多孔同軸度誤差測量方法及裝置的製作方法

2023-10-11 09:09:39 2

專利名稱：多孔同軸度誤差測量方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種多孔同軸度誤差的測量技術，特別是涉及由計算機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械製造行業中的重要環節，如在內燃發動機製造行業，缸體上的曲軸孔、凸輪軸孔同軸度精度是保證缸體質量的重要技術指標，它對發動機的性能有比較大影響，因此方便準確地測量其同軸度誤差是內燃發動機製造行業中的關鍵技術。對於缸體曲軸孔、凸輪軸孔同軸度誤差的檢測，歷來各廠家都採用綜合量規法(心棒法)進行合格(量規通過)與不合格(量規通不過)的定性檢測，對於不合格的缸體，既不能確定是由於那個被測孔導致缸體的不合格，又不能提供被測孔相對於基準的誤差大小和方向，測量誤差大且不能提供為加工中調整工具機和質量管理所需的數據。
本發明的目的在於避免已有技術的不足之處，而提供一種由計算機自動控制測量過程，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於基準的誤差大小和方向、測量精度和效率高的多孔同軸度誤差的測量方法和裝置。
本發明的目的是通過下述方法和裝置來實現的。
本發明所揭示的多孔同軸度誤差測量方法，是由計算機自動控制整個測量過程，其測量步驟如下1.將被測工件按規定方向安置在可移動的工作檯上，移送到測量位置鎖緊固定;
2.裝有測量傳感器的轉軸自動插入被測工件的被測孔中並定位;
3.使轉軸轉動，計算機控制測量各孔的傳感器等角度採樣，同時在屏幕上分別依次顯示各孔輪廓每次採樣的測量值;
4.計算機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，計算出各被測孔的最小二乘圓心到基準的距離，該距離的2倍即為被測孔的同軸度誤差;
6.測量結束，屏幕顯示被測孔最小二乘圓心相對於基準的偏心方向示意圖，X、Y坐標值和同軸度誤差值，列印測量結果。
本發明的目的通過採取以下技術措施能夠獲得更好實現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。aK是富裡哀變換的一次分量實部2/N倍，bK是富裡哀變換的一次分量虛部的2/N倍;
(2)被測孔基準的直線方程為(x-a1)/(am-a1) = (y-b1)/(bm-b1) = (z-z1)/(zm-z1)
該直線的方向數為
(3)被測孔輪廓的最小二乘圓心到基準直線的距離為
(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，以該圓心到基準的距離評價同軸度誤差;當被測孔的長徑比＞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°採樣一次，每個孔的輪廓共採樣36點。
實現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、顯示裝置、列印裝置、作為測量部件的裝有傳感器的轉軸、驅動轉軸軸向移動的驅動裝置、驅動轉軸轉動的電機、可移動的工作檯、和測量角度的角度發訊盤和光電傳感器，被測工件安置在可移動的工作檯上，被測孔向對著轉軸，每個被測孔由安裝在轉軸上的相應傳感器測量，電機通過x，y雙向彈性聯軸器帶動轉軸轉動。角度發訊盤安裝在與轉軸同步轉動的部位，光電傳感器安置在相對轉軸靜止的殼體上，轉軸、電機和殼體聯結成一體，在驅動裝置的驅動下沿導軌移動。
實現本發明方法的裝置，為了使發明目的得到更好實現，還採取了以下技術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，所有的傳感器設置在轉軸的同一軸截面內，安裝有計算機CPU板和傳感器電路板的支架與轉軸固定安裝在一起，位於轉軸與電機之間;
測量裝置為立式結構，裝配聯結成一體的電機、支架和轉軸，通過端面浮動軸承懸掛在可沿導軌滑動的滑架上，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;
轉軸下端為錐面結構，轉軸為兩端支承，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構的軸承徑向定位，軸承的結構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於下端被測孔內;
驅動轉軸作軸向移動的驅動裝置為氣缸活塞結構，安裝在轉軸上的傳感器為帶觸頭的電渦流式傳感器。
附圖1是本發明的測量裝置的整體布局示意圖。
附圖2是本發明的定位測量原理圖。
附圖3是本發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。
下面結合


通過實施例對本發明作進一步的詳細描述。實施例是本發明應用於第二汽車製造廠引進美國Cummins公司技術加工的EQ153柴油發動機缸體曲軸孔、凸輪軸孔同軸度誤差測量裝置。被測工件為6缸發動機缸體，被測的曲軸孔、凸輪軸孔各為7個。測量裝置為立式結構。被測缸體(12)吊裝在小車工作檯(13)上，小車工作檯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軸，(10)是測量曲軸孔同軸度誤差的轉軸。每個轉軸都分別裝有7個帶觸頭的電渦流式傳感器(20)，每個轉軸上的所有傳感器位於同一軸截面內，測量時，每個傳感器掃描測量相應的曲軸孔或凸輪軸孔。每個轉軸分別與各自裝有計算機CPU板、傳感器電路板(16)的支架(17)固定聯結成一體，再分別通過x，y雙向彈性聯軸器(15)與各自的驅動電機(14)聯結，電機安置在殼體(9)內，分別構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。作為驅動機構的氣缸活塞(3)通過滑架(6)帶動測量部件上下軸向移動，使裝有傳感器的轉軸進入或退出被測的曲軸孔或凸輪軸孔。(1)是測量裝置的機架。
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檯上，再將被測缸體送至使其被測孔向對著轉軸的測量位置並鎖緊。氣缸活塞(3)在計算機的控制下，驅動測量部件向下移動，由於轉軸的端部為錐面和整個測量部件通過可在兩個方向轉動的鉸鏈和端面浮動軸承懸掛在滑架上，裝有傳感器的轉軸自動地進入被測的曲軸孔和凸輪軸孔。轉軸插入到位時，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，同時轉軸下端軸承(22)自脹緊定位於缸體最下端的曲軸孔(凸輪軸孔)內，軸承(22)的結構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於被測孔內。電動機在計算機的控制下啟動，帶動轉軸迴轉一周，到位自動停止，旋轉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行掃描，計算機根據角度發訊盤與光電傳感器每10°發出的信號、分別採集記錄各傳感器36個測量數據、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採樣點的測量值，測量結束即顯示各被測孔圓心相對基準的坐標值、坐標示意圖形和同軸度誤差值，印表機列印所顯示的測量結果的數據及示意圖。
本發明同軸度誤差的計算原理如圖3和圖4所示。設曲軸孔(或凸輪軸孔)的第i孔被測圓的採樣值為△rij，i＝1，2，……7，j＝0，1，……N-1，N為採樣點數，△rij為第i個孔被測圓的第j個半徑變化量。圖中0(0，0)為測量迴轉中心，O1i(ai，bi)為最小二乘圓中心，ei為偏心量。根據傳統推薦公式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)。根據要求測量基準為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次實數相乘;2(N-1)次實數相加。如果截面數較多，採樣數據多，則速度較慢，本發明採用了一種快速遞歸富裡哀變換方法，它可單獨計算某一次分量，使計算速度提高2/3，應用於求最小二乘圓心的公式推導如下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就是富裡哀變換的一次分量實部的2/N倍，bK就是富裡哀變換的一次分量虛部的2/N倍。
確定了最小二乘圓心後，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)直線的方向數為
於是空間點到直線的距離為
同軸度誤差為
φfi＝2hi式中i＝2，3，4，5，6。
在本發明中由於採用了以快速遞歸富裡哀變換所得到的公式確定被測孔最小二乘圓心坐標的方法;每個被測孔以各自對應的，具有平均效應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軸的同一軸截面內;轉軸定位支承於被測的曲軸孔、凸輪軸孔上下兩端孔內;轉軸帶著傳感器旋轉對各孔實際輪廓進行掃描測量一周到位自動停止;整個測量過程由計算機實施控制、數據採集、計算各孔的最小二乘圓心及被測孔相對基準孔的同軸度誤差等先進技術措施，保證了本發明的高效率、高精度測量，使得本發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，測量不確定度達到≤2μm的水平，顯示裝置和印表機隨著測量過程的進行，顯示和列印被測孔中心相對於基準的坐標值、坐標示意圖形和同軸度誤差值，為加工中調整工具機和工廠質量管理提供了可靠的依據。
本發明除具有上述優點外，還具有被測缸體安裝精度要求低的優點。由於本發明的裝置為立式結構，轉軸的下端部為圓錐面，整個測量部件通過可兩個方向轉動的鉸鏈和端面浮動軸承懸掛在滑動支架上，因此只要轉軸端部錐體進入被測孔，整個轉軸就可插入被測孔中，進行高精度的測量。
本發明具有自動化程度高、測量精度高、檢測速度快，操作方便，運行可靠，技術先進的特點，是測量多孔同軸度誤差的圓滿技術，解決了內燃發動機製造行業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。
本發明的測量方法不限於只適用本發明的測量裝置，亦可用於其它類似裝置，測量多孔的同軸度誤差。
本發明的測量裝置，也不限於附圖所描述的實施例。
權利要求
1.一種多孔同軸度誤差的測量方法，測量過程由計算機自動控制，其特徵在於測量步驟如下(1)將被測工件按規定方向安置在可移動的工作檯上，移送到測量位置鎖緊固定；(2)裝有測量傳感器的轉軸自動插入被測工件的被測孔中並定位；(3)使轉軸轉動，計算機控制測量各孔的傳感器等角度採樣，同時在屏幕上分別依次顯示各孔輪廓每次採樣的測量值；(4)計算機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，計算出各被測孔的最小二乘圓心到基準的距離，該距離的2倍即為被測孔的同軸度誤差；(6)測量結束。屏幕顯示被測孔最小二乘圓心相對於基準的偏心方向示意圖，X，y坐標值和同軸度誤差值，列印測量結果。
2.根據權利要求1所述的多孔同軸度誤差的測量方法，其特徵在於(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。ak是富裡變換的一次分量實部的2/N倍，bk是富裡哀變換的一次分量虛部的2/N倍;(2)作為被測孔基準的直線方程為(x-a1)/(am-a1) = (y-b1)/(bm-b1) = (z-z1)/(zm-z1)該直線的方向數為
(3)被測孔輪廓的最小二乘圓心到基準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.根據權利要求1或2所述的多孔同軸度誤差測量方法，其特徵在於，當被測孔的長徑比≤0.5時，測量計算被測孔一個截面的最小二乘圓心，以該圓心到基準的距離評價同軸度誤差;當被測孔的長徑比＞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.根據權利要求3所述的多孔同軸度誤差的測量方法，其特徵在於測量各孔的傳感器每10°採樣一次，每個孔的輪廓共採樣36點。
5.按照權利要求1所述的多孔同軸度誤差測量方法而設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、顯示裝置、列印裝置，其特徵在於還包括裝有傳感器(20)的轉軸(10)(11)、驅動轉軸軸向移動的驅動裝置(3)、驅動轉軸轉動的電機(14)、可移動的工作檯(13)和測量角度的角度發訊盤(19)和光電傳感器(18)，被測工件(12)安置在可移動的工作檯(13)上，被測孔向對著轉軸(10)(11)，每個被測孔由安裝在轉軸上的相應傳感器(20)測量，電機通過x，y雙向彈性聯軸器(15)帶動轉軸轉動，角度發訊盤安置在與轉軸同步轉動的部位，光電傳感器安置在相對轉軸靜止的殼體(9)上，轉軸、電機和殼體聯結成一體，在驅動裝置(3)的驅動下沿導軌(8)移動。
6.根據權利要求4所述的測量裝置，其特徵在於被測工件的每個被測孔由一個或兩個傳感器掃描測量，全部傳感器設置在轉軸的同一軸截面內，安裝有計算機CPU板和傳感器電路板(16)的支架(17)與轉軸固定安裝在一起，位於轉軸與電機之間。
7.根據權利要求5或6所述的測量裝置，其特徵在於測量裝置為立式結構，裝配聯結成一體的電機(14)、支架(17)和轉軸(10)、(11)，通過端面浮動軸承(7)懸掛在沿導軌(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.根據權利要求7所述的測量裝置，其特徵在於轉軸下端為錐面，轉軸為兩端支承，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，其結構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於下端被測孔內。
9.根據權利要求7所述的測量裝置，其特徵在於驅動轉軸作軸向移動的驅動裝置為氣缸活塞結構，安裝在轉軸上的傳感器為帶觸頭的電渦流式傳感器。
10.根據權利要求8所述的測量裝置，其特徵在於驅動轉軸作軸向移動的驅動裝置為氣缸活塞結構，安裝在轉軸上的傳感器為帶觸頭的電渦流式傳感器。
全文摘要
本發明是測量多孔同軸度誤差的方法及裝置。測量在計算機控制下進行、每個被測孔由對應的傳感器測量，測量同一同軸度誤差的所有傳感器安裝在轉軸的同一軸截面內，轉軸旋轉一周，傳感器對被測孔實際輪廓進行掃描測量，計算機根據傳感器獲得的數據，計算被測孔最小二乘圓心，及各孔關於基準的距離，從而求得被測孔相對基準孔的同軸度誤差。本發明具有自動化程度高、測量精度高、檢測速度快、運行可靠、操作方便、技術先進的特點。
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 優先權日1991年8月13日
發明者胥尚焜, 陳文章, 吳瑞, 田貴雲, 黃鳳翔 申請人:成都科技大學