專利名稱：非完整圓圓弧半徑高精度測量方法及專用檢具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種非完整圓圓弧半徑高精度測量方法，同時(shí)涉及應(yīng)用該測量方法
的專用檢具，屬于檢測技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在機(jī)械加工中，經(jīng)常需要檢測零部件上的一些非完整圓內(nèi)腔結(jié)構(gòu)的半徑或直 徑。目前在實(shí)際應(yīng)用中，非完整圓的直徑或半徑大多是先用通用量具測得某些具體尺 寸，然后進(jìn)行計(jì)算求解，不僅測量誤差較大，而且計(jì)算方法復(fù)雜、繁瑣。由于非完整圓 圓心的不確定性，使用通用量具很難實(shí)現(xiàn)直接測量。對于非完整圓半徑或直徑的測量， 至今還沒有一種比較成熟的方法。因此，有必要研制和推廣測量精度高、操作簡便、可 直接讀數(shù)且成本較低的專用檢具。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對上述已有技術(shù)存在的問題，設(shè)計(jì)提供一種非完整圓圓弧半 徑高精度測量方法及專用檢具，實(shí)現(xiàn)對非完整圓圓弧半徑高精度測量的目的，解決使用 通用量具很難實(shí)現(xiàn)直接、快速測量的問題。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的 —種非完整圓圓弧半徑高精度測量方法，包括長度固定的弦AB和隨圓弧半徑變 化的弓高CE，弦的兩端A、 B與弓高的一端E位于同一圓弧上，弦長AB固定不變，弓 高CE隨著圓弧半徑的變化AR發(fā)生變化，圓弧半徑的變化量AR和弓高的變化量DE滿 足關(guān)系式AR = DEXCosa/(l-Cosa)，式中，a是弦的兩端與圓弧圓心夾角的一半。
—種非完整圓圓弧半徑高精度測量專用檢具，該專用檢具包括便攜式和雙R非 完整圓圓弧半徑高精度檢具兩種結(jié)構(gòu)，其中 ①便攜式非完整圓圓弧半徑高精度測量專用檢具結(jié)構(gòu)是 在法蘭盤的上端面和下端面上分別配裝外殼和量規(guī)頭外殼，護(hù)線套配裝于外殼 上端部，電感傳感器固配在法蘭盤上，且整體位于外殼、法蘭盤和量規(guī)頭外殼腔內(nèi)，測 頭配裝在電感傳感器測桿頭部，并位于量規(guī)頭外殼側(cè)壁孔內(nèi)，在量規(guī)頭外殼的對應(yīng)位置 上分別配裝弦端第一固定測頭和弦端第二固定測頭，扳桿鉸連安裝在量規(guī)頭外殼，球頭 定位柱可軸向移動地配裝在量規(guī)頭外殼側(cè)壁孔內(nèi)，球頭定位柱與扳桿鉸連，拉簧兩端分 別與法蘭盤和扳桿掛連。 ②雙R非完整圓圓弧半徑高精度測量專用檢具結(jié)構(gòu)是 在底板左右側(cè)部上對應(yīng)依次配裝左立柱與右立柱、左固定板與右固定板和左鉸 鏈固定塊與右鉸鏈固定塊，工作面支撐板配裝在左、右立柱、上端面上；左平行四邊形 鉸鏈和右平行四邊形鉸鏈分別固裝在左鉸鏈固定塊和右鉸鏈固定塊側(cè)面上，在左平行四 邊形鉸鏈和右平行四邊形鉸鏈上端面分別安裝左連接板和右連接板，左骨架、左固定栓 和右骨架、右固定栓分別固裝在左連接板和右連接板上端面上，左傳感器和右傳感器分
3別配裝在左骨架和右骨架上，左限位桿和右限位桿分別可軸向調(diào)整的固裝在左固定板和 右固定板上側(cè)部孔內(nèi)，且左限位桿和右限位桿的里側(cè)端面與左連接板和右連接板接觸配 合，在左固定板和右固定板上側(cè)部分別配裝左拉簧固定絲桿和右拉簧固定絲桿，左拉簧 兩端分別與左拉簧固定絲桿和左固定栓掛接，右拉簧兩端分別與右拉簧固定絲桿和右固 定栓掛接；在工作面支撐板上端面上對應(yīng)安裝左半圓弧外殼和右半圓弧外殼，第一定位 楔、第二定位楔和定位塊配裝在工作面支撐板上端面上，并位于左半圓弧外殼和右半圓 弧外殼外側(cè)部；弦端第三固定測頭和弦端第四固定測頭對應(yīng)安裝在左骨架上端部，并位 于左半圓弧外殼側(cè)壁孔內(nèi)；弦端第五固定測頭和弦端第六固定測頭對應(yīng)安裝在右骨架上 端部，并位于右半圓弧外殼側(cè)壁孔內(nèi)；左測頭安裝在左傳感器的測桿上端部，并位于左 半圓弧外殼側(cè)壁孔內(nèi)；右測頭安裝在右傳感器的測桿上端部，并位于右半圓弧外殼側(cè)壁 孔內(nèi)。 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，利用非完整圓圓弧半徑測量方法及專用檢具，可實(shí)現(xiàn)對非 完整圓圓弧半徑的高精度、快速的測量，可直接讀數(shù)，操作方便，非常適用于大批量生 產(chǎn)中高精度快速測量的需要。


圖1為非完整圓圓弧半徑高精度測量方法示意圖； 圖2為非完整圓圓弧半徑高精度專用檢具測量原理圖； 圖3為便攜式非完整圓圓弧半徑高精度專用檢具的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4為圖3的A-A剖視圖； 圖5為雙R非完整圓圓弧半徑高精度專用檢具的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖6為圖5的B-B剖視圖；
圖中件號說明 1、護(hù)線套，2、外殼，3、電感傳感器，4、法蘭盤，5、量規(guī)頭外殼，6、拉 簧，7、扳桿，8、弦端第一固定測頭，9、測頭，IO弦端第二固定測頭，11、球頭定位柱 12、底板，13、左固定板，14、左立柱，15、左限位桿，16、左拉簧固定絲桿，17、左 拉簧，18、左固定栓，19、左傳感器，20、左半圓弧外殼，21、右半圓弧外殼，22、右 傳感器，23、工作面支撐板，24、右立柱，25、右固定栓，26、右拉簧，27、右拉簧固 定絲桿，28、右限位桿，29、右固定板，30、左平行四邊形鉸鏈，31、左鉸鏈固定塊， 32、右平行四邊形鉸鏈，33、右鉸鏈固定塊，34、第一定位楔，35、弦端第三固定測 頭，36、左測頭，37、弦端第四固定測頭，38、第二定位楔，39、定位塊，40、弦端第 五固定測頭，41、右測頭，42、弦端第六固定測頭，43、右骨架，44、左骨架，45、右 連接板，46、左連接板
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。 本發(fā)明利用三點(diǎn)定圓原理，通過數(shù)學(xué)推導(dǎo)，得到一種測量非完整圓圓弧半徑的 快捷方法，其測量原理如下設(shè)點(diǎn)A、 E、 B在以O(shè)為圓心、R為半徑的圓上，如說明書 附圖1所示，點(diǎn)A、 B與圓心0連線的夾角為2a ;點(diǎn)A、 D、 B在以O(shè)'為圓心、R'
4為半徑的圓上；AB為圓O、 O'的公共弦，是固定弦長。 AB = 2XOAXSina (1) O' 0 = 0' D-OD = 0' D-(OE-DE) = R' -(R-DE) = A R+DE ... O' O = A R+DE (2) 又 (O' A)2-(AB/2)2 = O' C2 = (O' D-CD)2 = (O' A-CE+DE)2 (3) (OA)2-(AB/2)2 = (OE-CE)2 = (OA-CE)2 (4) (3)-(4)得 (O' A)2-(OA)2 = (O' A-CE+DE)2-(OA-CE)2 (5) 等式(5)左邊 (O' A)2-(OA)2 = (R' )2-(R)2 = (R+ A R)2-(R)2 = R2+2 X RX ( A R)+( A R)2-(R)2 省略(AR)2，等式左邊=2XRX(AR) 等式(5)右邊 O ' A-CE + DE = OA+A R-CE + DE = (OA-CE) + ( A R + DE)=OAX Cos a +(A R+DE)OA-CE = OE-CE = OC = OAX Cos a = RX Cos a ... (O' A-CE+DE)2-(OA-CE)2 =(0' A-CE+DE-OA+CE)X(O' A-CE+DE+OA-CE) = ( A R+DE)(2R+ A R+DE) = (OA X Cos a )2+2 X (OA X Cos a ) X ( A R+DE)+( A R+DE)2-(OA X Cos a )2 = 2 X R X (A R+DE) X Cos a +( A R+DE)2 省略(AR+DE)2 '. DE和AR均很小，其和的平方項(xiàng)可以忽略不計(jì) 等式右邊=2 X R X (A R+DE) X Cos a 等式左邊=等式右邊 ... AR = DE XCosa/(l-Cosa) = hXk (6) 式(6)中，h = DE， k = Cosa/(l-Cosa)，式(6)說明圓弧半徑的變化量A R可以由弓高的變化量h求得。 在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)球面上各點(diǎn)到球心的距離相等的原理，在固定弦長AB的兩端安裝球形測頭，以消除由于圓弧直徑變化固定弦AB與圓弧切點(diǎn)位置不同引入的誤差，如說明書附圖2所示。球A、 B安裝與弦AB兩端，與圓弧CGD相切與點(diǎn)C、 D，與圓弧MFN相切與點(diǎn)M、 N。
設(shè)鋼球A、 B半徑為r。 OA = OC-AC = R-r O' A = 0' M-AM = R' -r = R+AR-r AB = 2XOAXSina 由說明書附圖2可知O' O+OK = O' J+JK ... OK = OA = R-r O' J = 0' A = R+AR-r JK = FG 整理得O' O = R+A R-r-R+r+JK .'. O' O = AR+JK (7)
又(O' A)2-(AB/2)2 = (O' J-EJ)2 = (O' A-EK+JK)2 (8) (OA)2-(AB/2)2 = (OK-EK)2 = (OA-EK)2 (9) (8)-(9) (O' A)2-(OA)2 = (O' A-EK+JK)2-(OA-EK)2 (10) 等式(10)左邊(R+ A R-r)2-(R-r)2 = (R-r)2+2 X (R-r) X (A R)+( A R)2-(R-r)2 省略(AR)2，等式(10)左邊=2X(R-r)X(AR) 等式(10)右邊 O ' A-EK+JK = OA+AR-EK+JK = (OA-EK)+( A R+JK) = (R-r)/2+( A R+JK)OA-EK = OE = OA XSin30° = (R-r)/2 ... (O' A-EK+JK)2-(OA-EK)2 = [(R-r)/2+( A R+JK)]2-[(R-r)/2]2
= [(R-r)/2]2+2 X [(R-r)/2] X (A R+JK)+( A R+JK)2-[(R-r)/2]2
= (R-r) X ( A R+JK)+( A R+JK)2 省略(AR+JK)2 '.' JK = FG =底部傳感器的采樣值，禾P AR均很小，其和的平方項(xiàng)可以忽略不計(jì) 等式(10)右邊=(R-r) X (A R+JK) = (R-r) X ( A R)+(R-r) X (JK)
等式(10)左邊=等式(10)右邊，貝U 2 X (R-r) X (A R) = (R-r) X ( A R)+(R-r) X (JK)(R-r) X ( A R) = (R-r) X (JK)
... AR = (JK)XCosa/(l-Cosa) = (FG)XCosa/(l-Cosa) (11)
設(shè)k = Cosa/(l-Cosa)，傳感器的測量值為t，貝U
AR = (JK)Xk = (FG)Xk = tXk (12) 利用關(guān)系式(12)設(shè)計(jì)專用量具，當(dāng)測得FG時(shí)，由于系數(shù)k為常值，可很方便地求得圓弧半徑或直徑。專用檢具測量工件采用的是相對比較法，設(shè)標(biāo)準(zhǔn)樣件的檢定值為Ro，當(dāng)測量工件時(shí)，根據(jù)式(12)，則待測工件的圓弧半徑Rx為
Rx = Ro+AR = R0+tXk (13)
實(shí)施方式一 便攜式非完整圓圓弧半徑高精度測量專用檢具結(jié)構(gòu)是 在法蘭盤4的上端面和下端面上分別配裝外殼2和量規(guī)頭外殼5，護(hù)線套1配裝于外殼2上端部，電感傳感器3固配在法蘭盤4上，且整體位于外殼2、法蘭盤4和量規(guī)頭外殼5腔內(nèi)，測頭9配裝在電感傳感器3測桿頭部，并位于量規(guī)頭外殼5側(cè)壁孔內(nèi)，在量規(guī)頭外殼5的對應(yīng)位置上分別配裝弦端第一固定測頭8和弦端第二固定測頭10，扳桿7鉸連安裝在量規(guī)頭外殼5，球頭定位柱11可軸向移動地配裝在量規(guī)頭外殼5側(cè)壁孔內(nèi)，球頭定位柱11與扳桿7鉸連，拉簧6兩端分別與法蘭盤4和扳桿7掛連。
首次測量前，先對檢具進(jìn)行校零，手持外殼2拿起檢具，用手扳動扳桿7使球頭定位柱ll內(nèi)縮，將檢具放入標(biāo)準(zhǔn)樣件，然手松開扳桿7，弦端第一定固測頭8、弦端第二定固測頭10與測頭9在球頭定位柱11的作用下和標(biāo)準(zhǔn)樣件圓弧面緊密接觸，此時(shí)計(jì)算機(jī)記錄傳感器值作為測量零點(diǎn)，校零完畢；測量工件時(shí)，將檢具按上述方式放入待測工件內(nèi)，傳感器在工件內(nèi)會發(fā)生相對于標(biāo)準(zhǔn)樣件的微位移，計(jì)算機(jī)獲得該傳感器位移量，根據(jù)式(13)計(jì)算得到圓弧的直徑或半徑值。檢具的分辨率取決于電感傳感器信號處理電路及模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，現(xiàn)有技術(shù)可使檢具的分辨率達(dá)到0.1 ii m。 便攜式非完整圓圓弧半徑高精度檢具適用于重量大、不方便移動的待測工件，
6如發(fā)動機(jī)缸體端面的雙半圓圓弧內(nèi)腔，使用該檢具進(jìn)行測量， 一次測量需時(shí)約6秒。
實(shí)施方式二 雙R非完整圓圓弧半徑高精度測量專用檢具結(jié)構(gòu)是 在底板12左右側(cè)部上對應(yīng)依次配裝左立柱14與右立柱24、左固定板13與右固 定板29和左鉸鏈固定塊33與右鉸鏈固定塊31，工作面支撐板23配裝在左、右立柱14、 24上端面上；左平行四邊形鉸鏈32和右平行四邊形鉸鏈30分別固裝在左鉸鏈固定塊33 和右鉸鏈固定塊31側(cè)面上，在左平行四邊形鉸鏈32和右平行四邊形鉸鏈30上端面分別 安裝左連接板46和右連接板45，左骨架44、左固定栓18和右骨架43、右固定栓25分別 固裝在左連接板46和右連接板45上端面上，左傳感器19和右傳感器22分別配裝在左骨 架44和右骨架43上，左限位桿15和右限位桿28分別可軸向調(diào)整的固裝在左固定板13 和右固定板29上側(cè)部孔內(nèi)，且左限位桿15和右限位桿28的里側(cè)端面與左連接板46和右 連接板45接觸配合，在左固定板13和右固定板29上側(cè)部分別配裝左拉簧固定絲桿16和 右拉簧固定絲桿27，左拉簧17兩端分別與左拉簧固定絲桿16和左固定栓18掛接，右拉 簧26兩端分別與右拉簧固定絲桿27和右固定栓25掛接；在工作面支撐板23上端面上對 應(yīng)安裝左半圓弧外殼20和右半圓弧外殼21，第一定位楔34、第二定位楔38和定位塊39 配裝在工作面支撐板23上端面上，并位于左半圓弧外殼20和右半圓弧外殼21外側(cè)部； 弦端第三固定測頭35和弦端第四固定測頭37對應(yīng)安裝在左骨架44上端部，并位于左半 圓弧外殼20側(cè)壁孔內(nèi)；弦端第五固定測頭40和弦端第六固定測頭42對應(yīng)安裝在右骨架 43上端部，并位于右半圓弧外殼21側(cè)壁孔內(nèi)；左測頭36安裝在左傳感器19的測桿上端 部，并位于左半圓弧外殼20側(cè)壁孔內(nèi)；右測頭41安裝在右傳感器22的測桿上端部，并 位于右半圓弧外殼21側(cè)壁孔內(nèi)。 首次測量前，將標(biāo)準(zhǔn)樣件放到檢具上可靠定位，弦端第三固定測頭35、弦端第 四固定測頭37、弦端第五固定測頭40、弦端第六固定測頭42和左測頭36、右測頭41與 標(biāo)準(zhǔn)樣件緊密接觸，此時(shí)計(jì)算機(jī)記錄傳感器值作為測量零點(diǎn)，校零完畢；測量工件時(shí)， 將工件按上述方式放到檢具左半圓弧外殼20和右半圓弧外殼21構(gòu)成的測量頭上，傳感器 在工件內(nèi)會相對于標(biāo)準(zhǔn)樣件發(fā)生位移，單片機(jī)或計(jì)算機(jī)獲得該傳感器位移量，標(biāo)準(zhǔn)樣件 的檢定值在測量前輸入計(jì)算機(jī)，單片機(jī)或計(jì)算機(jī)根據(jù)式(13)給出的關(guān)系計(jì)算得到圓弧的 直徑或半徑值。檢具的分辨率取決于電感傳感器信號處理電路及模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，現(xiàn)有技 術(shù)可使檢具的分辨率達(dá)到0.1 ii m。 雙R非完整圓圓弧半徑高精度專用檢具適用于重量輕、方便移動的待測工件， 如機(jī)油泵體外殼上的雙圓弧內(nèi)腔結(jié)構(gòu)，使用該檢具進(jìn)行測量， 一次測量需時(shí)約5秒。
權(quán)利要求
一種非完整圓圓弧半徑高精度測量方法，包括長度固定的弦AB和隨圓弧半徑變化的弓高CE，其特征在于弦的兩端A、B與弓高的一端E位于同一圓弧上，弦長AB固定不變，弓高CE隨著圓弧半徑的變化ΔR發(fā)生變化，圓弧半徑的變化量ΔR和弓高的變化量DE滿足關(guān)系式ΔR＝DE ×Cosα/(1-Cosα)，式中，α是弦的兩端與圓弧圓心夾角的一半。
2. —種非完整圓圓弧半徑高精度測量專用檢具，其特征在于該專用檢具包括便攜 式和雙R非完整圓圓弧半徑高精度測量檢具兩種結(jié)構(gòu)，其中① 便攜式非完整圓圓弧半徑高精度測量專用檢具的結(jié)構(gòu)是在法蘭盤(4)的上端面和下端面上分別配裝外殼(2)和量規(guī)頭外殼(5)，護(hù)線套(1)配裝 于外殼(2)上端部，電感傳感器(3)固配在法蘭盤(4)上，且整體位于外殼(2)、法蘭盤(4) 和量規(guī)頭外殼(5)腔內(nèi)，測頭(9)配裝在電感傳感器(3)測桿頭部，并位于量規(guī)頭外殼(5) 側(cè)壁孔內(nèi)，在量規(guī)頭外殼(5)的對應(yīng)位置上分別配裝弦端第一固定測頭(8)和弦端第二固 定測頭(IO)，扳桿(7)鉸連安裝在量規(guī)頭外殼(5)，球頭定位柱(ll)可軸向移動地配裝在量 規(guī)頭外殼(5)側(cè)壁孔內(nèi)，球頭定位柱(11)與扳桿(7)鉸連，拉簧(6)兩端分別與法蘭盤(4) 和扳桿(7;>掛連；② 雙R非完整圓圓弧半徑高精度測量專用檢具結(jié)構(gòu)是在底板(12)左右側(cè)部上對應(yīng)依次配裝左立柱(14)與右立柱(24)、左固定板(13)與右 固定板(29)和左鉸鏈固定塊(33)與右鉸鏈固定塊(31)，工作面支撐板(23)配裝在左、右 立柱(14)、 (24)上端面上；左平行四邊形鉸鏈(32)和右平行四邊形鉸鏈(30)分別固裝在 左鉸鏈固定塊(33)和右鉸鏈固定塊(31)側(cè)面上，在左平行四邊形鉸鏈(32)和右平行四邊 形鉸鏈(30)上端面分別安裝左連接板(46)和右連接板(45)，左骨架(44)、左固定栓(18)和 右骨架(43)、右固定栓(25)分別固裝在左連接板(46)和右連接板(45)上端面上，左傳感 器(19)和右傳感器(22)分別配裝在左骨架(44)和右骨架(43)上，左限位桿(15)和右限位 桿(28)分別可軸向調(diào)整的固裝在左固定板(13)和右固定板(29)上側(cè)部孔內(nèi)，且左限位桿 (15)和右限位桿(28)的里側(cè)端面與左連接板(46)和右連接板(45)接觸配合，在左固定板 (13)和右固定板(29)上側(cè)部分別配裝左拉簧固定絲桿(16)和右拉簧固定絲桿(27)，左拉簧 (17)兩端分別與左拉簧固定絲桿(16)和左固定栓(18)掛接，右拉簧(26)兩端分別與右拉 簧固定絲桿(27)和右固定栓(25)掛接；在工作面支撐板(23)上端面上對應(yīng)安裝左半圓弧 外殼(20)和右半圓弧外殼(21)，第一定位楔(34)、第二定位楔(38)和定位塊(39)配裝在工 作面支撐板(23)上端面上，并位于左半圓弧外殼(20)和右半圓弧外殼(21)外側(cè)部；弦端 第三固定測頭(35)和弦端第四固定測頭(37)對應(yīng)安裝在左骨架(44)上端部，并位于左半 圓弧外殼(20)側(cè)壁孔內(nèi)；弦端第五固定測頭(40)和弦端第六固定測頭(42)對應(yīng)安裝在右 骨架(43)上端部，并位于右半圓弧外殼(21)側(cè)壁孔內(nèi)；左測頭(36)安裝在左傳感器(19) 的測桿上端部，并位于左半圓弧外殼(20)側(cè)壁孔內(nèi)；右測頭(41)安裝在右傳感器(22)的 測桿上端部，并位于右半圓弧外殼(21)側(cè)壁孔內(nèi)。
全文摘要
非完整圓圓弧半徑高精度測量方法及專用檢具，屬于檢測技術(shù)領(lǐng)域；該方法包括長度固定的弦AB和隨圓弧半徑變化的弓高CE，弦的兩端A、B與弓高的一端E位于同一圓弧上，弦長AB固定不變，弓高CE隨著圓弧半徑的變化ΔR發(fā)生變化，圓弧半徑的變化量ΔR和弓高的變化量DE滿足關(guān)系式ΔR＝DE×Cosα/(1-Cosα)，式中，α是弦的兩端與圓弧圓心夾角的一半；本發(fā)明還提供了一種專用檢具，具有測量精度高、操作方便、可直接讀數(shù)、測量速度快的特點(diǎn)。
文檔編號G01B7/12GK101691989SQ200910073068
公開日2010年4月7日 申請日期2009年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月20日
發(fā)明者于汶, 劉春梅, 張峰, 張 浩, 樸偉英, 袁怡寶, 許連虎, 龔光國 申請人:哈爾濱海太精密量儀有限公司