石油管路零件錐面直徑及圓度檢測裝置的研制

顧麗亞 朱學超 周琪珉

(①蘇州市職業大學，江蘇 蘇州215104;②蘇州圣寶利機械制造有限公司，江蘇 蘇州215115)

1 概述

圓錐面結構應用范圍較為廣泛，一般用于比較重要及關鍵的場合，比如石油管道連接環、閥體就采用錐面對錐面這樣一種有效密封結構。密封錐面的徑向過盈量是保證接頭氣密性的重要參數，也是生產過程中需要嚴格檢驗和控制的重要參數之一。如圖1、圖2所示，根據密封性能要求，需要測量待測工件15°錐面距上下面6 mm處的錐面直徑φ108.06±0.05 mm和φ109.91±0.05 mm尺寸，這就涉及到對圓錐面指定截面直徑、圓度的檢測。但是錐面直徑的測量目前還沒有商品化的通用量具，有采用錐度量規測量密封錐面的方法，但不能直觀地測量出密封錐面的直徑和圓度;有采用通用的直徑測量工具如游標卡尺、千分尺測量密封錐面的方法，但測量有一定難度，測量時引起的誤差較大，無法得到精確的密封錐面直徑和圓度;也有采用三坐標測量機測量，但由于設備昂貴、環境要求較高，不適宜生產現場檢測。然而，精確的圓錐面直徑及圓度又是影響錐面密封效果的重要因素。為此，根據錐徑的技術要求，設計了一種內外錐面直徑及圓度可同時測量的一體化檢測裝置，較好地解決了生產中這個難題［1］。

2 測量原理

2.1 間接測量法

產品檢測分為直接測量法和間接測量法。直接測量法是指無需經過函數關系的計算，直接通過測量儀器在被測對象上得到被測量值。例如，用鋼尺測量長度尺寸，通過與鋼尺標示的長度直接比較就可以得到被測對象尺寸。這種測量方法是直接將被測物理量和標準量進行比較。然而在實際生產加工中，工件的很多結構尺寸是無法依靠通用量具直接測出實際數值的，有時檢測時間甚至超過制造時間，大大增加生產成本。間接測量法是在直接測量的基礎上，已知被測量與某一個或若干個其它量具有一定的函數關系，通過直接測量這些量值用函數關系計算出被測量值的測量方法，通過計算把不便于測量的結構轉換為便于測量的結構，從而使用通用量具測出被測物理量的量值［2－3］。

2.2 檢測原理

根據錐面結構特點，采用間接測量法測量錐面直徑及圓度，借鑒三坐標測量機采用標準球測量各類元素的形式，該錐徑及圓度測量裝置采用一對直徑合適的標準鋼球作為測量爪［4］。

檢測外錐時，如圖3所示，已知指定高度上待測錐面直徑設計理論值為L0、鋼球半徑R、錐角α情況下，可以通過間接測量L計算出L0的實測計算值L01，若實測計算值L01在設計理論值L0公差范圍內，則合格。多次測量待測錐面指定高度不同方位的直徑，選取不同方位的測量值中的最大值與最小值之差值即為圓度［5］。其中:

檢測內錐時，如圖4所示，已知指定高度上待測錐面直徑設計理論值為L0、鋼球半徑R、錐角α情況下，可以通過間接測量L計算出L0的實測計算值L02，若實測計算值L02在設計理論值L0公差范圍內，則合格。多次測量待測錐面指定高度不同方位的直徑，選取不同方位的測量值中的最大值與最小值之差值即為圓度。其中:

3 檢具結構設計

檢具結構如圖5、圖6所示，內外圓錐面直徑及圓度檢測裝置包括一對測頭組件和滑桿4;一個測頭組件經螺釘1定位于所述滑桿4上，構成固定測頭組件，另一測頭組件滑動連接于滑桿4上，構成滑動測頭組件;測頭組件包括測頭2、螺釘1、測量標準鋼球組件6和頂絲7，測頭2套于滑桿4上，測頭2上端設有螺釘1使其固定在滑桿4上，測頭2下端設有測量標準鋼球組件6;測頭2包括測頭本體3和滑塊5，測頭本體3上端設有螺釘1使其固定在滑桿4上，測頭本體3下端與滑塊5通過緊定螺栓固定，測頭2底部設有多個測桿孔，測量標準鋼球組件6上端穿過滑塊5的測桿孔伸入測頭本體3的測桿孔內通過頂絲7固定，測量標準鋼球組件6伸入測頭本體3的長短可通過頂絲7鎖緊，根據指定的待測高度要求，可制作專用深度校正檢具來校正所需的高度值，保證其高度的一致性。同時可根據待測錐面的大小更換不同大小的測量標準鋼球組件6。滑桿4上對應固定測頭組件及滑動測頭組件緊定螺釘處各開有4個橫向導向槽，緊定螺釘擰入后防止一對測頭組件繞滑桿4轉動;所述固定測頭組件和滑動測頭組件上的測量標準鋼球組件的鋼球之間的空間為測量區［6］。

4 測量方法

內、外錐直徑及圓度檢測方法如圖7、圖8所示。測量步驟如下:

(1)檢測時，先將固定測頭組件固定在滑桿的一側，滑動測頭組件可沿滑桿來回滑動地設置在滑桿的另一側;

(2)將待測錐面的基準面緊貼于測頭的下基準面，放置于測量區內，待測錐面的一側與固定測頭組件的鋼球緊貼，移動滑動測頭組件的鋼球，使其緊貼待測錐面的另一側，找到待測錐面最大直徑，然后用螺釘鎖緊滑動測頭組件，再測量固定測頭組件的鋼球與滑動測頭組件的鋼球之間的最大距離L，即為實測值;

(3)根據式(1)或式(2)計算L01或L02，與待測錐面檢測處的設計理論直徑為L0比對，若實測計算值L01或L02在設計理論值L0公差范圍內，則錐徑尺寸合格。

(4)多次測量待測錐面檢測處不同方位的直徑，選取不同方位的測量值中的最大值與最小值之差值即圓度。

5 結語

內外圓錐面直徑及圓度檢測裝置，通過間接測量的方法保證了檢驗圓錐任一高度上直徑的準確性和精準度，結構簡單，制作經濟，操作方便實用，可使用通用量具測量，節約了制作校正塊的成本及校正所浪費的時間，解決了錐徑檢測的難題，提高了生產效率，產生了一定的經濟效益。目前該檢具技術已經推廣使用，并申請了國家實用新型專利。

［1］凌中倫.制造錐徑儀構想［J］.科技視界，2012(9):132.167.

［2］鄧春芳.間接測量誤差分析及數據處理［J］.北京信息科技大學學報，2010(4):79－81.

［3］田社平.論間接測量的數據處理［J］.計量技術，2003(9):50－52.

［4］萬安民.錐孔大徑的測量方法［J］.機械工人:冷加工，1995(7):21.

［5］董雙財.測量系統分析－理論方法和應用［M］.北京:中國計量出版社，2006.

［6］季祥云.ZX系列振動器滾錐錐徑尺寸的測量［J］.建筑機械，1986(10):32－34.