螺栓球螺栓孔夹角三坐标检测方法研究

　　0　引言

　　螺栓球作为网架工程的重要节点构件,其加工质量直接影响到工程质量[1-3]。国家建筑工程标准《JG 10-1999钢网架螺栓球节点》中规定了6项对螺栓球加工的形位尺寸进行保证的要求,其中“相邻两螺栓孔夹角”作为一项重要的检测参数,其加工的精确程度会对网架的受力和结构安全性造成很大的影响:偏差过大的螺栓孔夹角会造成安装中同一节点上杆件无法安装或强迫安装或焊接安装,以致造成高强螺栓处于偏心受拉状态,过大的角度极限偏差降低了网架工程整体结构的安全度,因此在标准中对其提出了明确的偏差范围要求。但是目前许多生产加工企业与检测部门都无法完成对这项要求的精确检测,只能采用角度尺等工具进行粗略的检测,误差非常大[4-6]。如何对“相邻两螺栓孔夹角”的加工质量进行控制,成为目前螺栓球检测的一项难题。因此文中推出了一种利用先进的三维技术完成对螺栓球的形位尺寸进行立体检测的方法。

　　1　三坐标法检测螺栓球形位尺寸

　　1.1　三坐标测量机形位尺寸检测的特点

　　三坐标测量机是一种能在六面体的空间范围内,表现几何形状、长度及圆周分度等测量能力的仪器,能方便地进行空间几何物体的位置及几何尺寸测量。

　　1.2　检测系统及检测方法的设计

　　根据三坐标测量机的检测原理和螺栓球螺栓孔的结构特点,设计出一套三坐标检测螺栓球螺栓孔夹角的流程,如图1所示。这里采用三坐标测量机的圆柱(轴心)测量功能,安装好螺纹芯棒后,对其轴心进行检测,替代螺纹孔的轴心。检测出每个螺栓孔的轴心后,进行夹角的计算,并和图纸上标注的夹角换算值进行比较,计算出偏差值,和标准相比对得出结论。

　　1.3　专用螺纹芯棒量具的设计

　　图2中螺纹芯棒由螺纹和圆柱测量面两部分组成,是为了引出螺栓球上的螺纹孔的轴心而专门设计制作的量具。通过将螺纹部分旋入螺栓球的螺栓孔中从而将螺栓孔的轴线引出到量具的圆柱面上,以方便三坐标测量机的圆柱检测功能,进行轴线的测量。制作M16,M20,M24,M27等各种规格的螺纹芯棒。

　　1.4　专用夹具的设计

　　由于三坐标测量机检测工件是接触式测量,需对工件的所有自由度进行约束,才能保证检测精度,为此,设计了专门针对螺栓球进行检测用的夹具,见图3。整个夹具由固定底座和固定架两部分组成。固定底座见图3a,其可安装于回转工作台的中心孔中,另一侧则可安装于螺栓球基准孔中;固定架则见图3b,其通过一滑块机构调整高度,并通过滑块上的锁紧螺栓锁紧螺栓球。利用该夹具对多种规格的螺栓球进行装夹,均能对螺栓球自由度进行很好的限制。