專利名稱：利用三坐標機測量定方向孔徑的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種產(chǎn)品的孔徑測量方法。
背景技術：
根據(jù)現(xiàn)有三坐標測量機原程序設置的測量孔徑的原理，其測量孔徑的方法為在同一個圓截面上采若干個點(可以根據(jù)實際需要設置)，由這些點擬合成一個最小二乘圓(如圖1中的直徑為φ的圓)，三坐標測量機處理程序將把最小二乘圓的直徑作為被測孔的直徑。通過這種方法得出的孔的直徑實際上是該孔在這一截面上的平均直徑，這與孔在某一規(guī)定方向的實際直徑有偏差，這種偏差在實際應用中有時會導致不可忽視的測量誤差。如圖1所示，對于同一個圓，用三坐標測量機原程序檢測出的直徑值為φ(即最小二乘圓直徑)，而實際需要檢測的直徑在φ′(或φ″)的位置，其直徑值應為φ′(或φ″)，兩者會產(chǎn)生一個誤差φ-φ′(或φ-φ″)，這種誤差值最大可達被測孔的圓度誤差，比如孔的圓度誤差為8μm，則測量直徑的最大誤差可達8μm。被測孔的圓度誤差越大，這種測量方法產(chǎn)生的誤差就越大。
隨著科學技術的日新月異，代表著先進技術領域的汽車發(fā)動機制造業(yè)制造水平在不斷提高，同時出現(xiàn)了許多在線的高、精、尖檢測設備，在這些檢測設備的嚴格把關下，發(fā)動機的品質不斷提高。從長遠看，高精度檢測設備不僅提高了檢測的準確率，而且大大提高了工作效率，降低了發(fā)動機制造成本，同時它還代表了發(fā)動機制造廠的水平。
高精度檢測設備在各發(fā)動機制造廠的生產(chǎn)線上得到了越來越多的應用，如國際著名的在線檢測設備著名生產(chǎn)廠家意大利MARPOSS(馬波斯)公司生產(chǎn)的缸體、缸蓋在線檢測儀，德國HOMMELWERKE(霍梅爾)公司生產(chǎn)的缸蓋在線檢測儀等。
隨著高精度檢測設備在生產(chǎn)中的廣泛應用，如何認定檢測設備本身的精度是否符合工藝要求，給計量部門提出了新的課題。由于這些設備都是專用設備，結構和檢測原理特殊，且精度高，傳統(tǒng)的量值傳遞方式對其存在一定的局限性。
以意大利MARPOSS公司的M125型電感檢測機為例，該檢測機精度高，儀器的不確定度小于或等于4μm，為全自動檢測設備。其測量原理如圖2所示在圓柱測頭的直徑兩端分別布置成對的傳感器，當測量工作進行時，圓柱測頭進入孔內，傳感器與內孔接觸，通過1號和2號傳感器檢測出上圓截面的直徑，3號和4號傳感器檢測出中間圓截面的直徑，5號和6號傳感器檢測出下圓截面的直徑，根據(jù)需求取相應的圓截面的直徑值。
要確認其檢測精度是否符合要求，只能采用常用的計量器具量值傳遞方法——比對法，即借助一個工件，將電感檢測機測量得出的值與計量標準儀器測量同一工件得出的值進行比對，其差值是否在誤差范圍內。由于電感檢測機的不確定度小于或等于4μm，根據(jù)量值傳遞原則，用于量值比對的計量標準儀器的不確定度應小于1.3μm。雖然象萬能工具顯微鏡、測長儀、測長機、孔徑測量儀等精密計量儀器精度能滿足要求，但是由于測量范圍的限制，用都無法對工件實現(xiàn)測量，而計量型三坐標測量機雖然測量范圍能夠滿足，但由于測量原理的不同，會產(chǎn)生不可忽視的方法誤差(如前面的描述)，從而無法滿足檢測設備量值傳遞的要求。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術存在的上述不足，提出一種三坐標測量機測量定方向孔徑的方法，提高測量精度，適應在線高精度檢測設備的量值傳遞要求。
本方法是用三坐標測量機分別測量被測孔在規(guī)定方向上的直徑的兩端點，再連接兩端點之間的距離，得出孔在規(guī)定方向上的直徑(部分三坐標測量機需進行測頭補償)，即點對點測量。這種方法的關鍵在于合理建立坐標系，在三坐標測量機上測量內孔最小二乘圓的直徑時，對建立坐標系沒有特殊要求，但是三坐標測量定方向孔徑時，如果坐標系建立不正確，測量的可能不是孔的直徑，而可能是圓的弦長，或者是橢圓的直徑或弦長。
本測量方法的步驟如下1、首先在待側孔中建立空間坐標系(1)將測量的空間坐標系空間坐標Z軸建立在被測元素(即被測量孔)的軸線上；(2)將坐標原點建立在被測圓的圓心上，被測圓的圓心可以通過孔的軸線和圓柱孔的端面相交得到；(3)讓X軸通過被測圓的圓心；(4)根據(jù)已經(jīng)確立的Z軸、X軸和坐標原點自動生成Y軸，即組成一個固定的空間坐標系；2、通過三坐標機的程序設置，讓三坐標探針沿X軸方向移動，分別檢測孔徑的兩個端點A1點和B1點，通過三坐標數(shù)據(jù)處理程序，連接A1和B1的距離，即為孔在X方向的直徑。
根據(jù)空間坐標原理可知，在某一坐標系內，任意一個空間點都可以用空間坐標(x，y，z)表示，當坐標系發(fā)生變化時，其坐標值x，y，z也將發(fā)生變化。在我們的測量過程中，首先考慮建立坐標系的Z軸坐標，一旦Z軸確定了，在三坐標測量機程序內與Z軸垂直的XY平面就自動生成了，因為三坐標探針是沿著坐標平面和坐標軸移動的，因此如果Z軸偏離至Z′，如圖3A和圖3B所示，將導致XY平面傾斜，測量得出的結果將不是圓截面，而是橢圓截面，從而得出的直徑也不是圓的直徑，而是橢圓的軸，即在建立Z軸時，要避免垂直度誤差，在本三坐標測量定方向孔徑方法中，解決的辦法是將測量的空間坐標系空間坐標Z軸建立在被測元素上，能非常有效的避免垂直度誤差；再考慮X軸的建立，如圖4所示，建立的X軸不可以發(fā)生平移，如果發(fā)生平移，三坐標測量機的探針沿著X軸測量出的將不是圓的直徑，而是弦長，在三坐標測量定方向孔徑方法中，解決的辦法是讓X軸通過被測圓的圓心；同時將坐標原點建立在被測圓的圓心上，三坐標測量機將根據(jù)已經(jīng)確立的Z軸，X軸、坐標原點自動生成Y軸，組成一個固定的坐標系。
可見，原來在三坐標測量機上檢測孔徑時，測量結果為孔的平均直徑，有時與實際需求狀態(tài)有較大差異；而本三坐標測量定方向孔徑方法，在合理建立坐標系的情況下，可以根據(jù)實際需要，準確地檢測孔在任意方向上的直徑。
將本方法使用在線高精度檢測設備的量值傳遞工作，分別用三坐標測量機和在線高精度檢測設備對同一工件進行檢測，通過對檢測結果進行比對，能夠正確計算在線高精度檢測設備的不確定度，從而判定設備是否符合工藝要求。通過三坐標測量定方向孔徑方法，有效地消除了以上量值傳遞中的方法誤差。
經(jīng)申請人對本方法的可靠性進行考核顯示分別用不確定度小于1.2μm的三坐標測量機和不確定度小于0.5μm的精密孔徑儀測量同一個環(huán)規(guī)同一個位置的直徑，比較兩個測量結果，其差值在允許的誤差范圍內。


圖1是三坐標機測量最小二乘圓孔徑和定方向孔徑原理比較2是意大利MARPOSS公司的M125型電感檢測機檢測原理3A和圖3B是測量誤差分析4是測量過程示意圖具體實施方式
這里以三坐標測量機檢測三缸發(fā)動機缸體缸孔直徑為例，來說明三坐標測量定方向孔徑方法的具體過程。
如圖4所示，測量第一個缸孔X方向的直徑時，首先測量一個圓柱(即缸孔1)，得出缸孔1的軸線，作為坐標Z軸；在缸孔1內測量一個圓，投影在XY平面上，用同一方法再在缸孔2(或者缸孔3)內測量一個圓，連接O1和O2(或O3)成一條直線，作為X軸；把坐標原點O建立在缸孔1的軸線上，儀器將自動生成檢測缸孔1孔徑的坐標系。通過程序設置，讓三坐標探針沿X軸方向移動，分別檢測A1點和B1點，通過三坐標數(shù)據(jù)處理程序，連接A1和B1的距離，即為缸孔1在X方向的直徑。
如果需要測量其它任意一個方向的直徑，只要將坐標系圍繞Z軸旋轉所需要的角度，在新坐標系下用以上方法即可實現(xiàn)測量。
權利要求
1.利用三坐標測量機測量定方向孔徑的方法，測量步驟如下(1)首先在待側孔中建立空間坐標系將測量的空間坐標系空間坐標Z軸建立在被測量孔的軸線上；將坐標原點建立在被測圓的圓心上，被測圓的圓心通過被測量孔的軸線和孔的端面相交得到；讓X軸通過被測圓的圓心；根據(jù)已經(jīng)確立的Z軸、X軸和坐標原點自動生成Y軸，即組成一個固定的空間坐標系；(2)通過三坐標機的程序設置，讓三坐標探針沿X軸方向移動，分別檢測孔徑的兩個端點A1點和B1點，計算連接A1和B1的距離，即為孔在X方向的直徑。
全文摘要
本發(fā)明公開一種利用三坐標測量機測量定方向孔徑的方法，測量步驟如下(1)首先在待側孔中建立空間坐標系將測量的空間坐標系空間坐標Z軸建立在被測量孔的軸線上；將坐標原點建立在被測圓的圓心上，被測圓的圓心通過被測量孔的軸線和孔的端面相交得到；讓X軸通過被測圓的圓心；根據(jù)已經(jīng)確立的Z軸、X軸和坐標原點自動生成Y軸，即組成一個固定的空間坐標系；(2)通過三坐標機的程序設置，讓三坐標探針沿X軸方向移動，分別檢測孔徑的兩個端點A
文檔編號G01B21/02GK1737495SQ20051005716
公開日2006年2月22日 申請日期2005年7月12日 優(yōu)先權日2005年7月12日
發(fā)明者曾祥麗, 吳永華 申請人:長安汽車(集團)有限責任公司