唐大春 竇艷紅 于欣

摘要：針對(duì)傳統(tǒng)讀數(shù)卡規(guī)的種種問(wèn)題及尺寸測(cè)量過(guò)程所受到的多種限制，開發(fā)了一款杠桿式讀數(shù)卡規(guī)。介紹了這種裝備的結(jié)構(gòu)和原理，為機(jī)械制造業(yè)提供了一種新的檢測(cè)裝備。

關(guān)鍵詞：尺寸測(cè)量;傳感器;在線檢測(cè)

1? 傳統(tǒng)讀數(shù)卡規(guī)的問(wèn)題

尺寸測(cè)量可以歸為三種，即包容尺寸、被包容尺寸、特殊尺寸，讀數(shù)卡規(guī)就是被包容尺寸測(cè)量的一種專用工具，它在軸徑尺寸、厚度尺寸應(yīng)用廣泛，傳統(tǒng)讀數(shù)卡規(guī)主要是采用類似鉸接結(jié)構(gòu)，如圖1。

其特征在于：在本體上下測(cè)量爪是由兩個(gè)圓弧形成類似支點(diǎn)的彈性變形連接的，在測(cè)量時(shí)測(cè)量卡口大小變化直接傳遞給后端傳感器測(cè)頭，由于該種讀數(shù)卡規(guī)受自身結(jié)構(gòu)、材料、熱處理等因素影響，它的線性精度較好的測(cè)量范圍量程小，在0.08-0.1mm，另外它測(cè)量端與傳感器采集點(diǎn)不是1：1變化的（隨測(cè)量尺寸變化），它不能用百分表或千分表，只能用傳感器采集數(shù)值，然后用量?jī)x或工控機(jī)變比功能，將測(cè)量實(shí)際值1：1顯示出來(lái)。所以在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用非常不便。

2? 杠桿式讀數(shù)卡規(guī)

基于傳統(tǒng)讀數(shù)卡規(guī)所存在的問(wèn)題，我們開發(fā)了一款生產(chǎn)線上使用的杠桿式高效卡規(guī)（見圖2）。

這是一種軸類尺寸測(cè)量用讀數(shù)卡規(guī)，由本體1、下卡口2、楔塊3、楔塊螺釘4、金屬陶瓷工作口5、定位塊6、定位塊螺釘7、圓柱銷8、C型彈簧的掛銷9、杠桿銷10、測(cè)量口11、限位螺釘12、C型彈簧13、勾手14、勾手滑銷15、圓柱銷16表夾17、表夾緊固螺釘18、手柄緊固螺釘19、表20、測(cè)量塊21、夾表螺釘22、手柄23組成;

其特征在于：它采用了杠桿結(jié)構(gòu)，杠桿支撐點(diǎn)是固定不變的（即測(cè)量端和顯示端傳感器或表到杠桿支撐點(diǎn)是近似相等的定值）銷軸10，測(cè)量力大小是可以控制的，測(cè)量量程可以到1mm，比傳統(tǒng)讀數(shù)卡規(guī)量程大十倍以上，最主要的是它直接采用百分表或千分表，這為普及應(yīng)用奠定基礎(chǔ)，下面我就杠桿結(jié)構(gòu)讀數(shù)卡規(guī)從理論計(jì)算和實(shí)際應(yīng)用的理論值和實(shí)際測(cè)量值進(jìn)行對(duì)比分析它的測(cè)量線性精度，杠桿結(jié)構(gòu)讀數(shù)卡規(guī)，測(cè)量口以杠桿銷10為軸心，且測(cè)量口平面與杠桿銷10為軸心線共面、表測(cè)點(diǎn)采集面與杠桿銷10為軸心線共面，測(cè)量時(shí)下卡口與定位塊構(gòu)成90度定位面，構(gòu)成V型鐵結(jié)構(gòu)，被測(cè)產(chǎn)品定位其中，測(cè)量口隨著被測(cè)產(chǎn)品尺寸大小變化繞杠桿銷10軸心線擺動(dòng)，以40-41mm尺寸為例從理論闡述測(cè)量端尺寸變化和顯示端百分表或千分表之間誤差關(guān)系，按以上描述可以畫出圖3。

杠桿10中心到下卡口面的距離是40mm、到定位面的距離是30mm、到測(cè)量口與被測(cè)產(chǎn)品測(cè)點(diǎn)（切點(diǎn)）Hn（它是隨著尺寸變化值）、到表測(cè)點(diǎn)中心50.32mm，另外為了推導(dǎo)計(jì)算設(shè)定L：是測(cè)量工件中心到杠桿銷10的中心距離、（Ln任意尺寸）、r：是工件半徑（rn任意尺寸）、H測(cè)量點(diǎn)到杠桿銷中心距離，（Hn任意尺寸）、Δ：是表對(duì)應(yīng)不同工件尺寸的測(cè)量值，αn、（Ln與Hn夾角）βn（Ln與下卡口面夾角）和θn（杠桿與下卡口夾角）是推導(dǎo)過(guò)程角度，εn：是表測(cè)頭中心線到杠桿投影點(diǎn)與表測(cè)頭球面的距離，為了計(jì)算設(shè)定測(cè)量端在40mm尺寸時(shí)下卡口與測(cè)量口平行，即下卡口與杠桿平行。

以下是推導(dǎo)公式和被測(cè)量工件尺寸變化顯示端的對(duì)應(yīng)值的線性誤差如表1所示。

Ln2=（40-rn）2+（30+rn）2

SINαn=rn/Ln

SINβn=（40-rn）/Ln

Θn=αn-βn

εn=1.25/COS（Θn）-1.25

Δ=50.32×TANΘn-εn

3? 結(jié)論

從該表看按理論計(jì)算在測(cè)量40.49和40.50范圍的誤差值最大是小于0.0016mm，而在1mm范圍內(nèi)線性誤差是60nm。為了驗(yàn)證上述理論計(jì)算，做了Φ40mm、Φ40.2mm、Φ40.4mm、Φ40.6mm、Φ40.8mm、Φ41mm尺寸校準(zhǔn)件，用讀數(shù)卡規(guī)實(shí)際測(cè)量，在1mm范圍尺寸內(nèi)示值誤差0.002mm。這款卡規(guī)結(jié)構(gòu)緊湊、高效快捷，經(jīng)濟(jì)性好。適合推廣到線上使用。目前已經(jīng)申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利。

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