专利名称：高精度无上限特大圆柱螺纹中径测量装置及测量方法
技术领域：
本发明公开一种用于特大圆柱螺纹中径精密测量的装置及测量方法，属于长度测量的技术领域。
背景技术：
特大圆柱螺纹中径、尤其是其中内螺纹中径的精密测量长期困扰重型装备制造行业，常用的一种方法是梳齿法。该方法采用两个与被测螺纹牙型相吻合的梳齿状测头首先在一个标准装置上对零，然后测量被测螺纹中径。因为需要沿螺旋面寻找拐点，操作困难， 精度不易保证，而且，随着被测螺纹中径增大，测量装置尺寸和重量同步增大，装置变形严重，操作更加困难。
发明内容
针对现有测量方法存在的问题，本发明公开一种高精度、易操作、无测量上限的特大圆柱螺纹中径测量装置及测量方法。所述用于特大圆柱螺纹中径测量的装置包含一个跨接单元、一系列结构相同的非跨接单元、一个测量球与球之间距离的装置，以及可选的一个隔片和可选的一个隔球，其中，所述跨接单元包含一个跨接单元本体、两个位于跨接单元本体两端且同侧突出的跨接单元定位球体或部分球体，以及一个或两个位于跨接单元本体之上的内含跨接单元永久磁铁的跨接单元固定机构，使得跨接单元整体呈内空的拱形；所述每一个非跨接单元都包含一个非跨接单元本体、两个分别位于非跨接单元本体两端的非跨接单元定位球体或部分球体，以及两个位于非跨接单元本体之上的内含非跨接单元永久磁铁的非跨接单元固定机构；所述隔片上具有相互平行的两个平面，隔球则是一个两侧被去掉一部分的球体。所述特大圆柱螺纹中径测量方法之一采用所述不包括隔片或隔球的特大圆柱螺纹中径测量装置实现特大圆柱螺纹中径测量，具体步骤是第一步，如
图1所示，将跨接单元和一系列非跨接单元摆放在被测螺纹上，其中，在不改变跨接单元和其它被摆放在被测螺纹上的非跨接单元位置的前提下，部分或全部非跨接单元可以取出后重复摆放，重复摆放后的非跨接单元被看作为一个新的非跨接单元，而重复摆放前的非跨接单元被想象为仍然位于原处，非跨接单元的这种重复摆放可以重复进行，但所有非跨接单元重复摆放在被测螺纹上的位置不得与曾被摆放后又被取出的非跨接单元所处的被测螺纹上的位置重合， 重复摆放非跨接单元的目的是为了减少非跨接单元的数量。跨接单元摆放完成后需要通过跨接单元固定机构固定在被测螺纹上，非跨接单元每次摆放完成后都需要通过非跨接单元固定机构固定在被测螺纹上，第一步的操作需要满足①包括重复摆放的每一个非跨接单元的两个非跨接单元定位球体或部分球体位于自然延伸而非相邻的被测螺纹牙槽内并且与被测螺纹牙槽两侧面相切；②包括重复摆放的所有非跨接单元串联相接，形成一个非跨接单元串，其中相邻的非跨接单元的两个非跨接单元定位球体或部分球体相切；③跨接单元的两个跨接单元定位球体或部分球体分别位于被测螺纹的相邻牙槽内并且与被测螺纹牙槽两侧面相切，不难理解，为跨过相邻牙槽之间的牙顶，需要跨接单元整体呈内空的拱形；④跨接单元的一个跨接单元定位球体或部分球体与一个位于所述非跨接单元串末端的非跨接单元的与相邻非跨接单元的非跨接单元定位球体或部分球体不相切的非跨接单元定位球体或部分球体相切，跨接单元的另一个跨接单元定位球体或部分球体与另一个位于所述非跨接单元串末端的非跨接单元的与相邻非跨接单元的非跨接单元定位球体或部分球体不相切的非跨接单元定位球体或部分球体相邻，即它们之间可以沿牙槽直接连通而中间没有跨接单元(1)和非跨接单元(2 )，这种相邻通常有近和远两种方式，即，比较图1和图 2可知，它们之间的距离有近和远两种方式可供选择，若如此则选择其中之一，通常应选择近的方式；⑤相邻但非相切的跨接单元与非跨接单元之间的距离在测量球与球之间距离的装置的测量范围之内，这里相邻但非相切的跨接单元与非跨接单元之间的距离是指它们之间相邻的跨接单元定位球体或部分球体和非跨接单元定位球体或部分球体之间的间隙，或是它们之间的球心距，或是其它某种特定意义上的距离，称之为封闭尺寸；第二步，采用测量球与球之间距离的装置测出所述封闭尺寸；第三步，根据所测封闭尺寸、被测螺纹牙型及其参数，以及跨接单元的跨接单元定位球体或部分球体和包括重复摆放的每一个所被摆放的非跨接单元的非跨接单元定位球体或部分球体按它们在被测螺纹上被摆放的位置所形成的彼此之间的几何关系及其与被测螺纹之间的几何关系，求出被测螺纹中径。
例如，如图3和图4所示，对于牙型为对称梯形的圆柱外螺纹中径测量，若跨接单元定位球体或部分球体和每一个非跨接单元定位球体或部分球体的直径都相同，为 dm，而且，相邻但非相切的跨接单元定位球体或部分球体与位于非跨接单元串末端的非跨
接单元定位球体或部分球体之间采用近的相邻关系，则跨接单元定位球体或部分球体和每一个所非跨接单元定位球体或部分球体的球心都位于同一条圆柱螺旋线上，假定其形成圆柱半径为r、螺距为P，可以得出如下几何关系
权利要求
1.一种用于特大圆柱螺纹中径测量的装置，其特征在于，该装置包含一个跨接单元 (1)、一系列结构相同的非跨接单元(2)、一个测量球与球之间距离的装置(3)，以及可选的一个隔片(4)和可选的一个隔球(5)，其中，所述跨接单元(1)包含一个跨接单元本体(11)、 两个位于跨接单元本体(11)两端且同侧突出的跨接单元定位球体或部分球体(12)，以及一个或两个位于跨接单元本体(11)之上的内含跨接单元永久磁铁(131)的跨接单元固定机构(13 )，使得跨接单元(1)整体呈内空的拱形；所述每一个非跨接单元(2 )都包含一个非跨接单元本体(21)、两个分别位于非跨接单元本体(21)两端的非跨接单元定位球体或部分球体(22)，以及两个位于非跨接单元本体(21)之上的内含非跨接单元永久磁铁(231)的非跨接单元固定机构(23);所述隔片(4)上具有相互平行的两个平面(41)，隔球(5)则是一个两侧被去掉一部分的球体。
2.一种用于特大圆柱螺纹中径测量的方法，其特征在于，该方法采用一个跨接单元(1)、一系列结构相同的非跨接单元(2)、以及一个测量球与球之间距离的装置(3)进行测量，其中，所述跨接单元(1)包含一个跨接单元本体(11)、两个位于跨接单元本体(11)两端且同侧突出的跨接单元定位球体或部分球体(12)，以及一个或两个位于跨接单元本体 (11)之上的内含跨接单元永久磁铁(131)的跨接单元固定机构(13)，使得跨接单元(1)整体呈内空的拱形；所述每一个非跨接单元(2)都包含一个非跨接单元本体(21)、两个分别位于非跨接单元本体(21)两端的非跨接单元定位球体或部分球体(22)，以及两个位于非跨接单元本体(21)之上的内含非跨接单元永久磁铁(231)的非跨接单元固定机构(23)；测量的操作步骤是第一步，将跨接单元(1)和一系列非跨接单元(2)摆放在被测螺纹上，其中，在不改变跨接单元(1)和其它已经被摆放在被测螺纹上的非跨接单元(2)位置的前提下，部分或全部非跨接单元(2)可以取出后重复摆放，重复摆放后的非跨接单元(2)被看作为一个新的非跨接单元(2)，而重复摆放前的非跨接单元(2)被想象为仍然位于原处， 非跨接单元(2)的这种重复摆放可以重复进行，但所有非跨接单元(2)重复摆放在被测螺纹上的位置不得与曾被摆放后又被取出的非跨接单元(2)所处的被测螺纹上的位置重合， 跨接单元(1)摆放完成后需要通过跨接单元固定机构(13)固定在被测螺纹上，非跨接单元(2)每次摆放完成后都需要通过非跨接单元固定机构(23)固定在被测螺纹上，第一步的操作需要满足①包括重复摆放的每一个非跨接单元(2)的两个非跨接单元定位球体或部分球体(22)位于自然延伸而非相邻的被测螺纹牙槽内并且与被测螺纹牙槽两侧面相切；② 包括重复摆放的所有非跨接单元(2)串联相接，形成一个非跨接单元(2)串，其中相邻的非跨接单元(2)的两个非跨接单元定位球体或部分球体(22)相切；③跨接单元(1)的两个跨接单元定位球体或部分球体(12)分别位于被测螺纹的相邻牙槽内并且与被测螺纹牙槽两侧面相切；④跨接单元(1)的一个跨接单元定位球体或部分球体(12)与一个位于所述非跨接单元(2)串末端的非跨接单元(2)的与相邻非跨接单元(2)的非跨接单元定位球体或部分球体(22)不相切的非跨接单元定位球体或部分球体(22)相切，跨接单元(1)的另一个跨接单元定位球体或部分球体(12)与另一个位于所述非跨接单元(2)串末端的非跨接单元 (2)的与相邻非跨接单元(2)的非跨接单元定位球体或部分球体(22)不相切的非跨接单元定位球体或部分球体(22)相邻，即它们之间可以沿牙槽直接连通而中间没有跨接单元(1) 和非跨接单元(2)；⑤相邻但非相切的跨接单元(1)与非跨接单元(2)之间的距离在测量球与球之间距离的装置(3)的测量范围之内，这里相邻但非相切的跨接单元(1)与非跨接单元(2)之间的距离是指它们之间相邻的跨接单元定位球体或部分球体(12)和非跨接单元定位球体或部分球体(22)之间的间隙，或是它们之间的球心距，或是其它某种特定意义上的距离，称之为封闭尺寸；第二步，采用测量球与球之间距离的装置(3)测出所述封闭尺寸；第三步，根据所测封闭尺寸、被测螺纹牙型及其参数，以及跨接单元(1)的跨接单元定位球体或部分球体(12)和包括重复摆放的每一个所被摆放的非跨接单元(2)的非跨接单元定位球体或部分球体(22)按它们在被测螺纹上被摆放的位置所形成的彼此之间的几何关系及其与被测螺纹之间的几何关系，求出被测螺纹中径。
3. 一种用于特大圆柱内螺纹中径测量的方法，其特征在于，该方法采用一个跨接单元(1)、一系列结构相同的非跨接单元(2)、一个测量球与球之间距离的装置(3)，以及一个隔片(4)或一个隔球(5)进行测量，其中，所述跨接单元(1)包含一个跨接单元本体(11)、两个位于跨接单元本体(11)两端且同侧突出的跨接单元定位球体或部分球体(12)，以及一个或两个位于跨接单元本体(11)之上的内含跨接单元永久磁铁(131)的跨接单元固定机构 (13),使得跨接单元(1)整体呈内空的拱形；所述每一个非跨接单元(2)都包含一个非跨接单元本体(21)、两个分别位于非跨接单元本体(21)两端的非跨接单元定位球体或部分球体(22)，以及两个位于非跨接单元本体(21)之上的内含非跨接单元永久磁铁(231)的非跨接单元固定机构(23);所述隔片(4)上具有相互平行的两个平面(41)，隔球(5)则是一个两侧被去掉一部分的球体；测量的操作步骤是第一步，将跨接单元(1)和一系列非跨接单元(2)摆放在被测内螺纹上，并且，在不改变跨接单元(1)和其它已经被摆放在被测内螺纹上的非跨接单元(2)位置的前提下，部分或全部非跨接单元(2)需要取出后重复摆放，重复摆放后的非跨接单元(2)被看作为一个新的非跨接单元(2)，而重复摆放前的非跨接单元(2)被想象为仍然位于原处，非跨接单元(2)的这种重复摆放可以重复进行，但所有非跨接单元(2)重复摆放在被测内螺纹上的位置不得与曾被摆放后又被取出的非跨接单元(2)所处的被测内螺纹上的位置重合，同时，将隔片(4)或隔球(5)放置在跨接单元(1)的跨接单元定位球体或部分球体(12)和与之相邻的非被重复摆放的非跨接单元(2)的非跨接单元定位球体或部分球体 (22)之间，或两个相邻的非被重复摆放的非跨接单元(2)的两个非跨接单元定位球体或部分球体(22)之间，之后被取出，取出后的隔片(4)或隔球(5)不再使用但被想象为仍然位于原处，在上述操作过程中，第一个被取出重复摆放的非跨接单元(2)必须与隔片(4)或隔球 (5)相邻，而且，在取出该非跨接单元(2)之前，必须在不改变跨接单元(1)和其它被摆放在被测内螺纹上的非跨接单元(2)位置的前提下，首先取出隔片(4)或隔球(5)，跨接单元(1) 摆放完成后需要通过跨接单元固定机构(13)固定在被测内螺纹上，非跨接单元(2)每次摆放完成后都需要通过非跨接单元固定机构(23)固定在被测内螺纹上，第一步的操作需要满足①包括重复摆放的每一个非跨接单元(2)的两个非跨接单元定位球体或部分球体(22) 位于自然延伸而非相邻的被测内螺纹牙槽内并且与被测内螺纹牙槽两侧面相切；②包括重复摆放的所有非跨接单元(2)串联相接，形成一个非跨接单元(2)串，其中相邻的非跨接单元(2)的两个非跨接单元定位球体或部分球体(22)之间若没有隔片(4)或隔球(5)，则它们相切；若有隔片(4)或隔球(5)，则它们分别与隔片(4)的两个平行平面(41)或隔球(5) 的球面部分相切，同时，若使用隔球(5)而不是隔片(4)，则隔球(5)的球面部分需要与被测内螺纹牙槽两侧面相切；③跨接单元(1)的两个跨接单元定位球体或部分球体(12)分别位于被测内螺纹的相邻牙槽内并且与被测内螺纹牙槽两侧面相切；④跨接单元(1)的一个跨接单元定位球体或部分球体(12)与位于所述非跨接单元(2)串一个末端的非跨接单元(2) 的与相邻非跨接单元(2)的非跨接单元定位球体或部分球体(22)不相切的非跨接单元定位球体或部分球体(22)之间若没有隔片(4)或隔球(5)，则它们相切；若有隔片(4)或隔球 (5)，则它们分别与隔片(4)的两个平行平面(41)或隔球(5)的球面部分相切，同时，若使用隔球(5)而不是隔片(4)，则隔球(5)的球面部分需要与被测内螺纹牙槽两侧面相切，跨接单元(1)的另一个跨接单元定位球体或部分球体(12)与位于所述非跨接单元(2)串另一个末端的非跨接单元(2)的与相邻非跨接单元(2)的非跨接单元定位球体或部分球体(22)不相切的非跨接单元定位球体或部分球体(22)相邻，即它们之间在没有隔片(4)或隔球(5) 存在的情况下可以沿牙槽直接连通而中间没有跨接单元(1)和非跨接单元(2)，同时，第一步操作中应避免隔片(4)或隔球(5)在它们之间；⑤相邻但非相切的跨接单元(1)与非跨接单元(2)之间的距离在测量球与球之间距离的装置(3)的测量范围之内，这里相邻但非相切的跨接单元(1)与非跨接单元(2)之间的距离是指它们之间相邻的跨接单元定位球体或部分球体(12)和非跨接单元定位球体或部分球体(22)之间的间隙，或是它们之间的球心距，或是其它某种特定意义上的距离，称之为封闭尺寸；第二步，采用测量球与球之间距离的装置(3)测出所述封闭尺寸；第三步，根据所测封闭尺寸、被测内螺纹牙型及其参数，以及跨接单元(1)的跨接单元定位球体或部分球体(12)、包括重复摆放的每一个所被摆放的非跨接单元(2)的非跨接单元定位球体或部分球体(22)和隔片(4)或隔球(5)按它们在被测内螺纹上被摆放的位置所形成的彼此之间的几何关系及其与被测内螺纹之间的几何关系，求出被测内螺纹中径。
全文摘要
本发明公开了一种特大圆柱螺纹中径测量装置及测量方法，装置包含一个跨接单元、一系列结构相同的非跨接单元、一个测量球与球之间距离的装置，以及可选的一个隔片或可选的一个隔球，测量特大圆柱螺纹中径时将若干非跨接单元(必要时包括隔片或隔球)沿被测螺纹牙槽串联相接围成一个接近一圈的非跨接单元串，而跨接单元一端与位于该非跨接单元串末端的其中一个非跨接单元相接，跨接单元的另一端则跨过被测螺纹牙顶与位于该非跨接单元串末端的另一个非跨接单元相邻，通过测量球与球之间距离的装置测出跨接单元和与之相邻的非跨接单元之间的距离，根据几何关系就可以求出被测螺纹中径。本发明具有精度高、易操作、成本低和无测量上限等特点。
文档编号G01B5/12GK102278931SQ20101058149
公开日2011年12月14日 申请日期2010年12月10日 优先权日2010年12月10日
发明者李彬 申请人:东南大学
专业数控铣床产品供应商
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