利用萬能工具顯微鏡校準倒角觸摸規的原理和實例

覃業欽　周祖旭　池世鵬

摘 要：倒角觸摸規是用來檢測工件光孔倒角的一類檢具，檢測工件光孔倒角前需要先對倒角觸摸規進行校準，以便保證檢測的準確性。傳統校準倒角觸摸規的方法是使用一套特定工裝，外加兩根輔助測量棒，以及一個千分表組合，即可實現校準。本文從另一個視角，介紹利用萬能工具顯微鏡校準倒角觸摸規，此方法首先通過幾何知識和代數知識推導，得出高度h的表達式，從而確定L的起點和止點，利用萬能工具顯微鏡測出L的長度，再代入倒角觸摸規校準尺寸Φ的表達式，便可以得到倒角觸摸規校準尺寸Φ的實際值。

關鍵詞：倒角觸摸規 萬能工具顯微鏡 校準

Principles and Examples of Calibrating Chamfered Touch Gauges Using a Universal Tool Microscope

Qin Yeqin，Zhou Zuxu，Chi Shipeng

Abstract：Chamfered touch gauge is a kind of inspection gauge used to detect the chamfer of the workpiece smooth hole， and the chamfer touch gauge needs to be calibrated before detecting the chamfer of the workpiece smooth hole to ensure the accuracy of the detection. The traditional method of calibrating a chamfered touch gauge is to use a specific fixture， plus two auxiliary measuring rods， and a dial indicator. This paper introduces the use of universal tool microscope to calibrate the chamfered touch gauge from another perspective. The method first derives the expression of height h through geometric knowledge and algebraic knowledge， so as to determine the starting and ending point of L， uses the universal tool microscope to measure the length of L， and then substitutes the expression of the chamfer touch gauge calibration size Φ to obtain the actual value of the chamfered touch gauge calibration size Φ.

Key words：chamfer touch gauge， universal tool microscope， calibration

1 校準倒角觸摸規的傳統方法

倒角觸摸規是用來檢測工件光孔倒角的一類檢具，為了保證檢測的準確性，必須先保證倒角觸摸規是符合設計尺寸要求的，這就需要定期去校準倒角觸摸規。倒角觸摸規主要校準尺寸是兩根輔助測量棒間的距離Ф（如圖1），傳統方法是使用一套倒角觸摸規校準特定工裝（如圖2），外加兩根輔助測量棒，以及一個千分表組合。把倒角觸摸規的測量銷拆卸下來，垂直放置在工裝上，工裝兩平面緊貼兩個輔助測量棒，兩個輔助測量棒緊貼測量銷倒角（如圖3），便可以在千分表上讀出尺寸Ф的實際值。

2 傳統方法的局限性

使用特定工裝校準倒角觸摸規，工裝精度不高，使用輔助測量棒貼合測量存在間隙的可能，會造成誤差，且全程需要手工操作，人工誤差較大，同時，輔助測量棒的制造誤差也會累積到測量誤差里面，從而導致測量結果不是那么的可靠。而經過幾何知識和代數知識推導后，可以使用精度更高的萬能工具顯微鏡來校準倒角觸摸規。

3 利用萬能工具顯微鏡校準倒角觸摸規

通過幾何知識和代數知識推導，得出高度h的表達式，從而確定L的起點和止點，利用萬能工具顯微鏡測出L的長度，再代入倒角觸摸規校準尺寸Φ的表達式，便可以得到倒角觸摸規校準尺寸Φ的實際值。

根據倒角觸摸規的校準尺寸圖（圖4），輔助測量棒與規體下端面和測量銷倒角面分別相切，由幾何知識可得：

Φ=L+2R+2a （1）

其中輔助測量棒的半徑R和測量銷倒角的角度θ（如圖4）在設計倒角觸摸規時候已經確定，為已知數值。

在（1）式里面，還存在兩個未知數：L和a。為了得到L和a的實際值，我們把圖4 右邊測量棒位置放大成圖5，通過幾何知識可以求出a的實際值。而L為測量銷倒角錐形某一截面直徑，我們可以通過萬能工具顯微鏡投影測量，問題是，在萬能工具顯微鏡鏡頭下，沒有模擬圓，也沒有輔助測量棒，那么如何找到L的起點和止點，于是我們在幾何解析圖中，過L的起點作一條水平線，引入一個距離參數h（如圖5），通過求得h，即可在萬能工具顯微鏡測量中，鏡頭從規體下端面上的任意點垂直往下移動h，再水平與測量銷倒角面相交，此交點即是L的起點，從起點水平向左移動，與左邊測量銷倒角面相交點便是L的止點，起點和止點找到，便可實現利用萬能工具顯微鏡測量L的長度。具體推導如下：

先求參數a：

在圖5中，由三角函數知識可得：

sin（90°-）=

求得：

a=R sin（90°-） （2）

再求參數h：

在圖5中，由勾股定理可得：

a2+（R-h）2=R2

求得：

h=R- （3）

將（2）式代入（3）式，可以求得：

由此，我們推導出了h的表達式，而R和θ是制作倒角觸摸規時候已經給定的值，代入上式便可以求出h的實際數值。在萬能工具顯微鏡測量中，鏡頭中心點從規體下端面上的任意點垂直往下移動h長度，然后向左水平移動，使其與測量銷倒角面相交，此交點即是L的起點，記下此點坐標，繼續水平向左移動鏡頭，與左邊測量銷倒角面相交，此交點即是L的止點，記下此點坐標，兩點坐標的距離即是L的實際值，最后把L和a代入（1）式可得：

Φ=L+2R+2R sin（90°-）

至此，我們得到Φ的表達式，把R值和θ值（R值和θ值在設計倒角觸摸規時候已經確定，為已知數值），以及萬能工具顯微鏡測到的L值，三個值代入上式，即可得出我們需要測量的Φ值，若我們測量得出的Φ值在設計圖紙規定的Φ值公差范圍內，即可判斷此倒角觸摸規合格，可以繼續使用于測量工件光孔倒角。

4 實際例子

在利用萬能工具顯微鏡校準倒角觸摸規的實際例子中，把倒角觸摸規平躺放置在萬能工具顯微鏡的鏡頭之下，使規體軸線與萬能工具顯微鏡X軸線垂直，萬能工具顯微鏡鏡頭朝下對準倒角觸摸規上測量銷的倒角（如圖6圖7）。

上下移動鏡頭，調節好焦距，在電腦屏幕上，可以清晰的看到投影上來的規體下端面（圖8）和測量銷倒角面（圖9），此時便可以按照前面推導的方法，在測量銷倒角面上精準找到L的起點，記下此點坐標，再找到L的止點，記下此點坐標，軟件自動計算兩點坐標的距離，便是L的值。

下面我們找來了缸蓋生產線上某個倒角觸摸規進行校準，先查看其設計圖紙（圖10），可以看到圖紙要求Φ為13.743（0，-0.025），R和θ分別是1.5和90°。

我們按照方法，先計算h值：

=0.4393

得到h值為0.4393mm，鏡頭中心點從右邊規體下端面上的任意點垂直往下移動0.4393mm，然后向左水平移動鏡頭，使鏡頭中心點與測量銷倒角面相交，此交點即是L的起點，點擊采集此點坐標，繼續水平向左移動鏡頭，使鏡頭中心點與左邊測量銷倒角面相交，此交點即是L的止點，點擊采集此點坐標，點擊電腦軟件計算這兩點坐標的距離，即是L的實際值，按如上操作，我們測量到L值為8.6099mm（圖11），我們把R、θ和L值代入Φ表達式，如下：

Φ=L+2R+2Rsin（90°-）

=8.6099+2×1.5+2×1.5 sin

=8.6099+3+2.1213

=13.7312

即測量得到的Φ值為13.7312mm，此倒角觸摸規設計圖紙要求13.743（0，-0.025），13.7312在設計圖紙要求的公差范圍內，判斷此倒角觸摸規合格，可以繼續使用于測量工件光孔倒角。

5 效果分析

校準倒角觸摸規不再局限于特定工裝，使用萬能工具顯微鏡也可以校準，萬能工具顯微鏡屬于高精度光學測量儀，精度更高，測量準確性更好，能夠更加準確的判斷倒角觸摸規是否符合圖紙設計尺寸。

賽克公司機加工車間生產的245T、280T缸體和缸蓋，有多個光孔倒角加工，生產工藝圖紙規定了各個光孔倒角加工尺寸的公差要求，生產線旁SPC站利用倒角觸摸規對工件加工出來的光孔倒角進行檢測，為保證檢測的準確性，需先保證倒角觸摸規是合格的，這就需要定期校準倒角觸摸規，防止倒角觸摸規有磨損或者變異導致檢測不準。我們會定期利用萬能工具顯微鏡校準倒角觸摸規，確保倒角觸摸規合格，才可繼續使用于測量工件光孔倒角。

利用萬能工具顯微鏡校準倒角觸摸規，已經使用到245T、280T缸體缸蓋線旁檢具-倒角觸摸規的校準中，使用效果良好，校準精度更高，靈活性更好，不需再使用特定工裝。

6 結語

（1）對倒角觸摸規進行幾何解析，通過幾何知識和代數知識推導，得出倒角觸摸規最終測量尺寸Φ的表達式，利用萬能工具顯微鏡測出L的實際值，把L值代入Φ的表達式，可得到最終測量尺寸Φ的實際值，方法獨特。

（2）萬能工具顯微鏡屬于高精度光學測量儀，比特定工裝精度更高，校準倒角觸摸規更加精準，減少人工誤差。

（3）不再局限于使用特定工裝校準倒角觸摸規，無需定制各個尺寸的輔助測量棒，使用更高精度的光學設備直接投影測量，對各個尺寸的倒角觸摸規測量，具有更好的靈活性。

參考文獻：

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