π尺精度的模拟圆检测方法及装置的制作方法

专利名称:π尺精度的模拟圆检测方法及装置的制作方法
本发明涉及到检测测量直径的量具，特别是检测π尺的方法和装置。
π尺是检测外径的专用工具，将π尺绕被测工件一周，即可直接读出外径值。π尺须经过精度检查方能出厂。过去，检测小型π尺的精度，一般采用国家计量部门检定的标准直径圆在恒温室中进行。由于每个标准圆只能检测一个示值，检测单位往往需要准备许多个标准圆，这些标准圆不仅加工困难，耗资大，保存维护都很困难，特别是φ500mm以上的直径较大的标准圆，制造更困难，精度难于保证，它本身的检测更难，影响了π尺的使用和推广。
本发明的目的就是提供一种在常温下检测π尺精度的简单方法和装置。这种方法代替了标准检测π尺精度的方法，在常温下达到高精度检测的目的。
本发明由于在长度上检测直径，不仅容易实现高精度，而且可把测量误差缩小π倍反映给测量结果，精度高;其装置，结构简单，使用方便，成本低，精度高。
下面，将借助于仅仅示意的附图对本发明作进一步的说明图1是本发明的一种检测装置具体结构示意图(检测状态);
图2是图1的俯视图;
图3是π尺结构示意图;
图4是标尺结构示意图;
图5是确定标尺各段测量误差的示意图;
图6是用标尺检测π尺时，左端示意图;π尺副尺、标尺主尺的第16条线纹正好对齐;
图7是用标尺检测π尺的状态图;
图8是实施例中标尺示意图;
图9是用标尺检测π尺右端示意图，标尺的第80条线纹正与被测π尺740偏小方向的第二条线对齐。
图中各序号的意义如下1、标尺储盘2、立柱3、平台4、标尺5、π尺6、标尺重锤7、微调卡头8、π尺重锤9、π尺副尺段10、π尺主尺段11、标尺主尺段
12、标尺副尺段13、标尺、π尺第16条线纹对齐处14、740、16点应处位置参照附图1～4，在专用检测装置上，将被测π尺〔5〕展开成直线状态，与特制的展开成直线状态的标尺〔4〕重叠在一起，进行比较，读数方法采用π尺检测工件的读数方法(模拟在圆上检测)，读数结果与误差允许值对照，检测π尺〔5〕的精度，读数超出允许误差，π尺不合格，在允许误差内，π尺合格。本发明的要点是制造一种专用装置，以检测π尺的精度。这种装置由缠绕标尺〔4〕的标尺储盘〔1〕，牵引并可调整被测π尺〔5〕位置的微调卡头〔7〕，铺设标尺〔4〕和π尺〔5〕的平台〔3〕;检测π尺〔5〕精度的标尺〔4〕，支撑平台〔3〕的立柱〔2〕，牵引标尺的模拟实测状态测力的重锤〔6〕组成。这里作为尺寸基准的标尺〔4〕是相对基准，它由本发明单位设计并制造，由辽宁省标准计量局在标准温度、标准拉力下检定的，以其检定结果为真价，作检测π尺〔5〕的依据。标尺〔4〕与π尺〔5〕的厚度相同，宽处一致(标尺上没有π尺上便于视读的豁口)。标尺〔4〕主尺段〔11〕与π尺〔5〕主尺段〔10〕的刻度相同(0.50π)，标尺〔4〕的副尺段〔12〕与π尺〔5〕的副尺段〔9〕刻度相同(0.49π)，标尺〔4〕的主尺段〔11〕在左端，副尺段〔12〕在右端，π尺〔5〕的主尺段〔10〕在左端，副尺段〔9〕在右端(见图3、图4)。用标尺〔4〕检测π尺〔5〕的读数方法与用π尺检测工件的读数方法相同，均采用游标原理，读数单位从粗到精分为“格数值”和“毫米直径读数值”(以下简称读值)标尺主尺刻度每格为0.5π，副尺刻度每格为0.49π(如图7所示)，比较时，主尺和副尺每格刻度差为0.01πmm，标尺上有一个副尺段〔12〕和若干个主尺段〔11〕，可用来检测不同规格的π尺。标尺各主尺段〔11〕的第一条线纹到标尺副尺段的第一条线纹的直线距离随被测π尺的不同规格而不同，其值在理论上为(D+δ)π，其中D为被测π尺〔5〕的最小径值，δ为尺厚，检测时，这段距离长度由国家标准部门(辽宁省标准局)检定给出;标尺、π尺采用相同材料制成。检测装置上标尺的重锤〔6〕和被检π尺的重锤〔8〕能产生一种牵引力，作为模拟圆检测π尺精度的拉力。为了使检测结果与实际一致，就必须使在用标尺〔4〕检测π尺〔5〕时所产生的变形△2等于π尺检测工件时产生的变形△1。即△2＝△1，为此进行下列计算用π尺测量工件时测力变形对读数的影响为△1＝ (FoD)/(EAfπ) (1- 1/(eπf) )(此公式推导过程略)。其中各符号的意义为Fo-测力，使用π尺的规定测力为19.6牛顿;D-被测工件的直径mm;E-π尺材料的弹性模量19.6×104牛/mm;A-π尺的截面积3mm2;f-摩擦系数0.15。将π尺〔5〕展成直线后，拉力对测量读数的影响为△L＝ (FL)/(EA) (根据虎克定律)，其中L为所使用的π尺〔5〕长度，即L＝πD(D为直径)，它对读数的影响再缩小π倍，即△2＝ (△L)/(π) ＝ (FL)/(EAπ) ＝ (FπD)/(EAπ) ＝ (FD)/(EA) 根据△1＝△2(变形等效原理) (FD)/(EA) ＝ (19.6D)/(EAfπ) (1- 1/(eπf) )
∴F＝ (19.6(牛顿))/(πf) (1- 1/(eπf) )＝15.6(牛顿)取F＝15.6(牛顿)模拟圆法检测π尺时，由于制造标尺的材料与π尺相同，标尺〔4〕和π尺〔5〕的尺厚相同，宽处相同，只是π尺在主副尺段略为凹入(如图3)(π尺窄处为宽处2/3，凹入部分便于视值)。被测π尺〔5〕和标尺〔4〕受同样的拉力，在同样条件下使用，因此，标尺和π尺随温度的改变发生同样变化，自动补偿了温度影响产生的形变，用模拟圆法检测π尺也有随机误差，这里主要考虑标尺的测量误差△3，被检π尺尺厚的误差△4，视差△5。标尺检测精度的误差随π尺规格的增大而增加，采用均方根的办法，该项误差△3应为n △2g/π]]>，现假定每一段测量误差最大值△g为0.03mm/200πmm(辽宁省标准局测长设备的精度)，350πm内为L1(第一段)，350πm～500πmm为L2(第二段)，500πmm～700πmm为L3(第三段)，700πmm～900πmm为L4(第四段)……(以下类推)见图5，n为段数;尺厚的误差△4，将以二倍的数值影响π尺的精度，尺厚误差△4为0.005mm，则这项随机误差为0.01mm;在检测π尺时会出现微小的视差△5，严重时可窜位两条线纹，即在φ900以下的π尺，△5＝0.02mm，在φ900以上的π尺△5＝0.04mm，总的随机误差△总＝△23＋△24＋△25]]>下面以被测点为740.16mm(属于700～900mm)为例来说明在模拟圆检测π尺精度的一种装置上，用模拟圆法检测π尺的过程。
放开标尺储料盘〔1〕，准备好φ700mm～900mm的标尺〔4〕，加上标尺牵引重锤〔6〕，然后将被检π尺〔5〕固定在微调卡头〔7〕上，水平地铺在滑轨平台〔3〕上面，覆在标尺〔4〕上，加上牵引重锤〔8〕。将π尺副尺段〔10〕的零点与标尺的主尺段〔11〕的第一条线纹对齐。首先调整微调卡头〔7〕，使被测π尺〔5〕向右移动0.16πmm读值的距离(如图6)，即使π尺副尺段〔10〕的第16条线纹与标尺主尺段〔11〕上的第16条线〔13〕对齐，然后就可以根据事先计算好的理论值，允许误差和国家标准部门给定的真值确定740.16点的示值精度了，计算过程如下1、计算740.16mm点到本π尺的副尺第一条线纹之间的距离L1′(理论值)，L1′＝(D+δ)π，其中D为被测点到副尺零点的距离即740.16，L1＝(740.16mm+0.25mm)π，δ为尺厚，L1′＝(740.16mm+0.25mm)π＝740.41(πmm)＝2326.067mm。L1′是一把准确的π尺从副尺第一条线纹到740.16处所应有的理论长度。
2、计算π尺的740.16处在标尺副尺上所应占有的长度L3′，以标尺在计量部门所测得的结果为真值，其长度为L2′＝2199.765mmL3′＝L1′-L2′＝2326.067mm-2199.765mm＝126.302mm3、计算被测点740.16处在标尺上所应占有的格数n标尺副尺段上每格间距为0.49π，所以n= (L2)/(0.49π) = 126.302/(0.49π) =82.0473格其中的第82格的整数部分可以很容易地从副尺段上查出，但其小数部分无法直接读出，需要换成直径的读值，然后利用游标原理才能读出来。
4、将0.0473格化为直径读数值，标尺副尺每格的读值为0.49πmm，所以小数部分的读值应为0.0473×0.49πmm＝-0.020πmm，负号表示在小于740方向的第二条线纹处〔14〕对齐，如图8所示。
5、检测π尺的实际精度上面的计算可确定检验π尺的740.16这一点的示值精度，其理论读值应为标尺的第82条线处于π尺740读值线的偏小方向0.02〔14〕处，即标尺的第80条线应与π尺主尺线对齐。
实际检测时，就与这个标准值进行比较，再看比较结果是否超过允许误差，规定φ700mm～900mm的π尺精度达到0.05mm，总随机误差
;〔其中△3为π尺测量误差，它可由
公式求出，φ700mm～900mm规格的π尺段在标尺〔4〕上为第四段，n取4(见图5)，△3=4×0.32/π=0.0189≈0.019]]>;△4为尺厚误差0.01，△5为视差＝0.02〕代入各值，△总0.0192+0.012+0.022=0.00086≈0.029≈0.03]]>。这个随机误差是难以克服的，为了保证被测π尺的使用精度，就应从π尺的允许误差中去掉总的随机误差，即△′＝0.05-0.03＝0.02，即检测允许值为±0.02。
实际检测时，就着最后确定的读数在不在这个检测允许值范围之内。如读数恰好在740偏小方向第二格处，则这把π尺合格，如读数在740偏大方向第三格处，则该值在±0.02范围之内，π尺也合格，如果读数为偏小方向0.06，即比±0.02的检测允许值小了0.04(πmm)，则该π尺不合格。同理，可检测出任意π尺任意读值的准确性。一把π尺一般检测6个点，若全合格，这把π尺便合格，有一点不合格，该π尺即为不合格品。
权利要求
1.一种常温下检测π尺精度的方法，其特征在于a.将π尺[5]在长度方向上展开成直线，与一标尺[4]重叠比照，从标尺[4]上读出数值，来检测任意π尺任意示值的误差；b.标尺[4]检测π尺[5]的读数方法采用π尺检测工件的读数方法；c.在检测时，标尺[4]和被测π尺[5]各挂一个重锤[6]、[8]，保持与实际检测时等效的拉力。
2.一种检测π尺〔5〕的装置，其特征在于它由缠绕标尺的标尺储盘〔1〕、牵引并可调整被测π尺位置的微调卡头〔7〕检测π尺精度的标尺〔4〕、铺设标尺、被测π尺的轨道平台〔3〕、牵引标尺的重锤〔6〕和支撑滑轨平台的立柱〔2〕组成。
3.根据权利要求
2所述的装置，其特征在于标尺〔4〕上有一个副尺段〔12〕和若干个主尺段〔11〕，标尺〔4〕主尺与π尺〔5〕主尺的刻度相同，标尺〔4〕的副尺与π尺〔5〕的副尺的刻度相同，标尺〔4〕的主尺段〔11〕位于标尺左侧，副尺段〔12〕位于标尺的右侧，标尺〔4〕各主段的第一条线纹到副尺段〔12〕的第一条线纹的距离为(D+δ)π。
4.根据权利要求
2或3所述的装置，其特征在于标尺〔4〕与被测π尺〔5〕采用相同材料制成。
5.根据权利要求
2或3所述的装置，其特征在于牵引标尺〔4〕和被测π尺〔5〕的重锤〔6〕、〔8〕重15.6牛顿。
专利摘要
本发明提供了一种简单易行的检测π尺精度的方法和装置——模拟圆检测方法和装置。本发明的特点是将被测π尺展开成直线状态，与标尺重叠在一起进行比较，并模拟在圆上的读数方法，检测出π尺的任意示值，代替了标准圆检测π尺精度的方法。在常温下，达到高精度检测的目的。模拟圆检测π尺的装置结构简单，使用方便，成本低，精度高。
文档编号G01B5/02GK86106636SQ86106636
公开日1987年4月29日 申请日期1986年9月22日
发明者于若愚, 李延增, 于洪珍, 关成义 申请人:沈阳市工具研究所