專利名稱：高精度無上限特大圓柱螺紋中徑測量裝置及測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明公開一種用于特大圓柱螺紋中徑精密測量的裝置及測量方法，屬于長度測量的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
特大圓柱螺紋中徑、尤其是其中內(nèi)螺紋中徑的精密測量長期困擾重型裝備制造行業(yè)，常用的一種方法是梳齒法。該方法采用兩個(gè)與被測螺紋牙型相吻合的梳齒狀測頭首先在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)裝置上對零，然后測量被測螺紋中徑。因?yàn)樾枰芈菪鎸ふ夜拯c(diǎn)，操作困難， 精度不易保證，而且，隨著被測螺紋中徑增大，測量裝置尺寸和重量同步增大，裝置變形嚴(yán)重，操作更加困難。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有測量方法存在的問題，本發(fā)明公開一種高精度、易操作、無測量上限的特大圓柱螺紋中徑測量裝置及測量方法。所述用于特大圓柱螺紋中徑測量的裝置包含一個(gè)跨接單元、一系列結(jié)構(gòu)相同的非跨接單元、一個(gè)測量球與球之間距離的裝置，以及可選的一個(gè)隔片和可選的一個(gè)隔球，其中，所述跨接單元包含一個(gè)跨接單元本體、兩個(gè)位于跨接單元本體兩端且同側(cè)突出的跨接單元定位球體或部分球體，以及一個(gè)或兩個(gè)位于跨接單元本體之上的內(nèi)含跨接單元永久磁鐵的跨接單元固定機(jī)構(gòu)，使得跨接單元整體呈內(nèi)空的拱形；所述每一個(gè)非跨接單元都包含一個(gè)非跨接單元本體、兩個(gè)分別位于非跨接單元本體兩端的非跨接單元定位球體或部分球體，以及兩個(gè)位于非跨接單元本體之上的內(nèi)含非跨接單元永久磁鐵的非跨接單元固定機(jī)構(gòu)；所述隔片上具有相互平行的兩個(gè)平面，隔球則是一個(gè)兩側(cè)被去掉一部分的球體。所述特大圓柱螺紋中徑測量方法之一采用所述不包括隔片或隔球的特大圓柱螺紋中徑測量裝置實(shí)現(xiàn)特大圓柱螺紋中徑測量，具體步驟是第一步，如

圖1所示，將跨接單元和一系列非跨接單元擺放在被測螺紋上，其中，在不改變跨接單元和其它被擺放在被測螺紋上的非跨接單元位置的前提下，部分或全部非跨接單元可以取出后重復(fù)擺放，重復(fù)擺放后的非跨接單元被看作為一個(gè)新的非跨接單元，而重復(fù)擺放前的非跨接單元被想象為仍然位于原處，非跨接單元的這種重復(fù)擺放可以重復(fù)進(jìn)行，但所有非跨接單元重復(fù)擺放在被測螺紋上的位置不得與曾被擺放后又被取出的非跨接單元所處的被測螺紋上的位置重合， 重復(fù)擺放非跨接單元的目的是為了減少非跨接單元的數(shù)量?？缃訂卧獢[放完成后需要通過跨接單元固定機(jī)構(gòu)固定在被測螺紋上，非跨接單元每次擺放完成后都需要通過非跨接單元固定機(jī)構(gòu)固定在被測螺紋上，第一步的操作需要滿足①包括重復(fù)擺放的每一個(gè)非跨接單元的兩個(gè)非跨接單元定位球體或部分球體位于自然延伸而非相鄰的被測螺紋牙槽內(nèi)并且與被測螺紋牙槽兩側(cè)面相切；②包括重復(fù)擺放的所有非跨接單元串聯(lián)相接，形成一個(gè)非跨接單元串，其中相鄰的非跨接單元的兩個(gè)非跨接單元定位球體或部分球體相切；③跨接單元的兩個(gè)跨接單元定位球體或部分球體分別位于被測螺紋的相鄰牙槽內(nèi)并且與被測螺紋牙槽兩側(cè)面相切，不難理解，為跨過相鄰牙槽之間的牙頂，需要跨接單元整體呈內(nèi)空的拱形；④跨接單元的一個(gè)跨接單元定位球體或部分球體與一個(gè)位于所述非跨接單元串末端的非跨接單元的與相鄰非跨接單元的非跨接單元定位球體或部分球體不相切的非跨接單元定位球體或部分球體相切，跨接單元的另一個(gè)跨接單元定位球體或部分球體與另一個(gè)位于所述非跨接單元串末端的非跨接單元的與相鄰非跨接單元的非跨接單元定位球體或部分球體不相切的非跨接單元定位球體或部分球體相鄰，即它們之間可以沿牙槽直接連通而中間沒有跨接單元(1)和非跨接單元(2 )，這種相鄰?fù)ǔＳ薪瓦h(yuǎn)兩種方式，即，比較圖1和圖 2可知，它們之間的距離有近和遠(yuǎn)兩種方式可供選擇，若如此則選擇其中之一，通常應(yīng)選擇近的方式；⑤相鄰但非相切的跨接單元與非跨接單元之間的距離在測量球與球之間距離的裝置的測量范圍之內(nèi)，這里相鄰但非相切的跨接單元與非跨接單元之間的距離是指它們之間相鄰的跨接單元定位球體或部分球體和非跨接單元定位球體或部分球體之間的間隙，或是它們之間的球心距，或是其它某種特定意義上的距離，稱之為封閉尺寸；第二步，采用測量球與球之間距離的裝置測出所述封閉尺寸；第三步，根據(jù)所測封閉尺寸、被測螺紋牙型及其參數(shù)，以及跨接單元的跨接單元定位球體或部分球體和包括重復(fù)擺放的每一個(gè)所被擺放的非跨接單元的非跨接單元定位球體或部分球體按它們在被測螺紋上被擺放的位置所形成的彼此之間的幾何關(guān)系及其與被測螺紋之間的幾何關(guān)系，求出被測螺紋中徑。
例如，如圖3和圖4所示，對于牙型為對稱梯形的圓柱外螺紋中徑測量，若跨接單元定位球體或部分球體和每一個(gè)非跨接單元定位球體或部分球體的直徑都相同，為 dm，而且，相鄰但非相切的跨接單元定位球體或部分球體與位于非跨接單元串末端的非跨
接單元定位球體或部分球體之間采用近的相鄰關(guān)系，則跨接單元定位球體或部分球體和每一個(gè)所非跨接單元定位球體或部分球體的球心都位于同一條圓柱螺旋線上，假定其形成圓柱半徑為r、螺距為P，可以得出如下幾何關(guān)系
權(quán)利要求
1.一種用于特大圓柱螺紋中徑測量的裝置，其特征在于，該裝置包含一個(gè)跨接單元 (1)、一系列結(jié)構(gòu)相同的非跨接單元(2)、一個(gè)測量球與球之間距離的裝置(3)，以及可選的一個(gè)隔片(4)和可選的一個(gè)隔球(5)，其中，所述跨接單元(1)包含一個(gè)跨接單元本體(11)、 兩個(gè)位于跨接單元本體(11)兩端且同側(cè)突出的跨接單元定位球體或部分球體(12)，以及一個(gè)或兩個(gè)位于跨接單元本體(11)之上的內(nèi)含跨接單元永久磁鐵(131)的跨接單元固定機(jī)構(gòu)(13 )，使得跨接單元(1)整體呈內(nèi)空的拱形；所述每一個(gè)非跨接單元(2 )都包含一個(gè)非跨接單元本體(21)、兩個(gè)分別位于非跨接單元本體(21)兩端的非跨接單元定位球體或部分球體(22)，以及兩個(gè)位于非跨接單元本體(21)之上的內(nèi)含非跨接單元永久磁鐵(231)的非跨接單元固定機(jī)構(gòu)(23);所述隔片(4)上具有相互平行的兩個(gè)平面(41)，隔球(5)則是一個(gè)兩側(cè)被去掉一部分的球體。
2.一種用于特大圓柱螺紋中徑測量的方法，其特征在于，該方法采用一個(gè)跨接單元(1)、一系列結(jié)構(gòu)相同的非跨接單元(2)、以及一個(gè)測量球與球之間距離的裝置(3)進(jìn)行測量，其中，所述跨接單元(1)包含一個(gè)跨接單元本體(11)、兩個(gè)位于跨接單元本體(11)兩端且同側(cè)突出的跨接單元定位球體或部分球體(12)，以及一個(gè)或兩個(gè)位于跨接單元本體 (11)之上的內(nèi)含跨接單元永久磁鐵(131)的跨接單元固定機(jī)構(gòu)(13)，使得跨接單元(1)整體呈內(nèi)空的拱形；所述每一個(gè)非跨接單元(2)都包含一個(gè)非跨接單元本體(21)、兩個(gè)分別位于非跨接單元本體(21)兩端的非跨接單元定位球體或部分球體(22)，以及兩個(gè)位于非跨接單元本體(21)之上的內(nèi)含非跨接單元永久磁鐵(231)的非跨接單元固定機(jī)構(gòu)(23)；測量的操作步驟是第一步，將跨接單元(1)和一系列非跨接單元(2)擺放在被測螺紋上，其中，在不改變跨接單元(1)和其它已經(jīng)被擺放在被測螺紋上的非跨接單元(2)位置的前提下，部分或全部非跨接單元(2)可以取出后重復(fù)擺放，重復(fù)擺放后的非跨接單元(2)被看作為一個(gè)新的非跨接單元(2)，而重復(fù)擺放前的非跨接單元(2)被想象為仍然位于原處， 非跨接單元(2)的這種重復(fù)擺放可以重復(fù)進(jìn)行，但所有非跨接單元(2)重復(fù)擺放在被測螺紋上的位置不得與曾被擺放后又被取出的非跨接單元(2)所處的被測螺紋上的位置重合， 跨接單元(1)擺放完成后需要通過跨接單元固定機(jī)構(gòu)(13)固定在被測螺紋上，非跨接單元(2)每次擺放完成后都需要通過非跨接單元固定機(jī)構(gòu)(23)固定在被測螺紋上，第一步的操作需要滿足①包括重復(fù)擺放的每一個(gè)非跨接單元(2)的兩個(gè)非跨接單元定位球體或部分球體(22)位于自然延伸而非相鄰的被測螺紋牙槽內(nèi)并且與被測螺紋牙槽兩側(cè)面相切；② 包括重復(fù)擺放的所有非跨接單元(2)串聯(lián)相接，形成一個(gè)非跨接單元(2)串，其中相鄰的非跨接單元(2)的兩個(gè)非跨接單元定位球體或部分球體(22)相切；③跨接單元(1)的兩個(gè)跨接單元定位球體或部分球體(12)分別位于被測螺紋的相鄰牙槽內(nèi)并且與被測螺紋牙槽兩側(cè)面相切；④跨接單元(1)的一個(gè)跨接單元定位球體或部分球體(12)與一個(gè)位于所述非跨接單元(2)串末端的非跨接單元(2)的與相鄰非跨接單元(2)的非跨接單元定位球體或部分球體(22)不相切的非跨接單元定位球體或部分球體(22)相切，跨接單元(1)的另一個(gè)跨接單元定位球體或部分球體(12)與另一個(gè)位于所述非跨接單元(2)串末端的非跨接單元 (2)的與相鄰非跨接單元(2)的非跨接單元定位球體或部分球體(22)不相切的非跨接單元定位球體或部分球體(22)相鄰，即它們之間可以沿牙槽直接連通而中間沒有跨接單元(1) 和非跨接單元(2)；⑤相鄰但非相切的跨接單元(1)與非跨接單元(2)之間的距離在測量球與球之間距離的裝置(3)的測量范圍之內(nèi)，這里相鄰但非相切的跨接單元(1)與非跨接單元(2)之間的距離是指它們之間相鄰的跨接單元定位球體或部分球體(12)和非跨接單元定位球體或部分球體(22)之間的間隙，或是它們之間的球心距，或是其它某種特定意義上的距離，稱之為封閉尺寸；第二步，采用測量球與球之間距離的裝置(3)測出所述封閉尺寸；第三步，根據(jù)所測封閉尺寸、被測螺紋牙型及其參數(shù)，以及跨接單元(1)的跨接單元定位球體或部分球體(12)和包括重復(fù)擺放的每一個(gè)所被擺放的非跨接單元(2)的非跨接單元定位球體或部分球體(22)按它們在被測螺紋上被擺放的位置所形成的彼此之間的幾何關(guān)系及其與被測螺紋之間的幾何關(guān)系，求出被測螺紋中徑。
3. 一種用于特大圓柱內(nèi)螺紋中徑測量的方法，其特征在于，該方法采用一個(gè)跨接單元(1)、一系列結(jié)構(gòu)相同的非跨接單元(2)、一個(gè)測量球與球之間距離的裝置(3)，以及一個(gè)隔片(4)或一個(gè)隔球(5)進(jìn)行測量，其中，所述跨接單元(1)包含一個(gè)跨接單元本體(11)、兩個(gè)位于跨接單元本體(11)兩端且同側(cè)突出的跨接單元定位球體或部分球體(12)，以及一個(gè)或兩個(gè)位于跨接單元本體(11)之上的內(nèi)含跨接單元永久磁鐵(131)的跨接單元固定機(jī)構(gòu) (13),使得跨接單元(1)整體呈內(nèi)空的拱形；所述每一個(gè)非跨接單元(2)都包含一個(gè)非跨接單元本體(21)、兩個(gè)分別位于非跨接單元本體(21)兩端的非跨接單元定位球體或部分球體(22)，以及兩個(gè)位于非跨接單元本體(21)之上的內(nèi)含非跨接單元永久磁鐵(231)的非跨接單元固定機(jī)構(gòu)(23);所述隔片(4)上具有相互平行的兩個(gè)平面(41)，隔球(5)則是一個(gè)兩側(cè)被去掉一部分的球體；測量的操作步驟是第一步，將跨接單元(1)和一系列非跨接單元(2)擺放在被測內(nèi)螺紋上，并且，在不改變跨接單元(1)和其它已經(jīng)被擺放在被測內(nèi)螺紋上的非跨接單元(2)位置的前提下，部分或全部非跨接單元(2)需要取出后重復(fù)擺放，重復(fù)擺放后的非跨接單元(2)被看作為一個(gè)新的非跨接單元(2)，而重復(fù)擺放前的非跨接單元(2)被想象為仍然位于原處，非跨接單元(2)的這種重復(fù)擺放可以重復(fù)進(jìn)行，但所有非跨接單元(2)重復(fù)擺放在被測內(nèi)螺紋上的位置不得與曾被擺放后又被取出的非跨接單元(2)所處的被測內(nèi)螺紋上的位置重合，同時(shí)，將隔片(4)或隔球(5)放置在跨接單元(1)的跨接單元定位球體或部分球體(12)和與之相鄰的非被重復(fù)擺放的非跨接單元(2)的非跨接單元定位球體或部分球體 (22)之間，或兩個(gè)相鄰的非被重復(fù)擺放的非跨接單元(2)的兩個(gè)非跨接單元定位球體或部分球體(22)之間，之后被取出，取出后的隔片(4)或隔球(5)不再使用但被想象為仍然位于原處，在上述操作過程中，第一個(gè)被取出重復(fù)擺放的非跨接單元(2)必須與隔片(4)或隔球 (5)相鄰，而且，在取出該非跨接單元(2)之前，必須在不改變跨接單元(1)和其它被擺放在被測內(nèi)螺紋上的非跨接單元(2)位置的前提下，首先取出隔片(4)或隔球(5)，跨接單元(1) 擺放完成后需要通過跨接單元固定機(jī)構(gòu)(13)固定在被測內(nèi)螺紋上，非跨接單元(2)每次擺放完成后都需要通過非跨接單元固定機(jī)構(gòu)(23)固定在被測內(nèi)螺紋上，第一步的操作需要滿足①包括重復(fù)擺放的每一個(gè)非跨接單元(2)的兩個(gè)非跨接單元定位球體或部分球體(22) 位于自然延伸而非相鄰的被測內(nèi)螺紋牙槽內(nèi)并且與被測內(nèi)螺紋牙槽兩側(cè)面相切；②包括重復(fù)擺放的所有非跨接單元(2)串聯(lián)相接，形成一個(gè)非跨接單元(2)串，其中相鄰的非跨接單元(2)的兩個(gè)非跨接單元定位球體或部分球體(22)之間若沒有隔片(4)或隔球(5)，則它們相切；若有隔片(4)或隔球(5)，則它們分別與隔片(4)的兩個(gè)平行平面(41)或隔球(5) 的球面部分相切，同時(shí)，若使用隔球(5)而不是隔片(4)，則隔球(5)的球面部分需要與被測內(nèi)螺紋牙槽兩側(cè)面相切；③跨接單元(1)的兩個(gè)跨接單元定位球體或部分球體(12)分別位于被測內(nèi)螺紋的相鄰牙槽內(nèi)并且與被測內(nèi)螺紋牙槽兩側(cè)面相切；④跨接單元(1)的一個(gè)跨接單元定位球體或部分球體(12)與位于所述非跨接單元(2)串一個(gè)末端的非跨接單元(2) 的與相鄰非跨接單元(2)的非跨接單元定位球體或部分球體(22)不相切的非跨接單元定位球體或部分球體(22)之間若沒有隔片(4)或隔球(5)，則它們相切；若有隔片(4)或隔球 (5)，則它們分別與隔片(4)的兩個(gè)平行平面(41)或隔球(5)的球面部分相切，同時(shí)，若使用隔球(5)而不是隔片(4)，則隔球(5)的球面部分需要與被測內(nèi)螺紋牙槽兩側(cè)面相切，跨接單元(1)的另一個(gè)跨接單元定位球體或部分球體(12)與位于所述非跨接單元(2)串另一個(gè)末端的非跨接單元(2)的與相鄰非跨接單元(2)的非跨接單元定位球體或部分球體(22)不相切的非跨接單元定位球體或部分球體(22)相鄰，即它們之間在沒有隔片(4)或隔球(5) 存在的情況下可以沿牙槽直接連通而中間沒有跨接單元(1)和非跨接單元(2)，同時(shí)，第一步操作中應(yīng)避免隔片(4)或隔球(5)在它們之間；⑤相鄰但非相切的跨接單元(1)與非跨接單元(2)之間的距離在測量球與球之間距離的裝置(3)的測量范圍之內(nèi)，這里相鄰但非相切的跨接單元(1)與非跨接單元(2)之間的距離是指它們之間相鄰的跨接單元定位球體或部分球體(12)和非跨接單元定位球體或部分球體(22)之間的間隙，或是它們之間的球心距，或是其它某種特定意義上的距離，稱之為封閉尺寸；第二步，采用測量球與球之間距離的裝置(3)測出所述封閉尺寸；第三步，根據(jù)所測封閉尺寸、被測內(nèi)螺紋牙型及其參數(shù)，以及跨接單元(1)的跨接單元定位球體或部分球體(12)、包括重復(fù)擺放的每一個(gè)所被擺放的非跨接單元(2)的非跨接單元定位球體或部分球體(22)和隔片(4)或隔球(5)按它們在被測內(nèi)螺紋上被擺放的位置所形成的彼此之間的幾何關(guān)系及其與被測內(nèi)螺紋之間的幾何關(guān)系，求出被測內(nèi)螺紋中徑。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種特大圓柱螺紋中徑測量裝置及測量方法，裝置包含一個(gè)跨接單元、一系列結(jié)構(gòu)相同的非跨接單元、一個(gè)測量球與球之間距離的裝置，以及可選的一個(gè)隔片或可選的一個(gè)隔球，測量特大圓柱螺紋中徑時(shí)將若干非跨接單元(必要時(shí)包括隔片或隔球)沿被測螺紋牙槽串聯(lián)相接圍成一個(gè)接近一圈的非跨接單元串，而跨接單元一端與位于該非跨接單元串末端的其中一個(gè)非跨接單元相接，跨接單元的另一端則跨過被測螺紋牙頂與位于該非跨接單元串末端的另一個(gè)非跨接單元相鄰，通過測量球與球之間距離的裝置測出跨接單元和與之相鄰的非跨接單元之間的距離，根據(jù)幾何關(guān)系就可以求出被測螺紋中徑。本發(fā)明具有精度高、易操作、成本低和無測量上限等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01B5/12GK102278931SQ20101058149
公開日2011年12月14日 申請日期2010年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月10日
發(fā)明者李彬 申請人:東南大學(xué)