一种冲压件成形后的圆弧参数的测量装置的制作方法

本实用新型涉及一种对冲压件在成形中产生形变的圆弧参数测量装置，属于冲压工艺检测设备技术领域。

背景技术：

在冲压加工过程中，需要对冲压成形工件的形变和厚度进行测量，以评价冲压工件的状态是否符合设计要求。本发明专利只涉及测量冲压网格成形后的几何变形量，不涉及具体的应变分析。

冲压成形性能分析需要分析厚度变化，以判断是否过度变薄，分析成形的安全裕度，这些分析都需要用专业的测量工具。目前，现有冲压件厚度（和变薄率）的测量典型方法是使用常规工具直接测量和采用超声波厚度测量仪进行测量。

常规工具直接测量：常用的游标卡尺只能测平板厚度，千分尺厚度规在简单情况下能测曲面处的厚度，但往往因测量爪无法深入到测量点，如不便直接测量大型覆盖件任一点的厚度；有时会将零件剖开后才能测量，非常不经济，也不方便。

超声波厚度测量仪测量：超声波厚度测量仪只能测量小曲率面处的厚度；大曲率处的测量误差很大。

在许多情况下是不能直接测到产品厚度和材料变薄率的，需要使用成形网格应变分析方法。这种方法是先在平的板料毛坯上腐蚀或印制圆形单元格，经过变形的网格会近似变为椭圆，通过测量椭圆长短轴的长度，和原始网格直径比对可计算单元网格的主、次应变，经过塑性变形的体积不变原理，由主、次应变可以计算出厚度方向的应变及材料厚度的变薄率。

一般的冲压成形网格分析方法的采取以下步骤进行。

首先，在冲压毛坯上印制或腐蚀出圆形网格组，圆的直径为l0（也可以圆心距定义l0）；其次，完成冲压成形；然后，冲压成形后圆形网格变为不同类型的椭圆，其长短轴分别为lf1和lf2；接着，用测量仪器测量出各个椭圆lf1和lf2，最后，分别计算椭圆长轴、短轴方向的工程应变e1和e2，其中e=（lf-l0）/l0*100%.工程应变转换成真实应变ε=ln(1+e)，得到平面应变状态下的主、次应变，第3次应变ε3=-ε1-ε2，再计算出厚度变薄率。

为研究冲压成形，测量冲压产品翻边（压弯）处的圆角r大小，或某些产品的圆弧面半径的测量也是经常遇到的工程需求。

现有的冲压件成形网格应变分析中用到的测量方法及其不足点（主要是测弧长）如下：

（1）软尺测量冲压件网格单元的主次应变轴的弧长。

软尺主要用于弧长的测量，由于软尺的测量精度不高，只能将多个网格综合成大单元格测量，计算大单元格的平均变形率，该方法可用于补测数据，但分析精度将较低。软尺不能测量弧半径及弦长。

（2）用工业照相及分析系统来测量长度以计算冲压件网格成形的应变、厚度及变薄率。

用工业照相来测量网格的变形量（如网格成形分析仪），由于是平面投影照相，是将网格单元的主次应变轴的弧长按照相镜头方向投影后测量的，对于大曲率或角度有大变化的翻边（或压弯），被测的网格会有异变，其椭圆网格的主、次轴弧长测量值的失真度很大，会将实际的空间弧长投影线性长度，测量结果值低于实际的弧长，因而产生奇异点。另外由于印制在冲压件上的网格，有的网格在第一道成形时，或经多次成形后就变得模糊，工业照相无法识别。故工业照相测量网格变形量的方法，往往仅限于第一道冲压工序（如拉延）的小区率产品，需要多次成形的产品，就无法通过工业照相得到冲压网格变形值的测量了，因而最终应变及变薄率等参数就无法完整全序分析了。另外，用腐蚀法做出的网格相邻圆并不相切，应变长短轴不是在单元网格圆上测得，而是近似计算相邻四点网格圆心距来计算应变长短轴的长度，实际的冲压变形应变主次轴向不会和相邻四点网格圆心单元一致。这样也带来了计算误差

（3）三坐标光学扫描测量仪。

三坐标光学扫描测量仪测量时往往需要在被测试件上喷涂显像剂，冲压件上印制的网格就会被覆盖看不清，难以测量。目前有一种蓝光检测仪不用涂显像剂，其测量方法是点比对，也测量不了网格长短轴。

综上所述，目前对于成形后的冲压件网格变形后的圆弧参数的测量方法繁琐，测量结果不准确，不能满足生产的需要，针对以上的工程需求和相应问题，本实用新型旨在为测量冲压网格成形分析中计算主、次应变、厚度方向应变、厚度及变薄率等计算所需的弧长提供计算原理和方法,也为工程常规弧长、弧半径及弦长的同步综合测量提供原理方法。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种冲压件成形后的圆弧参数的测量装置，这种测量装置能够同时精准地测量出被测圆弧的弧长、弧半径及弦长等参数，为计算主、次应变、厚度方向应变、厚度及变薄率提供准确数据，以便能够对冲压成形结果进行分析评定，为常规的圆弧几何要素工程测量增添测量装置及方法。

解决上述技术问题的技术方案是：

一种冲压件成形后的圆弧参数的测量装置，它包括测量框架、千分尺测量头、千分尺测量头夹紧块，测量框架为三坐标扇形框架，三个千分尺测量头分别用千分尺测量头夹紧块固定在测量框架的两个正交轴线及轴线平分角平轴线上，三个千分尺测量头的前端触点交汇于测量框架的两个正交轴线及轴线平分角平轴线的交点处，三个千分尺测量头的前端触点分别与被测量冲压件的圆弧两端点及圆弧中间点相接触。

上述冲压件成形后的圆弧参数的测量装置，所述千分尺测量头夹紧块的一侧有连接轴，连接轴为方轴，测量框架上有方形的安装孔，千分尺测量头夹紧块的方轴与测量框架的方形安装孔配合固定连接。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型采用测量框架将三个千分尺测量头组成立体测量装置，可以一次性地完成建立坐标系和进行测量的任务，可以对圆弧的测量点进行坐标定位，进而计算出圆弧的弦长、半径、圆弧扇形角及圆弧长度。

本实用新型是冲压件工艺检测设备的首创，解决了机械加工中圆弧测量的难题，其它相关测量设备无法测量或测量精度不高的情况下，能够同时精准地测量出被测圆弧的弧长、弧半径及弦长等参数，为计算主、次应变、厚度方向应变、厚度及变薄率提供准确数据，以便能够对冲压成形结果进行分析评定。本实用新型不限于冲压件圆弧的测量，可以用于其它机械零件的圆弧测量，为常规的圆弧几何要素工程测量增添了非常实用的测量装置。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是图1的侧视图；

图3是测量框架的结构示意图。

图中标记如下：图中标记如下：测量框架1、千分尺测量头2、快换测量头3、千分尺测量头夹紧块4。

具体实施方式

本实用新型的圆弧参数测量装置由测量框架1、千分尺测量头2、快换测量头3、千分尺测量头夹紧块4组成。

图1、2、3显示，测量框架1为扇形整体结构（8mm厚铝板），三个千分尺测量头2分别加紧在千分尺测量头夹紧块4上，然后2、4组合单元块配入框架1中，三个千分尺测量头2的前端触点交汇于测量框架1的x轴、y轴及45度平分线的交点处，该交点处即为测量框架1的直角坐标系原点o，三个快换测量头3的前端触点用于对被测量冲压件的圆弧进行测量，测量范围可以大于冲压件圆弧的半径长度。

千分尺测量头2可以采用数显千分尺，采用快速定位安装结构和螺纹加紧结构快速加紧头。采用标准的快换测量头3，便于测量头磨损后的快速更换。

图1、2显示，千分尺测量头夹紧块4及测量框架1的对应安装方孔采用线切割配合加工，安装后可以保证千分尺测量头2的轴线在同一平面，并分别沿设定的3个轴向移动，能两两聚交于测量体系的原点，作为千分尺读数归零操作。

图1、2显示，三个千分尺测量头2的前端触点在测量时需要向后移动，测量头先对准圆弧的2个端点a和b，然后将中间的测头接触圆弧的c点，读取千分尺测量值，即可得到圆弧段上的3点坐标值，再根据计算即可得到该圆弧段的所有信息--弧长、弦长、半径及圆心。

本实用新型的一个实施例如下：

测量框架1为近似扇形，采用材质为铝板，厚8mm，最大半径145mm，采用线切割镂空结构，安装方孔尺寸为16x8mm。

3个千分尺测量头夹紧块4为45号钢材质，采用线切割加工，配入测量框架1安装孔的方轴尺寸是16x8mm，其上带有千分尺测量头2的加紧孔和螺纹锁紧孔。这种方式保证3个千分尺测量头的中心轴线在同一平面，并和测量系统的3个轴线重合。

图1显示，本实用新型对冲压件成形后的圆弧截面进行测量时，步骤如下：

a.千分尺测量头2两两相交，使读数归零；向背离原点的方向退移；

b.将千分尺测量头2的平面同被测圆弧所在的平面吻合，把y向、x向的千分尺测量头2调整到与圆弧端a、c点吻合（y向、x向的读数越相近越有利测量结果），将中间千分尺测量头2调整到碰到制件的b点，这时三个千分尺测量头2前端延长线的交汇点即为测量原点o点，三个千分尺测量头2与冲压件圆弧的接触点分别为a点、b点、c点，3个千分尺测量头2显示的数值分别为冲压件圆弧两端与测量原点o的距离；

c.分别记录下上述三个测量数值，确定出圆弧上三点在以o为原点的直角坐标系中的坐标，通过这三点计算圆弧的弦长、半径、圆弧扇形角及圆弧长度。

步骤c所述的计算方法如下：

a点、b点、c点分别在三条直线上，三条直线在分别为以o为原点的直角坐标系中，c点距离原点的距离为lm，坐标值分别为a（0,ly）、b(lx,0)、c(lm*sin45,lm*sin45)，下面分别求解圆弧的弦长l_chord、半径r0、圆弧扇形角angle-sec及圆弧长度

令：y1=lyx2=lxx3=y3=lm*sin45°

a=-y1*(x2-x3)+x2*y3

b=(y1*y1)*(y3)+(x2*x2)*(y1-y3)+(x3*x3+y3*y3)*(-y1)

c=(y1*y1)*(x2-x3)+(x2*x2)*x3-(x3*x3+y3*y3)*x2

d=(y1*y1)*(-x2*y3)+(x2*x2)*(-x3*y1)+(x3*x3+y3*y3)*(x2*y1)

则得：

圆弧弦长：l_chord=sqrt((lx*lx+ly*ly)，即圆弧两端点的直线距离

圆心：x=-b/(2*a)y=-c/(2*a)

圆弧半径：r=sqrt((b*b+c*c-4*a*d)/(4*a*a))

圆弧扇形角：angle-sec=2*arcsin(lxy/(2*r0))

圆弧长：l_arc=r0*π*angle-sec/180

本实用新型的一个实施例的测量结果如下：

三个千分尺测量头2分别的a点、b点、c点距离原点o的数值为ly=5、lx=4、lm=4.1；

y1=ly=5x2=lx=4x3=y3=lm*sin45°=2.899138（注：x1=y2=0）

a=-y1*(x2-x3)+x2*y3=6.09224

b=(y1*y1)*(y3)+(x2*x2)*(y1-y3)+(x3*x3+y3*y3)*(-y1)=22.04224

c=(y1*y1)*(x2-x3)+(x2*x2)*x3-(x3*x3+y3*y3)*x2=6.66776

d=(y1*y1)*(-x2*y3)+(x2*x2)*(-x3*y1)+(x3*x3+y3*y3)*(x2*y1)=-185.645

则得：

圆弧弦长：l_chord=sqrt((lx*lx+ly*ly)=6.403124（圆弧两端点的直线距离）；

圆心：x=-b/(2*a)=-1.80904y=-c/(2*a)=-0.54723；

圆弧半径：r=sqrt((b*b+c*c-4*a*d)/(4*a*a))=5.834761；

圆弧扇形角：angle-sec=2*arcsin(lxy/(2*r0))=66.55642°；

圆弧长：l_arc=π*r0*angle-sec/180=6.777826。

本实用新型与现有技术方案的对比：

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