一种面向锥面测量的角度规的制作方法

本实用新型为精密测量领域，具体指一种面向锥面测量的角度规。

背景技术：

孔的锥面是一种非常常见的结构，在加工、制造和装配领域往往需要测量锥面的各项参数，以满足各种技术要求，然而由于结构限制，锥面的倾斜角度通常难以测量，或者测量方法比较复杂，尤其是在高精密领域，很难得到精度较高的值。与此同时，现有的测量方法主要是基于人工测量，人工计算，缺少一种自动化测算方法。这种测量方式一方面增加了人工成本和时间成本，另一方面容易因为人为原因造成测量错误。

现已有一些角度规装置发明专利，其中大部分设计主要集中于机械结构，应用于一些专门场合。实用新型名称“角度规”(专利申请号：201220415913.6)专注于节省加工工件中大量的校表和分中时间，也提高了工件的加工质量；实用新型名称“用于检验钢板桩的角度规”(专利申请号：201320061193.2)用于检验钢板桩的角度；实用新型名称“活动式可调节角度规”(专利申请号：200920250784.8)采用了测量板位置可调的结构，实现了一规多用，专注于提高角度规的利用率，避免了角度规的堆积，避免了材料和场地的浪费；实用新型名称“一种混凝土试件垂直度角度规”(专利申请号：200820225405.5)专注于对混凝土试件相邻面间夹角测量；发明专利“带照明装置的角度规”(专利申请号：201210096952.9)专注于在昏暗的环境下读取角度规的刻度数据。然而，这些专利所涉及角度规均为纯人工测量装置，且难以用于高精度场合。

随着时代的发展和技术的进步，传统的测量方法已经不适用于现代化的智能制造领域，迫切需要一种，全自动，高精度的角度规装置来对锥面进行测量，从而提高测量精度和测量效率。

技术实现要素：

针对上述现有技术的不足，本实用新型提供了一种面向锥面测量的角度规，专门面向孔状工件的锥面部分测量，可以用于测算锥面倾斜角度，锥面宽度以及直线度，能够有效计算锥面的角度、宽度和直线度，实现全自动测算，并且具有很高的精度，从而减少人为因素造成的误差。

本实用新型采用如下技术方案：一种面向锥面测量的角度规，主要包括交叉气动测头、气动测头、电动测头、规体罩、丝杆、电机、过渡板、手柄、耐扭式电线固定头、直柄传感器、夹紧块、接近开关、感应器套和楔形块；其特征在于：耐扭式电线固定头连接手柄，手柄连接规体罩，所述手柄和规体罩内置空腔，手柄和规体罩的空腔联通，所述气动测头、电动测头、丝杆、电机、过渡板、直柄传感器、夹紧块、接近开关、感应器套和楔形块设置在手柄和规体罩内，规体罩下端设置连接角度规装置轴，角度规装置轴底部设有四个交叉气动测头，角度规装置轴尾端连接丝杆，丝杆上设有气动测头，气动测头上设有电动测头，丝杆顶端连接电机，所述丝杆中间连接有楔形块，楔形块一侧设有感应器套，感应器套连接接近开关，楔形块顶端放置直柄传感器，直柄传感器左右二侧设置有过渡板和夹紧块。

本实用新型所述交叉气动测头有四个，分别为交叉气动测头T₁、交叉气动测头T₂、交叉气动测头T₃、交叉气动测头T₄，位于角度规装置轴的底部，T₁和T₂位于同一高度，T₃和T₄位于同一高度，两者相距一定距离，用于测算角度规装置轴的偏转角，测算方法为：得到轴上半部分的偏心距，和轴下半部分的偏心距，两者相减，然后再利用三角函数关系求得偏转角。

本实用新型所述电动测头T₆平行于与竖直方向偏移45°的直线，气动测头T₅垂直于T₆方向，气动测头T₅设置在丝杆上，电机带动丝杆使得T₆沿轴线往返，T₅沿垂直轴线方向随着T₆往返。

本实用新型所述测量模块上方有一接触开关，上面套有感应器套，电机带动测头T₆返回时，当接近开关感应到测头上方的金属物体时，触发接近开关，发送I/O信号使电机停止。

本实用新型所述角度规里有一楔形块由丝杆带动，电机带动丝杆转动，同时带动楔形块移动，直柄位移传感器放置于楔形块上，从而使得传感器上下运动。

一种面向锥面测量的角度规的测量方法，其特征在于：

(1)测量时，将角度规竖直放置于孔中，并将气动测头T₅和电动测头T₆所在模块高度调整到锥面底部，启动该装置；

(2)根据交叉气动测头T₁、交叉气动测头T₂、交叉气动测头T₃、交叉气动测头T₄的位移反馈得到轴线到孔两侧的距离，从而计算得角度规装置轴线的偏 转角，然后电机带动电动测头T₆沿着竖直偏移45°方向从锥面底部向上攀升；

(3)与此同时，气动测头T₅沿着垂直于电动测头T₆的方向连续快速上下运动，从而记录下锥面上连续点的坐标位置，并利用这些数据对锥面的倾斜角度，宽度和直线度进行计算。

本实用新型所述锥面倾斜角度的测算方法为：

(1)电动测头T₆从锥面底部向上攀升，测头T₅随着T₆移动的同时沿自身轴线快速上下运动，T₆轴线方向设为x轴，T₅轴线方向设为y轴；

(2)根据位移传感器反馈数据可知锥面上连续点的坐标位置，将连续点在坐标轴上绘制，可得锥面形状曲线，对锥面上连续点运用最小二乘法拟合成一直线，得到直线的斜率，求得初步的斜面倾斜角；

(3)由于压应力等外部因素，所测锥面与相接壤锥面之间所绘图形为弧线，且弧线处点对测量结果影响极小，所以最小二乘法拟合时忽略弧线上的点，结合角度规轴线的偏转角可得斜面倾斜角。

本实用新型所述锥面宽度的测算方法为：

(1)找到所测锥面与相接壤锥面的分界线，在所绘坐标轴上即为所测锥面曲线与接壤锥面曲线之交点，两交点之间的距离即为锥面宽度，运用最小二乘法将所测锥面上连续点和两个接壤锥面上连续点分别拟合成三条直线；

(2)由于测头T₅为球状，且测头运动方向不垂直于锥面，所以会产生系统误差，即真实锥面位置在所绘锥面外部，需要进行修正，修正方法为，设直线斜率为k，测头半径为r，则直线沿y轴向上平移r/cos(tan^-1k)，修正后得到新的三条直线，并得到两个交点，两交点距离即为锥面宽度。

本实用新型所述锥面直线度的测算方法为：将所测锥面上连续点中y轴方向数值最大的两点相连，过y轴方向值最低的点作之前所连直线的平行线，两平行线之间在y轴方向上的距离即为所测直线度，所有测量数据反馈到客户端，客户端编写有计算程序进行统一计算，得出最终值。

本实用新型的优点是：专门面向孔状工件的锥面部分测量，可以用于测算锥面倾斜角度，锥面宽度以及直线度，能够有效计算锥面的角度、宽度和直线度，实现全自动测算，并且具有很高的精度，从而减少人为因素造成的误差。

附图说明

图1为本实用新型的面向锥面测量的角度规的主视剖视图。

图2为本实用新型的面相锥面测量的角度规的测算流程图。

在图中，1、2、3、4为交叉气动测头，5、气动测头，6为电动测头，7为规体罩，8为丝杆，9为电机，10为过渡板，11为手柄，12为耐扭式电线固定头，13为直柄传感器，14为夹紧块，15为接近开关，16为感应器套，17为楔形块。

具体实施方式

本实用新型提供了一种面向锥面测量的角度规，下面结合附图对本实用新型的实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易于被理解。

如图1所示，一种面向锥面测量的角度规，主要包括交叉气动测头(1-4)、气动测头5、电动测头6、规体罩7、丝杆8、电机9、过渡板10、手柄11、耐扭式电线固定头12、直柄传感器13、夹紧块14、接近开关15、感应器套16和楔形块17；其特征在于：耐扭式电线固定头12连接手柄11，手柄11连接规体罩7，所述手柄11和规体罩7内置空腔，手柄11和规体罩7的空腔联通，所述气动测头5、电动测头6、丝杆8、电机9、过渡板10、直柄传感器13、夹紧14块、接近开关15、感应器套16和楔形块17设置在手柄11和规体罩7内，规体罩7下端设置连接角度规装置轴，角度规装置轴底部设有四个交叉气动测头(1-4)，角度规装置轴尾端连接丝杆8，丝杆8上设有气动测头5，气动测头5上设有电动测头6，丝杆8顶端连接电机9，所述丝杆8中间连接有楔形块17，楔形块17一侧设有感应器套16，感应器套16连接接近开关15，楔形块17顶端放置直柄传感器13，直柄传感器13左右二侧设置有过渡板10和夹紧块14。

所示交叉气动测头(1、2、3、4)用于测量角度规装置轴线的偏转角，测量时，将角度规竖直放置于孔中，根据交叉气动测头(1、2、3、4)的位移反馈得到轴线到孔两侧的距离，从而计算得角度规装置轴线的偏转角。

气动测头5和电动测头6为测量主体部分，电机9带动丝杆8转动，使得测头6沿着竖直偏移45°方向从锥面底部向上攀升，与此同时，气动测头5沿着垂直于测头6的方向连续快速上下运动，楔形块17带动直柄传感器13沿着轴线移动，从而记录下锥面上连续点的坐标位置。

耐扭式电线固定头12用来固定和保护提供电源和传输信号的电线。接近开 关15和感应器套16用于停止电机，当接近开关上的感应器套感应到测头上方的金属物体时，触发接近开关，发送I/0信号使电机停止。过渡板10隔绝电力传输中的发热现象，接头和电线相连接，用于供电和传输数据。

如图1-2所示，下面以测量缸盖为例具体说明该角度规的测算方法：

(1)将角度规竖直放置于缸盖孔中，并将测头5和6所在模块高度调整到锥面底部，启动该装置，首先测量角度规装置轴线的偏转角，设测头1，2，3，4测得距离分别为T₁，T₂，T₃，T₄，得到轴上半部分的偏心距，得到轴下半部分的偏心距，两者相减得：

记T₁+T₄为P₁，T₂+T₃为P₂，则偏转角其中d为T₁和T₃所在水平面的距离。

(2)测头6从锥面底部向上攀升，测头5随着6移动的同时沿自身轴线快速上下运动，测头6轴线方向设为x轴，测头5轴线方向设为y轴，根据位移传感器反馈数据可知锥面上连续点的坐标位置，将连续点在坐标轴上绘制，可得锥面形状曲线，对锥面上连续点运用最小二乘法拟合成一直线，得到直线的斜率k，求得初步的斜面倾斜角β＝90°+tan^-1k，由于压应力等外部因素，所测锥面与相接壤锥面之间所绘图形为弧线，且弧线处点对测量结果影响极小，所以最小二乘法拟合时忽略弧线上的点，结合角度规轴线的偏转角可得斜面倾斜角为γ＝α+β。

(3)找到所测锥面与相接壤锥面的分界线，在所绘坐标轴上即为所测锥面曲线与接壤锥面曲线之交点，两交点之间的距离即为锥面宽度，运用最小二乘法将所测锥面上连续点和两个接壤锥面上连续点分别拟合成三条直线，由于测头5为球状，且测头运动方向不垂直于锥面，所以会产生系统误差，即真实锥面位置在所绘锥面外部，需要进行修正，修正方法为，设直线斜率为k，测头半径为r，则直线沿y轴向上平移r/cos(tan^-1k)，修正后得到新的三条直线，并得到两个交点，两交点距离即为锥面宽度a。

(4)将所测锥面上连续点中y轴方向数值最大的两点相连，过y轴方向值 最低的点作之前所连直线的平行线，两平行线之间在y轴方向上的距离即为所测直线度。

以上所述为本实用新型的较佳实施方式，并非对本实用新型作任何形式上的限制。需要说明的是，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本实用新型作出各种相应的改变和变形，但这些改变和变形都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。