專利名稱：多孔同軸度誤差測量方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多孔同軸度誤差的測量技術(shù)，特別是涉及由計算機(jī)自動控制測量多孔同軸度誤差的方法及裝置。
多孔同軸度誤差的測量通常是機(jī)械制造行業(yè)中的重要環(huán)節(jié)，如在內(nèi)燃發(fā)動機(jī)制造行業(yè)，缸體上的曲軸孔、凸輪軸孔同軸度精度是保證缸體質(zhì)量的重要技術(shù)指標(biāo)，它對發(fā)動機(jī)的性能有比較大影響，因此方便準(zhǔn)確地測量其同軸度誤差是內(nèi)燃發(fā)動機(jī)制造行業(yè)中的關(guān)鍵技術(shù)。對于缸體曲軸孔、凸輪軸孔同軸度誤差的檢測，歷來各廠家都采用綜合量規(guī)法(心棒法)進(jìn)行合格(量規(guī)通過)與不合格(量規(guī)通不過)的定性檢測，對于不合格的缸體，既不能確定是由于那個被測孔導(dǎo)致缸體的不合格，又不能提供被測孔相對于基準(zhǔn)的誤差大小和方向，測量誤差大且不能提供為加工中調(diào)整機(jī)床和質(zhì)量管理所需的數(shù)據(jù)。
本發(fā)明的目的在于避免已有技術(shù)的不足之處，而提供一種由計算機(jī)自動控制測量過程，既能迅速確定出不合格的被測孔，又能迅速提供被測孔相對于基準(zhǔn)的誤差大小和方向、測量精度和效率高的多孔同軸度誤差的測量方法和裝置。
本發(fā)明的目的是通過下述方法和裝置來實(shí)現(xiàn)的。
本發(fā)明所揭示的多孔同軸度誤差測量方法，是由計算機(jī)自動控制整個測量過程，其測量步驟如下1.將被測工件按規(guī)定方向安置在可移動的工作臺上，移送到測量位置鎖緊固定;
2.裝有測量傳感器的轉(zhuǎn)軸自動插入被測工件的被測孔中并定位;
3.使轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，計算機(jī)控制測量各孔的傳感器等角度采樣，同時在屏幕上分別依次顯示各孔輪廓每次采樣的測量值;
4.計算機(jī)按最小二乘圓法計算出各傳感器掃描的截面最小二乘圓心;
5.以上述4所計算出的兩端被測孔的最小二乘圓心連線作為測量其它各被測孔的基準(zhǔn)，計算出各被測孔的最小二乘圓心到基準(zhǔn)的距離，該距離的2倍即為被測孔的同軸度誤差;
6.測量結(jié)束，屏幕顯示被測孔最小二乘圓心相對于基準(zhǔn)的偏心方向示意圖，X、Y坐標(biāo)值和同軸度誤差值，打印測量結(jié)果。
本發(fā)明的目的通過采取以下技術(shù)措施能夠獲得更好實(shí)現(xiàn)1.最小二乘圓的圓心和同軸度的誤差按下面的公式計算(1)計算最小二乘圓的公式ak-jbk=2N∑N-1n=0△rkn(cosθn-jSinθn)=2NΣN-1n=0Δrkne-j2πNn]]>=2N∑N-1n=0Δrkewn=2Nxk(1)]]>aK＝ 2/(N) XKR(1) bK＝ 2/(N) XKI(1)K＝1，2，……，m，m是被測孔的個數(shù)。aK是富里哀變換的一次分量實(shí)部2/N倍，bK是富里哀變換的一次分量虛部的2/N倍;
(2)被測孔基準(zhǔn)的直線方程為(x-a1)/(am-a1) = (y-b1)/(bm-b1) = (z-z1)/(zm-z1)
該直線的方向數(shù)為
(3)被測孔輪廓的最小二乘圓心到基準(zhǔn)直線的距離為
(4)同軸度誤差為Φfi＝2hi式中i＝2，3，4，……，m-1。
2.當(dāng)被測孔的長徑比≤0.5時，測量計算被測孔一個截面的最小二乘圓心，以該圓心到基準(zhǔn)的距離評價同軸度誤差;當(dāng)被測孔的長徑比＞0.5時，測量計算被測孔二個截面的最小二乘圓心和圓心到基準(zhǔn)的距離，以兩個截面中誤差大的一個評價同軸度誤差。
3.測量各孔的傳感器每10°采樣一次，每個孔的輪廓共采樣36點(diǎn)。
實(shí)現(xiàn)上述測量方法的一種裝置，它包括自動控制測量過程的計算機(jī)、顯示裝置、打印裝置、作為測量部件的裝有傳感器的轉(zhuǎn)軸、驅(qū)動轉(zhuǎn)軸軸向移動的驅(qū)動裝置、驅(qū)動轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動的電機(jī)、可移動的工作臺、和測量角度的角度發(fā)訊盤和光電傳感器，被測工件安置在可移動的工作臺上，被測孔向?qū)χD(zhuǎn)軸，每個被測孔由安裝在轉(zhuǎn)軸上的相應(yīng)傳感器測量，電機(jī)通過x，y雙向彈性聯(lián)軸器帶動轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動。角度發(fā)訊盤安裝在與轉(zhuǎn)軸同步轉(zhuǎn)動的部位，光電傳感器安置在相對轉(zhuǎn)軸靜止的殼體上，轉(zhuǎn)軸、電機(jī)和殼體聯(lián)結(jié)成一體，在驅(qū)動裝置的驅(qū)動下沿導(dǎo)軌移動。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明方法的裝置，為了使發(fā)明目的得到更好實(shí)現(xiàn)，還采取了以下技術(shù)措施被測工件的每個被測孔由一個或兩個傳感器掃描測量，所有的傳感器設(shè)置在轉(zhuǎn)軸的同一軸截面內(nèi)，安裝有計算機(jī)CPU板和傳感器電路板的支架與轉(zhuǎn)軸固定安裝在一起，位于轉(zhuǎn)軸與電機(jī)之間;
測量裝置為立式結(jié)構(gòu)，裝配聯(lián)結(jié)成一體的電機(jī)、支架和轉(zhuǎn)軸，通過端面浮動軸承懸掛在可沿導(dǎo)軌滑動的滑架上，懸掛體的重量由鏈輪支承著的鏈條另一端所懸掛的平衡重錘平衡;
轉(zhuǎn)軸下端為錐面結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)軸為兩端支承，上端通過軸承套的外圓錐面定位支承在被測工件最上端的孔端，下端通過具有特殊結(jié)構(gòu)的軸承徑向定位，軸承的結(jié)構(gòu)是由滑套帶動定位鋼球移動使外圓為錐面的下軸承套脹緊于下端被測孔內(nèi);
驅(qū)動轉(zhuǎn)軸作軸向移動的驅(qū)動裝置為氣缸活塞結(jié)構(gòu)，安裝在轉(zhuǎn)軸上的傳感器為帶觸頭的電渦流式傳感器。
附圖1是本發(fā)明的測量裝置的整體布局示意圖。
附圖2是本發(fā)明的定位測量原理圖。
附圖3是本發(fā)明的同軸度誤差計算原理圖。
附圖4是附圖3第i個被測孔計算確定最小二乘圓心的示意平面圖。
下面結(jié)合


通過實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。實(shí)施例是本發(fā)明應(yīng)用于第二汽車制造廠引進(jìn)美國Cummins公司技術(shù)加工的EQ153柴油發(fā)動機(jī)缸體曲軸孔、凸輪軸孔同軸度誤差測量裝置。被測工件為6缸發(fā)動機(jī)缸體，被測的曲軸孔、凸輪軸孔各為7個。測量裝置為立式結(jié)構(gòu)。被測缸體(12)吊裝在小車工作臺(13)上，小車工作臺可與吊裝工位和測量工位鎖緊在軌道支架上。(11)是測量凸輪軸孔同軸度誤差的轉(zhuǎn)軸，(10)是測量曲軸孔同軸度誤差的轉(zhuǎn)軸。每個轉(zhuǎn)軸都分別裝有7個帶觸頭的電渦流式傳感器(20)，每個轉(zhuǎn)軸上的所有傳感器位于同一軸截面內(nèi)，測量時，每個傳感器掃描測量相應(yīng)的曲軸孔或凸輪軸孔。每個轉(zhuǎn)軸分別與各自裝有計算機(jī)CPU板、傳感器電路板(16)的支架(17)固定聯(lián)結(jié)成一體，再分別通過x，y雙向彈性聯(lián)軸器(15)與各自的驅(qū)動電機(jī)(14)聯(lián)結(jié)，電機(jī)安置在殼體(9)內(nèi)，分別構(gòu)成測量曲軸孔和凸輪軸孔同軸度誤差的測量部件。測量角度的光電傳感器(18)和角度發(fā)訊盤(19)分別固定在殼體(9)和支架(17)上。測量曲軸孔的測量部件和測量凸輪軸孔的測量部件分別通過可在兩個方向轉(zhuǎn)動的鉸鏈和端面浮動軸承(7)懸掛在同一個滑動支架(6)上，兩個測量部件的重量由鏈輪(5)支承著的鏈條(4)另一端所懸掛的平衡重錘(2)平衡。作為驅(qū)動機(jī)構(gòu)的氣缸活塞(3)通過滑架(6)帶動測量部件上下軸向移動，使裝有傳感器的轉(zhuǎn)軸進(jìn)入或退出被測的曲軸孔或凸輪軸孔。(1)是測量裝置的機(jī)架。
測量時，先將被測缸體使其曲軸孔、凸輪軸孔垂直向上地安置在小車工作臺上，再將被測缸體送至使其被測孔向?qū)χD(zhuǎn)軸的測量位置并鎖緊。氣缸活塞(3)在計算機(jī)的控制下，驅(qū)動測量部件向下移動，由于轉(zhuǎn)軸的端部為錐面和整個測量部件通過可在兩個方向轉(zhuǎn)動的鉸鏈和端面浮動軸承懸掛在滑架上，裝有傳感器的轉(zhuǎn)軸自動地進(jìn)入被測的曲軸孔和凸輪軸孔。轉(zhuǎn)軸插入到位時，殼體(9)下端90°的錐面(21)與被測缸體最上端的曲軸孔(凸輪軸孔)接觸定位，同時轉(zhuǎn)軸下端軸承(22)自脹緊定位于缸體最下端的曲軸孔(凸輪軸孔)內(nèi)，軸承(22)的結(jié)構(gòu)是由滑套帶動定位鋼球移動使外圓為錐面的下軸承套脹緊于被測孔內(nèi)。電動機(jī)在計算機(jī)的控制下啟動，帶動轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)一周，到位自動停止，旋轉(zhuǎn)中各傳感器對缸體的1、2、3、4、5、6、7曲軸孔、凸輪軸孔的一個截面的輪廓進(jìn)行掃描，計算機(jī)根據(jù)角度發(fā)訊盤與光電傳感器每10°發(fā)出的信號、分別采集記錄各傳感器36個測量數(shù)據(jù)、計算出最小二乘圓心，再計算出2、3、4、5、6各孔圓心到1.7孔圓心連線的距離的2倍，即為被測孔相對基準(zhǔn)的同軸度誤差。測量掃描過程中，屏幕上分別依次顯示曲軸孔、凸輪軸孔中各孔每一采樣點(diǎn)的測量值，測量結(jié)束即顯示各被測孔圓心相對基準(zhǔn)的坐標(biāo)值、坐標(biāo)示意圖形和同軸度誤差值，打印機(jī)打印所顯示的測量結(jié)果的數(shù)據(jù)及示意圖。
本發(fā)明同軸度誤差的計算原理如圖3和圖4所示。設(shè)曲軸孔(或凸輪軸孔)的第i孔被測圓的采樣值為△rij，i＝1，2，……7，j＝0，1，……N-1，N為采樣點(diǎn)數(shù)，△rij為第i個孔被測圓的第j個半徑變化量。圖中0(0，0)為測量回轉(zhuǎn)中心，O1i(ai，bi)為最小二乘圓中心，ei為偏心量。根據(jù)傳統(tǒng)推薦公式ai=2N∑N-1j=0Δrijcos(2πij/N)]]>bi=2N∑N-1j=0ΔrijSin(2πij/N)]]>可以求出最小二乘圓心O1i(ai，bi)。根據(jù)要求測量基準(zhǔn)為1，7孔的公共軸線，即1，7曲軸孔(或凸輪軸孔)被測圓最小二乘圓圓心O1′(a，b，Z，)，O7′(a7，b7，Z7)的連線L。
各被測孔的同軸度誤差即各最小二乘圓心O′i(ai，bi，Zi)到空間直線L的距隔的兩倍。
φfi＝2hii＝2，3，4，5，6按照這種傳統(tǒng)的推薦公式計算各被測圓的最小二乘圓心，需要計算2N次COS，sin;2N次實(shí)數(shù)相乘;2(N-1)次實(shí)數(shù)相加。如果截面數(shù)較多，采樣數(shù)據(jù)多，則速度較慢，本發(fā)明采用了一種快速遞歸富里哀變換方法，它可單獨(dú)計算某一次分量，使計算速度提高2/3，應(yīng)用于求最小二乘圓心的公式推導(dǎo)如下ak-jbk=2N∑N-1n=0△rkn(cosθn-jSinθn)=2NΣN-1n=0Δrkne-j2πNn]]>=2N∑N-1n=0Δrknwn=2Nxk(1)]]>aK＝ 2/(N) XKR(1) bK＝ 2/(N) XKI(1)K＝1，2，3，4，5，6，7由上式可知，最小二乘圓心的aK就是富里哀變換的一次分量實(shí)部的2/N倍，bK就是富里哀變換的一次分量虛部的2/N倍。
確定了最小二乘圓心后，計算同軸度誤差的公式如下O1′(a1，b1，Z1)、O7′(a7，b7，Z7)連線的直線方程為(x-a1)/(am-a1) = (y-b1)/(bm-b1) = (z-z1)/(zm-z1)直線的方向數(shù)為
于是空間點(diǎn)到直線的距離為
同軸度誤差為
φfi＝2hi式中i＝2，3，4，5，6。
在本發(fā)明中由于采用了以快速遞歸富里哀變換所得到的公式確定被測孔最小二乘圓心坐標(biāo)的方法;每個被測孔以各自對應(yīng)的，具有平均效應(yīng)的電渦流傳感器測量;測量曲軸孔的所有傳感器與測量凸輪軸孔的所有傳感器分別安裝在各自轉(zhuǎn)軸的同一軸截面內(nèi);轉(zhuǎn)軸定位支承于被測的曲軸孔、凸輪軸孔上下兩端孔內(nèi);轉(zhuǎn)軸帶著傳感器旋轉(zhuǎn)對各孔實(shí)際輪廓進(jìn)行掃描測量一周到位自動停止;整個測量過程由計算機(jī)實(shí)施控制、數(shù)據(jù)采集、計算各孔的最小二乘圓心及被測孔相對基準(zhǔn)孔的同軸度誤差等先進(jìn)技術(shù)措施，保證了本發(fā)明的高效率、高精度測量，使得本發(fā)明只須一次安裝缸體便可在3分鐘測出曲軸孔、凸輪軸孔的同軸度誤差，測量不確定度達(dá)到≤2μm的水平，顯示裝置和打印機(jī)隨著測量過程的進(jìn)行，顯示和打印被測孔中心相對于基準(zhǔn)的坐標(biāo)值、坐標(biāo)示意圖形和同軸度誤差值，為加工中調(diào)整機(jī)床和工廠質(zhì)量管理提供了可靠的依據(jù)。
本發(fā)明除具有上述優(yōu)點(diǎn)外，還具有被測缸體安裝精度要求低的優(yōu)點(diǎn)。由于本發(fā)明的裝置為立式結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)軸的下端部為圓錐面，整個測量部件通過可兩個方向轉(zhuǎn)動的鉸鏈和端面浮動軸承懸掛在滑動支架上，因此只要轉(zhuǎn)軸端部錐體進(jìn)入被測孔，整個轉(zhuǎn)軸就可插入被測孔中，進(jìn)行高精度的測量。
本發(fā)明具有自動化程度高、測量精度高、檢測速度快，操作方便，運(yùn)行可靠，技術(shù)先進(jìn)的特點(diǎn)，是測量多孔同軸度誤差的圓滿技術(shù)，解決了內(nèi)燃發(fā)動機(jī)制造行業(yè)長期渴望解決而未解決的問題，為他們提供了檢測缸體曲軸孔、凸輪孔同軸度誤差的有力手段。
本發(fā)明的測量方法不限于只適用本發(fā)明的測量裝置，亦可用于其它類似裝置，測量多孔的同軸度誤差。
本發(fā)明的測量裝置，也不限于附圖所描述的實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種多孔同軸度誤差的測量方法，測量過程由計算機(jī)自動控制，其特征在于測量步驟如下(1)將被測工件按規(guī)定方向安置在可移動的工作臺上，移送到測量位置鎖緊固定；(2)裝有測量傳感器的轉(zhuǎn)軸自動插入被測工件的被測孔中并定位；(3)使轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，計算機(jī)控制測量各孔的傳感器等角度采樣，同時在屏幕上分別依次顯示各孔輪廓每次采樣的測量值；(4)計算機(jī)按最小二乘圓法計算出各傳感器掃描的截面最小二乘圓心；(5)以上述(4)所計算出的兩端被測孔的最小二乘圓心連線作為測量其它各被測孔的基準(zhǔn)，計算出各被測孔的最小二乘圓心到基準(zhǔn)的距離，該距離的2倍即為被測孔的同軸度誤差；(6)測量結(jié)束。屏幕顯示被測孔最小二乘圓心相對于基準(zhǔn)的偏心方向示意圖，X，y坐標(biāo)值和同軸度誤差值，打印測量結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多孔同軸度誤差的測量方法，其特征在于(1)最小二乘圓的圓心按下述公式計算確定ak-jbk=2N∑N-1n=0△rkn(cosθn-jSinθn)=2NΣN-1n=0Δrkne-j2πNn]]>=2N∑N-1n=0Δrkewn=2Nxk(1)]]>aK＝ 2/(N) XKR(1) bK＝ 2/(N) XKI(1)k＝1，2，……，m，m是被測孔的個數(shù)。ak是富里變換的一次分量實(shí)部的2/N倍，bk是富里哀變換的一次分量虛部的2/N倍;(2)作為被測孔基準(zhǔn)的直線方程為(x-a1)/(am-a1) = (y-b1)/(bm-b1) = (z-z1)/(zm-z1)該直線的方向數(shù)為
(3)被測孔輪廓的最小二乘圓心到基準(zhǔn)直線的距離按下面的公式計算
(4)同軸度誤差按下面的公式計算Φfi＝2hi式中i＝2，3，4……，m-1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多孔同軸度誤差測量方法，其特征在于，當(dāng)被測孔的長徑比≤0.5時，測量計算被測孔一個截面的最小二乘圓心，以該圓心到基準(zhǔn)的距離評價同軸度誤差;當(dāng)被測孔的長徑比＞0.5時，測量計算被測孔二個截面的最小二乘圓心和圓心到基準(zhǔn)的距離，以兩個截面中誤差大的一個評價同軸度誤差。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多孔同軸度誤差的測量方法，其特征在于測量各孔的傳感器每10°采樣一次，每個孔的輪廓共采樣36點(diǎn)。
5.按照權(quán)利要求1所述的多孔同軸度誤差測量方法而設(shè)計的一種多孔同軸度誤差測量裝置，包括自動控制測量過程的計算機(jī)、顯示裝置、打印裝置，其特征在于還包括裝有傳感器(20)的轉(zhuǎn)軸(10)(11)、驅(qū)動轉(zhuǎn)軸軸向移動的驅(qū)動裝置(3)、驅(qū)動轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動的電機(jī)(14)、可移動的工作臺(13)和測量角度的角度發(fā)訊盤(19)和光電傳感器(18)，被測工件(12)安置在可移動的工作臺(13)上，被測孔向?qū)χD(zhuǎn)軸(10)(11)，每個被測孔由安裝在轉(zhuǎn)軸上的相應(yīng)傳感器(20)測量，電機(jī)通過x，y雙向彈性聯(lián)軸器(15)帶動轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，角度發(fā)訊盤安置在與轉(zhuǎn)軸同步轉(zhuǎn)動的部位，光電傳感器安置在相對轉(zhuǎn)軸靜止的殼體(9)上，轉(zhuǎn)軸、電機(jī)和殼體聯(lián)結(jié)成一體，在驅(qū)動裝置(3)的驅(qū)動下沿導(dǎo)軌(8)移動。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的測量裝置，其特征在于被測工件的每個被測孔由一個或兩個傳感器掃描測量，全部傳感器設(shè)置在轉(zhuǎn)軸的同一軸截面內(nèi)，安裝有計算機(jī)CPU板和傳感器電路板(16)的支架(17)與轉(zhuǎn)軸固定安裝在一起，位于轉(zhuǎn)軸與電機(jī)之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的測量裝置，其特征在于測量裝置為立式結(jié)構(gòu)，裝配聯(lián)結(jié)成一體的電機(jī)(14)、支架(17)和轉(zhuǎn)軸(10)、(11)，通過端面浮動軸承(7)懸掛在沿導(dǎo)軌(8)可滑動的滑架(6)上，懸掛體的重量由鏈輪(5)支承著的鏈條(4)懸掛的平衡重錘(2)平衡。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的測量裝置，其特征在于轉(zhuǎn)軸下端為錐面，轉(zhuǎn)軸為兩端支承，上端通過軸承套的外圓錐面(21)定位支承在被測工件最上端孔的孔端，下端通過軸承(22)徑向定位，其結(jié)構(gòu)是由滑套帶動定位鋼球移動使外圓為錐面的下軸承套脹緊于下端被測孔內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的測量裝置，其特征在于驅(qū)動轉(zhuǎn)軸作軸向移動的驅(qū)動裝置為氣缸活塞結(jié)構(gòu)，安裝在轉(zhuǎn)軸上的傳感器為帶觸頭的電渦流式傳感器。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的測量裝置，其特征在于驅(qū)動轉(zhuǎn)軸作軸向移動的驅(qū)動裝置為氣缸活塞結(jié)構(gòu)，安裝在轉(zhuǎn)軸上的傳感器為帶觸頭的電渦流式傳感器。
全文摘要
本發(fā)明是測量多孔同軸度誤差的方法及裝置。測量在計算機(jī)控制下進(jìn)行、每個被測孔由對應(yīng)的傳感器測量，測量同一同軸度誤差的所有傳感器安裝在轉(zhuǎn)軸的同一軸截面內(nèi)，轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)一周，傳感器對被測孔實(shí)際輪廓進(jìn)行掃描測量，計算機(jī)根據(jù)傳感器獲得的數(shù)據(jù)，計算被測孔最小二乘圓心，及各孔關(guān)于基準(zhǔn)的距離，從而求得被測孔相對基準(zhǔn)孔的同軸度誤差。本發(fā)明具有自動化程度高、測量精度高、檢測速度快、運(yùn)行可靠、操作方便、技術(shù)先進(jìn)的特點(diǎn)。
文檔編號G01B21/24GK1069570SQ91107268
公開日1993年3月3日 申請日期1991年8月13日 優(yōu)先權(quán)日1991年8月13日
發(fā)明者胥尚焜, 陳文章, 吳瑞, 田貴云, 黃鳳翔 申請人:成都科技大學(xué)