唐大春 窦艳红 于欣

摘要：针对传统读数卡规的种种问题及尺寸测量过程所受到的多种限制，开发了一款杠杆式读数卡规。介绍了这种装备的结构和原理，为机械制造业提供了一种新的检测装备。

关键词：尺寸测量;传感器;在线检测

1  传统读数卡规的问题

尺寸测量可以归为三种，即包容尺寸、被包容尺寸、特殊尺寸，读数卡规就是被包容尺寸测量的一种专用工具，它在轴径尺寸、厚度尺寸应用广泛，传统读数卡规主要是采用类似铰接结构，如图1。

其特征在于：在本体上下测量爪是由两个圆弧形成类似支点的弹性变形连接的，在测量时测量卡口大小变化直接传递给后端传感器测头，由于该种读数卡规受自身结构、材料、热处理等因素影响，它的线性精度较好的测量范围量程小，在0.08-0.1mm，另外它测量端与传感器采集点不是1：1变化的（随测量尺寸变化），它不能用百分表或千分表，只能用传感器采集数值，然后用量仪或工控机变比功能，将测量实际值1：1显示出来。所以在实际生产中应用非常不便。

2  杠杆式读数卡规

基于传统读数卡规所存在的问题，我们开发了一款生产线上使用的杠杆式高效卡规（见图2）。

这是一种轴类尺寸测量用读数卡规，由本体1、下卡口2、楔块3、楔块螺钉4、金属陶瓷工作口5、定位块6、定位块螺钉7、圆柱销8、C型弹簧的挂销9、杠杆销10、测量口11、限位螺钉12、C型弹簧13、勾手14、勾手滑销15、圆柱销16表夹17、表夹紧固螺钉18、手柄紧固螺钉19、表20、测量块21、夹表螺钉22、手柄23组成;

其特征在于：它采用了杠杆结构，杠杆支撑点是固定不变的（即测量端和显示端传感器或表到杠杆支撑点是近似相等的定值）销轴10，测量力大小是可以控制的，测量量程可以到1mm，比傳统读数卡规量程大十倍以上，最主要的是它直接采用百分表或千分表，这为普及应用奠定基础，下面我就杠杆结构读数卡规从理论计算和实际应用的理论值和实际测量值进行对比分析它的测量线性精度，杠杆结构读数卡规，测量口以杠杆销10为轴心，且测量口平面与杠杆销10为轴心线共面、表测点采集面与杠杆销10为轴心线共面，测量时下卡口与定位块构成90度定位面，构成V型铁结构，被测产品定位其中，测量口随着被测产品尺寸大小变化绕杠杆销10轴心线摆动，以40-41mm尺寸为例从理论阐述测量端尺寸变化和显示端百分表或千分表之间误差关系，按以上描述可以画出图3。

杠杆10中心到下卡口面的距离是40mm、到定位面的距离是30mm、到测量口与被测产品测点（切点）Hn（它是随着尺寸变化值）、到表测点中心50.32mm，另外为了推导计算设定L：是测量工件中心到杠杆销10的中心距离、（Ln任意尺寸）、r：是工件半径（rn任意尺寸）、H测量点到杠杆销中心距离，（Hn任意尺寸）、Δ：是表对应不同工件尺寸的测量值，αn、（Ln与Hn夹角）βn（Ln与下卡口面夹角）和θn（杠杆与下卡口夹角）是推导过程角度，εn：是表测头中心线到杠杆投影点与表测头球面的距离，为了计算设定测量端在40mm尺寸时下卡口与测量口平行，即下卡口与杠杆平行。

以下是推导公式和被测量工件尺寸变化显示端的对应值的线性误差如表1所示。

Ln2=（40-rn）2+（30+rn）2

SINαn=rn/Ln

SINβn=（40-rn）/Ln

Θn=αn-βn

εn=1.25/COS（Θn）-1.25

Δ=50.32×TANΘn-εn

3  结论

从该表看按理论计算在测量40.49和40.50范围的误差值最大是小于0.0016mm，而在1mm范围内线性误差是60nm。为了验证上述理论计算，做了Φ40mm、Φ40.2mm、Φ40.4mm、Φ40.6mm、Φ40.8mm、Φ41mm尺寸校准件，用读数卡规实际测量，在1mm范围尺寸内示值误差0.002mm。这款卡规结构紧凑、高效快捷，经济性好。适合推广到线上使用。目前已经申请国家发明专利。

参考文献：

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