專利名稱:π尺精度的模擬圓檢測方法及裝置的制作方法
本發(fā)明涉及到檢測測量直徑的量具，特別是檢測π尺的方法和裝置。
π尺是檢測外徑的專用工具，將π尺繞被測工件一周，即可直接讀出外徑值。π尺須經(jīng)過精度檢查方能出廠。過去，檢測小型π尺的精度，一般采用國家計量部門檢定的標準直徑圓在恒溫室中進行。由于每個標準圓只能檢測一個示值，檢測單位往往需要準備許多個標準圓，這些標準圓不僅加工困難，耗資大，保存維護都很困難，特別是φ500mm以上的直徑較大的標準圓，制造更困難，精度難于保證，它本身的檢測更難，影響了π尺的使用和推廣。
本發(fā)明的目的就是提供一種在常溫下檢測π尺精度的簡單方法和裝置。這種方法代替了標準檢測π尺精度的方法，在常溫下達到高精度檢測的目的。
本發(fā)明由于在長度上檢測直徑，不僅容易實現(xiàn)高精度，而且可把測量誤差縮小π倍反映給測量結(jié)果，精度高;其裝置，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，成本低，精度高。
下面，將借助于僅僅示意的附圖對本發(fā)明作進一步的說明圖1是本發(fā)明的一種檢測裝置具體結(jié)構(gòu)示意圖(檢測狀態(tài));
圖2是圖1的俯視圖;
圖3是π尺結(jié)構(gòu)示意圖;
圖4是標尺結(jié)構(gòu)示意圖;
圖5是確定標尺各段測量誤差的示意圖;
圖6是用標尺檢測π尺時，左端示意圖;π尺副尺、標尺主尺的第16條線紋正好對齊;
圖7是用標尺檢測π尺的狀態(tài)圖;
圖8是實施例中標尺示意圖;
圖9是用標尺檢測π尺右端示意圖，標尺的第80條線紋正與被測π尺740偏小方向的第二條線對齊。
圖中各序號的意義如下1、標尺儲盤2、立柱3、平臺4、標尺5、π尺6、標尺重錘7、微調(diào)卡頭8、π尺重錘9、π尺副尺段10、π尺主尺段11、標尺主尺段
12、標尺副尺段13、標尺、π尺第16條線紋對齊處14、740、16點應處位置參照附圖1～4，在專用檢測裝置上，將被測π尺〔5〕展開成直線狀態(tài)，與特制的展開成直線狀態(tài)的標尺〔4〕重疊在一起，進行比較，讀數(shù)方法采用π尺檢測工件的讀數(shù)方法(模擬在圓上檢測)，讀數(shù)結(jié)果與誤差允許值對照，檢測π尺〔5〕的精度，讀數(shù)超出允許誤差，π尺不合格，在允許誤差內(nèi)，π尺合格。本發(fā)明的要點是制造一種專用裝置，以檢測π尺的精度。這種裝置由纏繞標尺〔4〕的標尺儲盤〔1〕，牽引并可調(diào)整被測π尺〔5〕位置的微調(diào)卡頭〔7〕，鋪設標尺〔4〕和π尺〔5〕的平臺〔3〕;檢測π尺〔5〕精度的標尺〔4〕，支撐平臺〔3〕的立柱〔2〕，牽引標尺的模擬實測狀態(tài)測力的重錘〔6〕組成。這里作為尺寸基準的標尺〔4〕是相對基準，它由本發(fā)明單位設計并制造，由遼寧省標準計量局在標準溫度、標準拉力下檢定的，以其檢定結(jié)果為真價，作檢測π尺〔5〕的依據(jù)。標尺〔4〕與π尺〔5〕的厚度相同，寬處一致(標尺上沒有π尺上便于視讀的豁口)。標尺〔4〕主尺段〔11〕與π尺〔5〕主尺段〔10〕的刻度相同(0.50π)，標尺〔4〕的副尺段〔12〕與π尺〔5〕的副尺段〔9〕刻度相同(0.49π)，標尺〔4〕的主尺段〔11〕在左端，副尺段〔12〕在右端，π尺〔5〕的主尺段〔10〕在左端，副尺段〔9〕在右端(見圖3、圖4)。用標尺〔4〕檢測π尺〔5〕的讀數(shù)方法與用π尺檢測工件的讀數(shù)方法相同，均采用游標原理，讀數(shù)單位從粗到精分為“格數(shù)值”和“毫米直徑讀數(shù)值”(以下簡稱讀值)標尺主尺刻度每格為0.5π，副尺刻度每格為0.49π(如圖7所示)，比較時，主尺和副尺每格刻度差為0.01πmm，標尺上有一個副尺段〔12〕和若干個主尺段〔11〕，可用來檢測不同規(guī)格的π尺。標尺各主尺段〔11〕的第一條線紋到標尺副尺段的第一條線紋的直線距離隨被測π尺的不同規(guī)格而不同，其值在理論上為(D+δ)π，其中D為被測π尺〔5〕的最小徑值，δ為尺厚，檢測時，這段距離長度由國家標準部門(遼寧省標準局)檢定給出;標尺、π尺采用相同材料制成。檢測裝置上標尺的重錘〔6〕和被檢π尺的重錘〔8〕能產(chǎn)生一種牽引力，作為模擬圓檢測π尺精度的拉力。為了使檢測結(jié)果與實際一致，就必須使在用標尺〔4〕檢測π尺〔5〕時所產(chǎn)生的變形△2等于π尺檢測工件時產(chǎn)生的變形△1。即△2＝△1，為此進行下列計算用π尺測量工件時測力變形對讀數(shù)的影響為△1＝ (FoD)/(EAfπ) (1- 1/(eπf) )(此公式推導過程略)。其中各符號的意義為Fo-測力，使用π尺的規(guī)定測力為19.6牛頓;D-被測工件的直徑mm;E-π尺材料的彈性模量19.6×104牛/mm;A-π尺的截面積3mm2;f-摩擦系數(shù)0.15。將π尺〔5〕展成直線后，拉力對測量讀數(shù)的影響為△L＝ (FL)/(EA) (根據(jù)虎克定律)，其中L為所使用的π尺〔5〕長度，即L＝πD(D為直徑)，它對讀數(shù)的影響再縮小π倍，即△2＝ (△L)/(π) ＝ (FL)/(EAπ) ＝ (FπD)/(EAπ) ＝ (FD)/(EA) 根據(jù)△1＝△2(變形等效原理) (FD)/(EA) ＝ (19.6D)/(EAfπ) (1- 1/(eπf) )
∴F＝ (19.6(牛頓))/(πf) (1- 1/(eπf) )＝15.6(牛頓)取F＝15.6(牛頓)模擬圓法檢測π尺時，由于制造標尺的材料與π尺相同，標尺〔4〕和π尺〔5〕的尺厚相同，寬處相同，只是π尺在主副尺段略為凹入(如圖3)(π尺窄處為寬處2/3，凹入部分便于視值)。被測π尺〔5〕和標尺〔4〕受同樣的拉力，在同樣條件下使用，因此，標尺和π尺隨溫度的改變發(fā)生同樣變化，自動補償了溫度影響產(chǎn)生的形變，用模擬圓法檢測π尺也有隨機誤差，這里主要考慮標尺的測量誤差△3，被檢π尺尺厚的誤差△4，視差△5。標尺檢測精度的誤差隨π尺規(guī)格的增大而增加，采用均方根的辦法，該項誤差△3應為n △2g/π]]>，現(xiàn)假定每一段測量誤差最大值△g為0.03mm/200πmm(遼寧省標準局測長設備的精度)，350πm內(nèi)為L1(第一段)，350πm～500πmm為L2(第二段)，500πmm～700πmm為L3(第三段)，700πmm～900πmm為L4(第四段)……(以下類推)見圖5，n為段數(shù);尺厚的誤差△4，將以二倍的數(shù)值影響π尺的精度，尺厚誤差△4為0.005mm，則這項隨機誤差為0.01mm;在檢測π尺時會出現(xiàn)微小的視差△5，嚴重時可竄位兩條線紋，即在φ900以下的π尺，△5＝0.02mm，在φ900以上的π尺△5＝0.04mm，總的隨機誤差△總＝△23＋△24＋△25]]>下面以被測點為740.16mm(屬于700～900mm)為例來說明在模擬圓檢測π尺精度的一種裝置上，用模擬圓法檢測π尺的過程。
放開標尺儲料盤〔1〕，準備好φ700mm～900mm的標尺〔4〕，加上標尺牽引重錘〔6〕，然后將被檢π尺〔5〕固定在微調(diào)卡頭〔7〕上，水平地鋪在滑軌平臺〔3〕上面，覆在標尺〔4〕上，加上牽引重錘〔8〕。將π尺副尺段〔10〕的零點與標尺的主尺段〔11〕的第一條線紋對齊。首先調(diào)整微調(diào)卡頭〔7〕，使被測π尺〔5〕向右移動0.16πmm讀值的距離(如圖6)，即使π尺副尺段〔10〕的第16條線紋與標尺主尺段〔11〕上的第16條線〔13〕對齊，然后就可以根據(jù)事先計算好的理論值，允許誤差和國家標準部門給定的真值確定740.16點的示值精度了，計算過程如下1、計算740.16mm點到本π尺的副尺第一條線紋之間的距離L1′(理論值)，L1′＝(D+δ)π，其中D為被測點到副尺零點的距離即740.16，L1＝(740.16mm+0.25mm)π，δ為尺厚，L1′＝(740.16mm+0.25mm)π＝740.41(πmm)＝2326.067mm。L1′是一把準確的π尺從副尺第一條線紋到740.16處所應有的理論長度。
2、計算π尺的740.16處在標尺副尺上所應占有的長度L3′，以標尺在計量部門所測得的結(jié)果為真值，其長度為L2′＝2199.765mmL3′＝L1′-L2′＝2326.067mm-2199.765mm＝126.302mm3、計算被測點740.16處在標尺上所應占有的格數(shù)n標尺副尺段上每格間距為0.49π，所以n= (L2)/(0.49π) = 126.302/(0.49π) =82.0473格其中的第82格的整數(shù)部分可以很容易地從副尺段上查出，但其小數(shù)部分無法直接讀出，需要換成直徑的讀值，然后利用游標原理才能讀出來。
4、將0.0473格化為直徑讀數(shù)值，標尺副尺每格的讀值為0.49πmm，所以小數(shù)部分的讀值應為0.0473×0.49πmm＝-0.020πmm，負號表示在小于740方向的第二條線紋處〔14〕對齊，如圖8所示。
5、檢測π尺的實際精度上面的計算可確定檢驗π尺的740.16這一點的示值精度，其理論讀值應為標尺的第82條線處于π尺740讀值線的偏小方向0.02〔14〕處，即標尺的第80條線應與π尺主尺線對齊。
實際檢測時，就與這個標準值進行比較，再看比較結(jié)果是否超過允許誤差，規(guī)定φ700mm～900mm的π尺精度達到0.05mm，總隨機誤差
;〔其中△3為π尺測量誤差，它可由
公式求出，φ700mm～900mm規(guī)格的π尺段在標尺〔4〕上為第四段，n取4(見圖5)，△3=4×0.32/π=0.0189≈0.019]]>;△4為尺厚誤差0.01，△5為視差＝0.02〕代入各值，△總0.0192+0.012+0.022=0.00086≈0.029≈0.03]]>。這個隨機誤差是難以克服的，為了保證被測π尺的使用精度，就應從π尺的允許誤差中去掉總的隨機誤差，即△′＝0.05-0.03＝0.02，即檢測允許值為±0.02。
實際檢測時，就著最后確定的讀數(shù)在不在這個檢測允許值范圍之內(nèi)。如讀數(shù)恰好在740偏小方向第二格處，則這把π尺合格，如讀數(shù)在740偏大方向第三格處，則該值在±0.02范圍之內(nèi)，π尺也合格，如果讀數(shù)為偏小方向0.06，即比±0.02的檢測允許值小了0.04(πmm)，則該π尺不合格。同理，可檢測出任意π尺任意讀值的準確性。一把π尺一般檢測6個點，若全合格，這把π尺便合格，有一點不合格，該π尺即為不合格品。
權(quán)利要求
1.一種常溫下檢測π尺精度的方法，其特征在于a.將π尺[5]在長度方向上展開成直線，與一標尺[4]重疊比照，從標尺[4]上讀出數(shù)值，來檢測任意π尺任意示值的誤差；b.標尺[4]檢測π尺[5]的讀數(shù)方法采用π尺檢測工件的讀數(shù)方法；c.在檢測時，標尺[4]和被測π尺[5]各掛一個重錘[6]、[8]，保持與實際檢測時等效的拉力。
2.一種檢測π尺〔5〕的裝置，其特征在于它由纏繞標尺的標尺儲盤〔1〕、牽引并可調(diào)整被測π尺位置的微調(diào)卡頭〔7〕檢測π尺精度的標尺〔4〕、鋪設標尺、被測π尺的軌道平臺〔3〕、牽引標尺的重錘〔6〕和支撐滑軌平臺的立柱〔2〕組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求
2所述的裝置，其特征在于標尺〔4〕上有一個副尺段〔12〕和若干個主尺段〔11〕，標尺〔4〕主尺與π尺〔5〕主尺的刻度相同，標尺〔4〕的副尺與π尺〔5〕的副尺的刻度相同，標尺〔4〕的主尺段〔11〕位于標尺左側(cè)，副尺段〔12〕位于標尺的右側(cè)，標尺〔4〕各主段的第一條線紋到副尺段〔12〕的第一條線紋的距離為(D+δ)π。
4.根據(jù)權(quán)利要求
2或3所述的裝置，其特征在于標尺〔4〕與被測π尺〔5〕采用相同材料制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求
2或3所述的裝置，其特征在于牽引標尺〔4〕和被測π尺〔5〕的重錘〔6〕、〔8〕重15.6牛頓。
專利摘要
本發(fā)明提供了一種簡單易行的檢測π尺精度的方法和裝置——模擬圓檢測方法和裝置。本發(fā)明的特點是將被測π尺展開成直線狀態(tài)，與標尺重疊在一起進行比較，并模擬在圓上的讀數(shù)方法，檢測出π尺的任意示值，代替了標準圓檢測π尺精度的方法。在常溫下，達到高精度檢測的目的。模擬圓檢測π尺的裝置結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，成本低，精度高。
文檔編號G01B5/02GK86106636SQ86106636
公開日1987年4月29日 申請日期1986年9月22日
發(fā)明者于若愚, 李延增, 于洪珍, 關(guān)成義 申請人:沈陽市工具研究所導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan