进一步详细的说明。

[0020] 如图1、图2和图3所示，本发明所述的对称式球窝球径气电测量仪，包括：气电电子柱1、连接杆2、与工件7的被测对称式球窝对应匹配的气动测量头3以及与气动测量头3对应匹配的校准件组，气动测量头3通过连接杆2与气电电子柱1的气体输出端11相连接。所述的校准件组包括带第一对称式球窝610的小校准件61和带第二对称式球窝620的大校准件62，被测对称式球窝的球径大于第一对称式球窝610的球径而小于第二对称式球窝620的球径；所述的气动测量头3为球体形状，气动测量头3的球径大于第一对称式球窝610的球径而小于第二对称式球窝620的球径，在气动测量头3两侧分别设置有一个第一切割平台31，在实际生产中，二个第一切割平台31可对称设置在气动测量头3的两侧，二个第一切割平台31能保证气动测量头3在放入第一对称式球窝610的过程中与第一对称式球窝610不发生碰撞，从而避免出现第一对称式球窝的球窝壁或气动测量头3的球体表面因碰撞而被划伤现象，这样就能保证在将气动测量头3放入被测对称式球窝的过程中，被测对称式球窝的球窝壁或气动测量头3的球体表面也不会出现因碰撞而被划伤现象；在连接杆2内设置有前后贯通的第一气体通道，在气动测量头3中设置有带二个气体输出口的第二气体通道，第一气体通道和第二气体通道构成气体输送通道，第二气体通道的二个气体输出口分别位于气动测量头3球体上、下表面上，从而分别形成上喷嘴331和下喷嘴332，从气电电子柱1的气体输出端
11输出的带有一定压力的气体经气体输送通道后分别从上喷嘴331和下喷嘴332喷出；当将气动测量头3置于对称式球窝内时，带一定压力的气体分别从上喷嘴331与对称式球窝的上球窝壁之间的泄流间隙以及下喷嘴332与对称式球窝的下球窝壁之间的泄流间隙向外喷出泄流，并且上、下喷嘴331和332分别至第一对称式球窝的上、下球窝壁之间的泄流间隙都落在气体压力与泄流间隙的线性变化范围内，上、下喷嘴331和332分别至第二对称式球窝的上、下球窝壁之间的泄流间隙也都落在气体压力与泄流间隙的线性变化范围内。本实施例中气动测量头3球体表面与第一对称式球窝的球窝壁之间的最小间隙控制在5μm-10μm范围内，气动测量头3球体表面与第二对称式球窝的球窝壁之间的最大间隙控制在80μm-100μm范围内。如图3所示，本实施例中，在气动测量头3的前端竖向切割有第二切割平台34，第二切割平台34至气动测量头3中心的距离保证气动测量头3能在相应匹配的第一对称式球窝
610中自由转动而不会碰擦到小校准件61的任何部位。将气动测量头3放入第一对称式球窝
610内进行测量时，从上喷嘴331和下喷嘴332喷出的带有一定压力的气体能使气动测量头3悬空在第一对称式球窝610的正中间，与第一对称式球窝的球窝壁呈非接触状态，第二切割平台34的设置能够保证气动测量头3在第一对称式球窝610内自由转动时维持与球窝壁呈非接触状态，这样，测量时就能避免出现第一对称式球窝的球窝壁或气动测量头3球体表面因碰撞而被划伤现象，从而保证被测对称式球窝的球窝壁或气动测量头3的球体表面也不会出现因碰撞而被划伤现象，保护被测对称式球窝的内表面，同时进一步提高了测量精度及重复精度。

[0021] 如图3所示，本实施例中，所述第二气体通道由进气通道32和上下贯通的出气通道33组成，出气通道33与进气通道32相互贯穿构成T形形状的通道，出气通道33位于气动测量头3的某一直径线上，且出气通道33的上、下两端出口分别在气动测量头3的球体上、下表面上形成上喷嘴331和下喷嘴332，从气电电子柱1的气体输出端11输出的带一定压力的气体经气体输送通道后分别从上喷嘴331和下喷嘴332喷出。所述的连接杆2由手柄4和软管5组成，在手柄4内设置有前后贯通的第三气体通道41，手柄4前端能与气动测量头3密封连接，手柄4后端与软管5前端密封连接，软管5后端能与气电电子柱1的气体输出端11密封连接，软管内孔和第三气体通道41形成完整的第一气体通道。在手柄4前段设置有外螺纹段，在进气通道32的气体进入口处设置有与外螺纹段相配合的内螺纹段，手柄4通过外螺纹段与气动测量头3上的内螺纹段密封连接。本实施例中，在进气通道32的气体进入口处还设置有容纳密封圈9的容纳槽，密封圈9置于容纳槽内，手柄4前端通过密封圈9及螺纹连接与气动测量头密封连接。如图3和图4所示，本实施例中，在手柄4与软管5之间设置有密封连接手柄4与软管5的连接件8。所述的连接件8前端设置有嵌入块82，在手柄4后端设置有容纳嵌入块
82的嵌入槽42，嵌入块82能密封嵌入到嵌入槽42内；在连接件8后端设置有锥体形状的锥形嵌入块83，锥形嵌入块83的直径由前至后逐渐减小，在软管5前端设置有与锥形嵌入块83相配合的锥形嵌入槽51，锥形嵌入块83能密封嵌入到锥形嵌入槽51内；在连接件8内设置有前后贯通的贯通孔81，手柄4通过连接件8与软管5密封连接时，第三气体通道41通过贯通孔81与软管内孔相连通。

[0022] 使用本发明所述的气电测量仪时需将气电电子柱与气源相连接，测量前先校准气电电子柱1，校准的具体步骤为：旋转气动测量头3使二个第一切割平台31分别处于上、下位置，然后将气动测量头3放入小校准件61的第一对称式球窝610中，然后旋转气动测量头3使其上喷嘴331和下喷嘴332分别与第一对称式球窝610的上球窝壁及下球窝壁相对，带一定压力的气体经气电电子柱1的气体输出端11及气体输送通道后分别从上喷嘴331和下喷嘴332向外喷出，从上喷嘴331喷出的带一定压力的气体从气动测量头3的上球体表面与第一对称式球窝610的上球窝壁间的泄流间隙向外泄流，从下喷嘴332喷出的带一定压力的气体从气动测量头3的下球体表面与第一对称式球窝610的下球窝壁间的泄流间隙向外泄流，气动测量头3在气体压力的作用下悬浮在第一对称式球窝610的中间，此时气电电子柱1上显示数值a。接着旋转气动测量头3使二个第一切割平台31再次分别处于上、下位置，然后将气动测量头3从第一对称式球窝610中取出，然后以相同方式将气动测量头3放入第二对称式球窝620内进行测量，此时气电电子柱1上显示数值b，根据数值a、数值b、第一对称式球窝
610的标称球径及第二对称式球窝620的标称球径可以得到气电电子柱1的放大倍率，气电电子柱1的结构及测量原理属于现有的技术，可以直接从市场上购买到气电电子柱1，而对该气电电子柱1的放大倍率的计算也属于气电电子柱领域公知的技术，一般购买气电电子柱1所附带的说明书中都会详细描述，在此就不再赘述。气电电子柱1的放大倍率校准后，将气动测量头3再次放入第一对称式球窝610中进行测量，并且此时将气电电子柱1上显示的数值校准为第一对称式球窝610的标称球径；接着将气动测量头3从第一对称式球窝610内取出后再放入第二对称式球窝620内，此时气电电子柱1上显示的数值为第二对称式球窝
620的检测球径，一般气电电子柱1上此时显示的检测球径的数值与第二对称式球窝620的标称球径相差在0.5μm范围内都是允许的，否则就需要重新校准气电电子柱1。气电电子柱1校准完毕后即可对被测对称式球窝进行测量了。对同一批规格型号的被测对称式球窝进行测量时，将气动测量头3放入其中一个被测对称式球窝内，在气电电子柱1上显示的数值即为该被测对称式球窝的真实球径，然后将气动测量头3从该被测对称式球窝内取出后放入下一个被测对称式球窝内，即可对下一个被测对称式球窝进行测量了，一般测量一个对称式球窝的速度可以控制在2秒以内，检测速度非常快，大大提高了检测效率，可用于大批量生产中作为测量仪使用。在实际生产中，若需要检测多批次不同规格尺寸的被测对称式球窝球径，则只要配置与各规格尺寸分别匹配的多种球径的气动测量头3及与各气动测量头3分别对应匹配的小校准件61和大校准件62即可。这样当测量另一批规格型号的被测对称式球窝时，只需更换对应匹配的气动测量头3、小校准件61和大校准件62，并重新校准气电电子柱1就能对该批被测对称式球窝进行快速测量了。

[0023] 本发明的优点是：（1）所述的对称式球窝球径气电测量仪能用于普通车间环境下的在线检测或线边检测，对周围环境要求不高，适用性强；（2）在使用过程中只需更换不同球径的气动测量头3及相应匹配的校准件组即可对多种球径的对称式球窝进行检测，而且气电电子柱校准完毕后能快速对同一规格尺寸的被测对称式球窝进行测量，检测效率高，操作十分方便；（3）在满足较高测量精度和重复精度要求的同时能大大降低成本，其测量精度能精确到1μm，重复精度能精确到1μm，并且制造成本仅为三坐标测量机制造成本的0.4%～4%。