自定心测量装置及测量机的制作方法

1.本发明涉及测量技术领域，具体是一种实现自定心测量小直径孔粗糙度的自定心测量装置及测量机。


背景技术：

2.随着现代工业的发展和人们对产品性能及质量要求的日益提高，对工件的检测已经不再局限于传统的形位公差，而对工件表面加工质量有着越来越高的控制要求，因为这直接影响着工件之间的密封性、润滑性和耐磨性等等。在目前的一些机械加工行业中，有很多小直径孔（比如
¢
5mm
‑¢
9mm）都需要测量其表面粗糙度，特别是对于发动机领域的缸盖喷油嘴孔和导管孔，其表面的粗糙度直接影响着车辆的燃油经济性和耐用性，因此控制其表面加工质量至关重要。
3.目前测量小直径孔的粗糙度，主要通过两种方式，即人工测量和定制标准检测工装。人工测量是人工手持粗糙度测量装置进行测量，粗糙度测量装置包括粗糙度测针和驱动粗糙度测针运动进行粗糙度测量的驱动机构，人工测量主观因素大，无法保证再现性和重复性，效率低，且难以伸入直径
¢5‑¢
9的小孔中进行测量；定制检测工装，需要大量成本投入，而且工件型号一旦更换，则无法使用，造成资源的浪费。而现有集成在测量机上的粗糙度测量装置，虽然可以实现重复性、在线性和柔性测量等，但是对于直径
¢5‑¢
9的小孔仍然无法测量。


技术实现要素：

4.本发明提供一种自定心测量装置及测量机，可实现小直径孔粗糙度的自定心测量，提高工件的检测效率，进而有利于提高加工质量。
5.为达到上述技术效果，本发明所提出的自定心测量装置采用的技术方案是，一种自定心测量装置，包括：自定心部件，所述自定心部件前端形成有锥形定心部，后端为连接端；所述锥形定心部的各径向截面轮廓所在圆的直径由前至后逐渐增大，且各径向截面轮廓所在圆的最低点均位于同一水平线a上，所述锥形定心部的各径向截面轮廓所在圆的圆心均位于同一直线b上；所述自定心部件通过所述连接端与所述驱动机构连接为一体。
6.测量组件，所述测量组件包括测针和用于驱动所述测针运动以进行粗糙度测量的驱动机构，所述测针的轴线平行于所述径向截面轮廓所在圆的径向，所述测针的顶端不高于所述锥形定心部的最小径向截面轮廓所在圆的最高点，且所述测针的测量端不低于所述锥形定心部的最小径向截面轮廓所在圆的最低点，测量时，所述测针位于所述锥形定心部的前侧，且其测量端位于所述水平线a上。
7.所述自定心部件具有贯通部，所述贯通部沿所述自定心部件的轴向设置且贯通所述自定心部件前后两端，所述测量组件还包括测针杆，所述测针杆穿设于所述贯通部内，所
述测针杆的后端连接于所述驱动机构，所述测针安装在所述测针杆的前端上，所述驱动机构驱动所述测针杆运动进而带动所述测针运动。
8.所述自定心部件的轴线垂直于各所述径向截面轮廓所在圆的径向，且所述锥形定心部的最大径向截面轮廓所在圆的圆心位于所述自定心部件的轴线上。
9.所述锥形定心部的最大径向截面轮廓所在圆与其最小径向截面所在圆之间的距离为4-6mm。
10.所述锥形定心部的最大径向截面轮廓所在圆的直径为10-12mm，最小径向截面所在圆的直径为4-5mm。
11.所述自定心部件具有平面部，所述平面部为水平面，其位于所述锥形定心部的各径向截面轮廓所在圆最低点所在侧，并沿所述自定心部件的前端延伸至其后端，所述贯通部贯穿所述平面部。
12.所述平面部上设有支撑柱，所述支撑柱的轴线垂直于所述平面部，所述支撑柱一端连接于所述平面部，另一端为自由端，所述自由端的端面为水平面，且与所述水平线a位于同一水平面上。
13.所述支撑柱位于所述平面部的前端处。
14.所述自定心部件通过所述连接端与所述驱动机构连接为一体。
15.本发明还提出了一种测量机，包括测头，所述测头上安装有上述的自定心测量装置。
16.与现有技术相比，本发明具有以下优点和积极效果：1、本发明自定心测量装置，包括自定心部件和测量组件，自定心部件前端形成有锥形定心部，测量时测针伸入待测孔内测量且通过锥形定心部的不同直径径向截面轮廓与待测孔相切来实现自定心，通过合理设置锥形定心部最大径向轮廓截面所在圆的直径和最小径向截面轮廓所在圆的直径，使其可以满足小直径孔粗糙度的自定心测量，提高了工件的检测效率，更好地保证了加工质量；2、锥形定心部的各径向截面轮廓所在圆的最低点均位于同一水平线a上，各径向截面轮廓所在圆的圆心均位于同一直线b上，使得锥形定心部为一偏心锥形，所有径向截面轮廓所在圆的最低点都在同一基准上，测量时测针测量端也位于水平线a上，则测量不同直径的孔粗糙度时，当锥形定心部实现自定心时，测针的测量端即接触到了待测孔壁，无需根据孔的大小调整测针的高度使其测量端接触待测孔壁，实现不同直径小孔粗糙度测量时的自定心，进一步提高了工件的检测效率。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1为本发明实施例中自定心测量装置的立体图；图2为图1的a向视图（省略驱动机构）；图3为本发明实施例中自定心部件的立体图；
图4为本发明实施例中自定心部件的锥形定心部在坐标系中的几何位置关系示意图。
19.附图标记：100-自定心部件；110-锥形定心部；120-贯通部；130-平面部；140-支撑柱；141-自由端；150-连接端；200-测量组件；210-测针；211-顶端；212-测量端；220-驱动机构；230-测针杆。
具体实施方式
20.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
21.此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
22.参照图1至图4，本实施例一种自定心测量装置，包括自定心部件100和测量组件200。
23.其中，自定心部件100具体呈杆状，其前端形成有锥形定心部110，后端为连接端150，自定心部件100通过连接端150与下述的驱动机构220连接为一体，连接端150类似为法兰结构，通过螺钉紧固在驱动机构220的壳体上。如图1、图3和图4所示，锥形定心部110的各径向截面轮廓所在圆的直径（如图4中所示的圆c1、c2、c3的直径d、dx、d）由前至后逐渐增大，且各径向截面轮廓所在圆的最低点（如图4中所示的圆c1、c2、c3的最低点a1、a2、a3）均位于同一水平线a上，即各径向截面轮廓所在圆的最低点平齐；同时，锥形定心部110的各径向截面轮廓所在圆的圆心（如图4中所示的圆c1、c2、c3的圆心o1、o2、o3）均位于同一直线b上。
24.如图1和图2，测量组件200包括测针210和用于驱动测针210运动以进行粗糙度测量的驱动机构220，测针210为现有粗糙度测针，驱动机构220的结构同现有技术中粗糙度测量装置中驱动机构的结构，通常为蜗轮蜗杆机构，驱动机构220的结构及测针210的测量原理同现有技术，在此不再赘述。。本实施例中，测针210的轴线平行于锥形定心部110的各径向截面轮廓所在圆的径向，也即平行于各径向截面轮廓所在圆平面；同时，测针210的顶端211不高于锥形定心部110的最小径向截面轮廓所在圆（即圆c1）的最高点b1，且测针210的测量端212不低于110的最小径向截面轮廓所在圆（即圆c1）的最低点a1，测量时，测针210位于锥形定心部110的前侧，且其测量端212位于水平线a上。
25.具体地，如图4所示，以最小径向截面轮廓所在圆c1的直径为d，最大径向截面轮廓所在圆c3的直径为d，两圆距离为l，以最小径向截面轮廓所在圆c1的圆心o1为设计原点，以过圆心o1且水平向前的方向为x正方向，以过圆心o1且竖直向上方向为y正方向，则可建立如图4所示坐标系，则锥形定心部110的各径向截面轮廓所在圆的圆心连线所在的直线方程为y=[(d-d)/2l]x，锥形定心部110的各径向截面轮廓所在圆的最高点连线所在的直线方程为y=[(d-d)/l]x，即锥形定心部110的各径向截面轮廓所在圆的最高点连线的斜率(d-d)/l为锥形定心部110的各径向截面轮廓所在圆的圆心连线斜率(d-d)/2l的两倍。测量时，采用自定心原理，根据待测孔的直径，锥形定心部110会自动与待测孔孔口相切；当测量直径为
dx的圆（如图4中所示的圆c2对应的待测孔）时，锥形定心部110的δx处会与待测孔的孔口圆接触，此时δx=[(2dx-d)/2(d-d)]l。
[0026]
本实施例自定心测量装置，其自定心部件100前端形成有锥形定心部110，测量时测针210伸入待测孔内测量且通过锥形定心部110的不同直径径向截面轮廓与待测孔孔口相切来实现自定心，通过合理设置锥形定心部100最大径向轮廓截面所在圆（即圆c3）的直径和最小径向截面轮廓所在圆（（即圆c1））的直径，使其可以满足小直径孔粗糙度的自定心测量，提高了工件的检测效率，更好地保证了加工质量；锥形定心部110的各径向截面轮廓所在圆的最低点（以图4中所示的圆c1、c2、c3的最低点a1、a2、a3为例）均位于同一水平线a上，各径向截面轮廓所在圆的圆心（以图4中所示的圆c1、c2、c3的圆心o1、o2、o3为例）均位于同一直线b上，使得锥形定心部110为一偏心锥形，所有径向截面轮廓所在圆的最低点都在同一基准上，测量时测针测量端212也位于水平线a上，则测量不同直径孔的粗糙度时，当锥形定心部110实现自定心时，测针的测量端212即接触到了待测孔壁，无需根据孔的大小调整测针210的高度使其测量端212接触待测孔壁，进一步提高了工件的检测效率。
[0027]
由于测针210测量孔粗糙度时，需要先将测针210沿与待测孔轴线平行的方向伸入孔内，然后使测针210向与待测孔孔壁方向移动使其测量端212接触并对待测孔孔壁产生一定压力，测针210的上述运动由驱动机构220驱动，驱动机构220的结构同现有技术，在此不再赘述。为便于测针210在待测孔内的运动，本实施例中，自定心部件100具有贯通部120，贯通部120沿自定心部件100的轴向设置且贯通自定心部件120前后两端，测量组件200还包括测针杆230，测针杆230穿设于贯通部120内，测针杆230的后端连接于驱动机构220的动力输出端，测针210安装在测针杆230的前端上，驱动机构220驱动测针杆230运动进而带动测针210运动。通过设置贯通部120，并将测针杆230穿设于贯通部120内，由测针杆230连接测针210和驱动机构220，以便通过测针杆230将测针210深入到待测孔内，解决了现有技术手持测量仪器无法伸入深孔的难题，贯通部120可用于避让和容置测针杆230。
[0028]
进一步地，自定心部件100的轴线c垂直于各径向截面轮廓所在圆的径向，即垂直于各径向截面轮廓所在圆平面，相应地沿自定心部件100的轴向设置的贯通部120也垂直于各径向截面轮廓所在圆平面；同时，本实施例中锥形定心部110的最大径向截面轮廓所在圆c3的圆心o3位于自定心部件100的轴线c上，以便于加工和定心。
[0029]
如图4所示，锥形定心部110的最大径向截面轮廓所在圆c3与其最小径向截面所在圆c1之间的距离l为4-6mm。l值较小时，c3与c1距离近，锥形定心部110不易加工；若l值较大，测孔时锥形定心部110伸入孔内的部分长度大，相应地，有效测量长度减小，影响孔的测量范围。
[0030]
进一步地，锥形定心部110的最大径向截面轮廓所在圆c3的直径d为10-12mm，最小径向截面所在圆c1的直径d为4-5mm，从而使得本实施例自定心测量装置能够测量
¢
4mm
‑¢
12mm的中小直径孔。
[0031]
如图2至图4所示，本实施例中自定心部件100还具有平面部130，平面部130为水平面，其位于锥形定心部110的各径向截面轮廓所在圆最低点所在侧，并沿自定心部件100的前端延伸至其后端，贯通部120贯穿平面部130，即贯通部120不仅沿自定心部件100的轴向贯穿自定心部件100，同时沿自定心部件100的径向向自定心部件120轴向一侧贯穿自定心部件120。则当测针210在驱动机构220驱动和测针杆230的带动下水平伸出到位后，驱动机
构220会继续驱动测针杆230的前端向下转动微小角度，进而带动测针210下落压紧待测孔壁，通过设置平面部130且贯通部120贯穿平面部130，则无需使贯通部130内径较大即可避让测针杆230的转动，则有利于减小自定心部件100的直径，进而便于测量细长的凹面孔。
[0032]
进一步的，如图2至图4所示，平面部130上设有支撑柱140，支撑柱140的轴线垂直于平面部130，支撑柱140一端连接于平面部130，另一端为自由端141，自由端141的端面为水平面，且与水平线a位于同一水平面上。支撑柱140为支撑结构，具体为m3外螺柱，与水平线a位于同一水平面上，即与锥形定心部110最低面在同一参考水平位置上。则本实施例自定心测量装置还可以测量面或大直径孔（直径大于锥形定心部110的最大径向截面轮廓所在圆c3的直径）的粗糙度，此时，锥形定心部110无法起到自定心作用，而是由支撑柱140支撑在待测面上，起支撑和定位作用，然后测针210在驱动机构220带动下进行测量，即本实施例自定心测量装置不仅可实现小直径孔的自定心测量，还可以测量面或大直径孔，测量范围大，使用灵活。
[0033]
进一步低，支撑柱140位于平面部130的前端处，靠近锥形定心部110。
[0034]
本实施例还提出了一种测量机，包括测头，测头安装在测量机z轴上，测头上安装由有自定心测量装置，自定心测量装置具体参见本发明自定心测量装置的实施例及附图1至图4的描述，在此不再赘述，自定心测量装置与测量机配合实现小直径孔粗糙度的自定心自动化测量。
[0035]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。