一种基于梯形滑块机构的大尺寸内螺纹中径测量装置及中径表征算法

技术领域

本发明涉及一种螺纹中径测量装置及中径表征算法，特别涉及一种基于梯形滑块机构的大尺寸内螺纹中径测量装置及中径表征算法。

背景技术

内螺纹中径是决定螺纹互换性以及判别合格性的重要参数，检测内螺纹中径具有重要的意义。对于大尺寸内螺纹中径的检测，常用的方法及装置有：三球法测内螺纹中径、千分表测量内螺纹中径装置、容栅位移传感器系统测量内螺纹中径、美国章森内螺纹中径测量仪、组合量具测量法等。三球法测量内螺纹中径安装过程复杂，无法测量较深被测物件。对于较厚的内螺纹来说，磁性小球或因为距离太厚而产生较大的误差。千分表测量内螺纹中径装置不足之处在于精度低，只适合较短的被测物件，对于较深的被测物件，操作人员往往看不清千分表示值而导致大的人为误差。容栅位移传感器系统的缺点是没有手动控制装置，不能进行深孔测量，对于不同螺距的三角形内螺纹不能做到精确测量。美国章森内螺纹中径测量仪费用昂贵。组合量具测量法不适用于深孔内螺纹中径的在位测量。针对上述问题，专利ZL201911069975.9提出了一种便携式大直径深孔内螺纹中径在位测量仪及其测量方法，该中径测量仪中的钢珠测头不可更换，且第一测头与第二测头的间距不可调整，但不同规格的螺纹需匹配最佳直径的钢球以消除牙型角以及齿宽误差的影响，这就使得该专利中的中径测量仪仅能有效的测量一种规格的螺纹且所测螺纹的齿宽要刚好小于或者等于第一测头与第二测头之间的间距。同时，由于该专利中的钢球直径固定，钢球也不可能做得很大，就限制了钢球连杆的直径不能做得很大，因此其刚度就没法保证，在测量过程中容易由于推力过大，使推杆发生大的形变，造成大的测量误差。该专利中的测量仪安装在测杆内端与所述楔形块构成高副连接的所述触头为滚动轴承，不仅增加了装置的成本，同时该测量仪中的滚动轴承的安装过程也较为复杂，不容易实施。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的第一个目的是提供一种基于梯形滑块机构的大尺寸内螺纹中径测量装置；本发明的第二个目的是提供一种基于该装置的螺纹中径表征算法，为中径的计算提供方法。

针对本发明的第一个目的，本发明提供的基于梯形滑块机构的大尺寸内螺纹中径测量装置，其构成主要包括：1-楔形锁紧套筒；2-楔形仪器壳体；3-球测头；4-第一基座杆；5-梯形滑块；6-定位块；7-垫片；8-螺栓；9-第二基座杆；10-第一复位弹簧；11-第二复位弹簧；12-光栅尺测头；13-光栅尺；14-倾角仪；15-数据处理显示系统；16-推杆；

所述楔形仪器壳体一侧有导向圆孔，孔内安装有小钢球以减小基座杆与孔壁的摩擦力，另一侧有两个定位螺纹孔，定位螺孔开在壳体上的平面内，且壳体内部表面开有开放式的圆柱槽，楔形仪器壳体一端有导向圆孔，孔内放置有小钢球以减小推杆与孔壁的摩擦力；

所述第一测头组件为活动测头组件，可通过推动梯形滑块改变其测量长度，实现与被测件接触，该组件包含一个可更换的球测头和安装球测头的基座杆，基座杆下端固定有钢球，球测头与基座杆通过螺纹联结；

所述第二测头组件为静止测头，其包含两个可更换球测头、两个安装球测头的基座杆、一个定位块以及复位弹簧，基座杆一端固定有小钢球，定位块上有限位凸出块，凸出块上有小孔，复位弹簧穿过凸出块上的孔连接两测头基座杆以实现两测头的联动，定位块上有开放式的圆柱形槽以实现固有小钢球基座杆的导向，还有两定位通孔用于安装定位螺栓；

所述梯形滑块斜面有开放式的圆柱槽，圆柱槽的直径与第一测头组件中基座杆上的小钢球直径相等，圆柱槽截面圆弧的长度小于或等于整个圆弧长度的二分之一，梯形滑块底面有固定的、均匀分布的小钢球；

所述推杆主体部分为实心圆柱，其上开有槽用于安装光栅尺用于测量推杆移动的长度，光栅尺测头固定在楔形仪器壳体上，推杆的一端为空心圆柱腔；

所述第一测头组件通过楔形仪器壳体上的导向圆孔使其与壳体垂直，通过下端的固定钢球放置于梯形滑块的开放式的圆柱槽里实现导向运动，圆柱槽直径与钢球直径相等；

所述梯形滑块通过底部的钢球与楔形仪器壳体内部表面的开放式圆柱槽实现导向移动，圆柱槽与钢球直径相等且圆柱槽截面圆弧的长度大于整个圆弧长的二分之一以限制梯形滑块在钢球径向上的运动，梯形滑块通过螺纹与推杆联结，通过以上的限制，梯形滑块仅有圆柱槽轴线方向的自由度，即只能在轴向方向移动；

所述第二测头组件通过定位螺栓与楔形仪器壳体联结实现固定；

所述数据处理显示系统包含数据处理电路板、显示屏，电路板用于处理中径数据及存储，显示屏用于数据的显示；

所述倾角仪用于监测装置的倾斜角度；

针对本发明的第二个目的，中径的表征算法为：

其中第一测头组与第二测头组之间的初始距离为M

附图说明

附图1是本发明所述测量装置的结构示意图，其中：1-楔形锁紧套筒；2-楔形仪器壳体；3-球测头；4-第一基座杆；5-梯形滑块；6-定位块；7-垫片；8-螺栓；9-第二基座杆；10-第一复位弹簧；11-第二复位弹簧；12-光栅尺测头；13-光栅尺；14-倾角仪；15-数据处理显示系统；16-推杆；

附图2是梯形滑块的结构示意图，其中(a)是梯形滑块的主视图，(b)是梯形滑块的左视图，(c)是梯形滑块的俯视图，(d)是梯形滑块的轴侧图，(e)是梯形滑块的线框图；

附图3是楔形仪器壳体的结构示意图，其中(a)是楔形仪器壳体的主视图；(b)是楔形仪器壳体的俯视图，(c)是楔形仪器壳体的仰视图，(d)是楔形仪器壳体的轴侧图，(e)是楔形仪器壳体的右视图；(f)是楔形仪器壳体的线框图；

附图4是基座杆的结构示意图，其中(a)是基座杆的主视图；(b)是基座杆的线框图，(c)是基座杆的轴侧图；

附图5是定位块的结构示意图，其中(a)是定位块的轴侧图；(b)是定位块的主视图，(c)是定位块的线框图；

附图6是推杆的结构示意图，其中(a)是推杆的主视图；(b)是推杆的轴侧图，(c)是推杆的线框图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好的理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。

本发明提供的基于梯形滑块机构的大尺寸内螺纹中径测量装置，如附图1-6所示，主要包括：1-楔形锁紧套筒；2-楔形仪器壳体；3-球测头；4-第一基座杆；5-梯形滑块；6-定位块；7-垫片；8-螺栓；9-第二基座杆；10-第一复位弹簧；11-第二复位弹簧；12-光栅尺测头；13-光栅尺；14-倾角仪；15-数据处理显示系统；16-推杆；第一测头组件包含一个可更换的球测头和安装球测头的基座杆，基座杆下端固定有钢球，球测头与基座杆通过螺纹联结，基座杆上固定的钢球放置于梯形滑块上的开放式圆柱槽里，钢球直径与圆柱槽直径相等且开放式圆柱槽截面圆弧长小于或等于整个圆弧长的二分之一；第二测头组件通过定位螺栓固定到楔形仪器壳体上；推杆上开有槽用于安装光栅尺用于测量推杆移动的长度，光栅尺测头固定在楔形仪器壳体；第一测头组件通过楔形仪器壳体上的导向圆孔使其与壳体垂直，通过下端的固定钢球放置于梯形滑块的开放式的圆柱槽里实现导向运动，圆柱槽截面圆弧的长度小于或等于整个圆弧长度的二分之一；梯形滑块通过底部的钢球与楔形仪器壳体内部表面的开放式圆柱槽实现导向移动，圆柱槽与钢球直径相等且圆柱槽截面圆弧的长度大于整个圆弧长的二分之一以限制梯形滑块在钢球径向上的运动，梯形滑块通过螺纹与推杆联结，通过以上的限制，梯形滑块仅有圆柱槽轴线方向的自由度，即只能在轴向方向移动；数据处理显示系统安装到推杆一端的空心圆柱壳体内，光栅尺测头及显示屏接到电路板上，电路板固化有螺纹中径算法且能够处理记录装置倾角。

待测件为深孔内螺纹零件，其螺纹公称直径，螺距P＝6mm，螺纹为三角螺纹，牙型α＝60°，查机械设计手册知该螺纹的理论中径d

(1)仪器球测头直径根据下述公式确定：

通过计算，选用最佳直径d

(2)将根据步骤(1)选定的钢球安装到基座杆上，标定第一测头组与第二测头组之间的初始距离M

(3)根据倾角判断中径测量装置与被测螺纹轴线的实际位置，如果偏差在小于10°范围，即可推动推杆使第一测头组与第二测头组的球测头均与被测螺纹接触，这时通过推动楔形锁紧套筒，使推杆静止，然后顺着螺纹槽方向转动中径测量装置旋入或者旋出2-3圈，记录下推杆移动的距离s＝50.320mm；

(4)根据中径标定算法，如下式：

可以得出螺纹中径d