一种圆柱度在机检测方法技术

本发明专利技术涉及机械加工及检测领域，具体涉及一种圆柱度在机检测方法，本发明专利技术包括底座、第一转轴、第二转轴、圆箍、卡扣、第一半环以及第二半环；所述第一半环通过第一转轴设置在圆箍上，所述第二半环通过卡扣与第一半环连接，所述圆箍通过第二转轴设置在底座上，所述圆箍与第一半环下端面设有支脚，本发明专利技术通过将三坐标测量机在圆柱体上采集的三维测点投影至平面，通过迭代的方法搜索最小区域圆的圆心，大大简化了搜索的计算量；本发明专利技术投影后的测点通过最小二乘法确定圆心的初始值，使确定姿态下的搜索过程更加快捷，通过选取移心方向和移心步长，降低了搜索次数，提高了搜索精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及机械加工及检测领域，具体涉及一种圆柱度在机检测方法。
技术介绍
圆柱面是机械零件设计与加工中应用非常广泛的一种几何要素，圆柱度公差是对这种几何要素的形状提出的精度要求，是精密加工中需要进行检测和控制的主要几何形状误差之一。工件的圆柱度是该圆柱面包容在两个同轴的圆柱面内的最小距离。生产中一般常用圆柱截面的圆度公差和素线(或轴线)的直线度公差来控制圆柱度误差，或用径向跳动公差来控制圆柱度误差，这两种控制方法都不能实际测量和计算出圆柱度误差的大小。国际标准ISO/1101和国家标准GB/T1958-2004规定，形状误差值用包容实际被测要素且具有最小宽度E或最小直径φE的包容区域来表示，并以此为仲裁方法。实际生产中测量圆柱度误差的设备有圆柱度仪、三坐标测量机等，圆柱度仪测量精度高，但价格昂贵，对测量环境要求高而使其应用受到一定限制；实验室、工厂中常用三坐标测量机测量圆柱度误差，使用三坐标测量机测量圆柱度误差时得到的是一系列离散测点的坐标值，需要经过数据处理求解圆柱度误差，但目前的三坐标测量机只是给出最小二乘拟合的圆柱度误差，而不能给出最小区域法的圆柱度误差，此外目前的圆柱度测量装置只能进行离线测量，需要定位，精度差，效率低，反复装夹定位又会引入新的测量误差，给测量带来不便。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种在机检测、无需重复定位、提高检测精度和效率的圆柱度在机检测方法。为解决以上技术问题，本专利技术采用如下技术方案：本专利技术步骤如下：①利用旋转装置对被测圆柱体进行装夹，并基于三坐标测量机建立工件坐标系；101启动三坐标测量机，移动设置在工作台上的立柱对测头的半径进行校准；102将圆柱体设置在旋转装置内，所述旋转装置包括：底座、第一转轴、第二转轴、圆箍、卡扣、第一半环以及第二半环；所述第一半环通过第一转轴设置在圆箍上，所述第二半环通过卡扣与第一半环连接，所述圆箍通过第二转轴设置在底座上，所述圆箍与第一半环下端面设有支脚，所述底座底部设有固定孔，所述工作台上设有螺纹孔；所述旋转装置通过固定孔设置在工作台上；以底座底部的固定孔为基准确定O-X-Y-Z工件坐标；②确定圆柱体初始位姿，将测点投影至x-o-y平面，确定其最小二乘拟合圆心；201确定圆柱体初始位姿，φα＝0°，φβ＝0°，利用测头对圆柱体进行接触式采点得到测点Pi，其中i＝1,2,...n；202将测点投影至x-o-y平面，得到平面上的投影点其中i＝1,2,...n；求出的最小二乘拟合圆圆心坐标为Oz1(a,b)，其中③通过移动圆心Oz1(a,b)确定投影测点的最小包容圆，求得当前位姿下圆柱度值；301确定所有投影点距最小二乘圆心Oz1的距离，记为ri，其中i＝1,2,...n；并找出ri的最大值rmax和最小值rmin，分别记所对应的投影点为H1、L1，即为外接触点和内接触点；302确定∠H1Oz1L1的角度α1(α1<π)，及其角平分线Oz1Q1，确定γ1i＝∠PizOz1Q1，i＝1,2,...n；计算和求得el1i和eh1i的最小值e1，以e1为步长沿方向移动圆心Oz1至Oz2，找出另外一个内接触点L2；303确定∠L1Oz2L2的角度α2(α2<π)，及其角平分线Oz2Q2，确定γ2i＝∠PizOz2Q2；计算和求得el2i和eh2i的最小值e2，以e2为步长，沿方向移动圆心Oz2至Oz3，当出现内接触点时，则令其为L2，重复执行步骤303；当出现外接触点时，令其为H1，继续执行步骤304；304记锐角∠L2Oz3H1的角度为α3(α3<π)，及其角平分线Oz3Q3，确定γ3i＝∠PizOz3Q3；计算和求得el3i和eh3i的最小值e3，以e3为步长，沿方向移动圆心Oz3至Oz4，当出现内接触点时，则令其为L2，重复步骤304；当出现外接触点时，则令其为H2，继续执行步骤305；305判断线段L1L2、H1H2是否在被提取轮廓内有交点，当存在交点时，继续执行步骤306；否则，舍去H1，并令H2＝H1，执行步骤304；306在求得最小包容圆心的条件下，确定所有二维投影点Piz到最小包容圆心的距离ri′，其中i＝1,2,...n，计算圆柱度f＝max{ri′本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种圆柱度在机检测方法，其特征在于步骤如下：①利用旋转装置对被测圆柱体(14)进行装夹，并基于三坐标测量机建立工件坐标系；101启动三坐标测量机，移动设置在工作台(11)上的立柱(15)对测头(12)的半径进行校准；102将圆柱体(14)设置在旋转装置内，所述旋转装置包括：底座(1)、第一转轴(2)、第二转轴(3)、圆箍(4)、卡扣(5)、第一半环(8)以及第二半环(6)；所述第一半环(8)通过第一转轴(2)设置在圆箍(4)上，所述第二半环(6)通过卡扣(5)与第一半环(8)连接，所述圆箍(4)通过第二转轴(3)设置在底座(1)上，所述圆箍(4)与第一半环(8)下端面设有支脚(7)，所述底座(1)底部设有固定孔(9)，所述工作台(11)上设有螺纹孔(13)；所述旋转装置通过固定孔(9)设置在工作台(11)上；以底座(1)底部的固定孔(9)为基准确定O‑X‑Y‑Z工件坐标；②确定圆柱体(14)初始位姿，将测点投影至x‑o‑y平面，确定其最小二乘拟合圆心；201确定圆柱体(14)初始位姿，φα＝0°，φβ＝0°，利用测头(12)对圆柱体(14)进行接触式采点得到测点Pi，其中i＝1,2,...n；202将测点投影至x‑o‑y平面，得到平面上的投影点其中i＝1,2,...n；求出的最小二乘拟合圆圆心坐标为Oz1(a,b)，其中③通过移动圆心Oz1(a,b)确定投影测点的最小包容圆，求得当前位姿下圆柱度值；301确定所有投影点距最小二乘圆心Oz1的距离，记为ri，其中i＝1,2,...n；并找出ri的最大值rmax和最小值rmin，分别记所对应的投影点为H1、L1，即为外接触点和内接触点；302确定∠H1Oz1L1的角度α1(α1<π)，及其角平分线Oz1Q1，确定γ1i＝∠PizOz1Q1，i＝1,2,...n；计算和求得el1i和eh1i的最小值e1，以e1为步长沿方向移动圆心Oz1至Oz2，找出另外一个内接触点L2；303确定∠L1Oz2L2的角度α2(α2<π)，及其角平分线Oz2Q2，确定γ2i＝∠PizOz2Q2；计算和求得el2i和eh2i的最小值e2，以e2为步长，沿方向移动圆心Oz2至Oz3，当出现内接触点时，则令其为L2，重复执行步骤303；当出现外接触点时，令其为H1，继续执行步骤304；304记锐角∠L2Oz3H1的角度为α3(α3<π)，及其角平分线Oz3Q3，确定γ3i＝∠PizOz3Q3；计算和求得el3i和eh3i的最小值e3，以e3为步长，沿方向移动圆心Oz3至Oz4，当出现内接触点时，则令其为L2，重复步骤304；当出现外接触点时，则令其为H2，继续执行步骤305；305判断线段L1L2、H1H2是否在被提取轮廓内有交点，当存在交点时，继续执行步骤306；否则，舍去H1，并令H2＝H1，执行步骤304；306求得在新圆心条件下，确定所有投影点Piz到新圆心的距离ri′，其中i＝1,2,...n，计算圆柱度f＝max{ri′}‑min{ri′},i＝1,2,...,n，即为当前位姿状态下的圆柱度值；④变化圆柱体(14)的位姿，确定不同位姿下圆柱度值的最小值；401确定位姿变换步长e0，令φα＝φα+e0(i‑1)，φβ＝φβ+e0(j‑1)，i,j＝0,1,2,...n，利用工件坐标系确定圆柱体(14)新的位姿态，进行接触式采点，执行步骤③，并计算fi,j；402当f1,1不是fi,j的最小值时，i,j＝0,1,2,...n，找出fi,j的最小值记为fi',j'，i′,j′＝0,1,2,...n令φα＝φα+e0(i'‑1)，φβ＝φβ+e0(j'‑1)，并依此转动旋转机构的位置，确定圆柱体(14)新的位姿态，进行接触式采点，执行步骤③，并计算fi,j，重复执行步骤401；当f1,1为fi,j的最小值时，停止位姿变化，f1,1即为圆柱体(14)的圆柱度值。...

【技术特征摘要】
1.一种圆柱度在机检测方法，其特征在于步骤如下：①利用旋转装置对被测圆柱体(14)进行装夹，并基于三坐标测量机建立工件坐标系；101启动三坐标测量机，移动设置在工作台(11)上的立柱(15)对测头(12)的半径进行校准；102将圆柱体(14)设置在旋转装置内，所述旋转装置包括：底座(1)、第一转轴(2)、第二转轴(3)、圆箍(4)、卡扣(5)、第一半环(8)以及第二半环(6)；所述第一半环(8)通过第一转轴(2)设置在圆箍(4)上，所述第二半环(6)通过卡扣(5)与第一半环(8)连接，所述圆箍(4)通过第二转轴(3)设置在底座(1)上，所述圆箍(4)与第一半环(8)下端面设有支脚(7)，所述底座(1)底部设有固定孔(9)，所述工作台(11)上设有螺纹孔(13)；所述旋转装置通过固定孔(9)设置在工作台(11)上；以底座(1)底部的固定孔(9)为基准确定O-X-Y-Z工件坐标；②确定圆柱体(14)初始位姿，将测点投影至x-o-y平面，确定其最小二乘拟合圆心；201确定圆柱体(14)初始位姿，φα＝0°，φβ＝0°，利用测头(12)对圆柱体(14)进行接触式采点得到测点Pi，其中i＝1,2,...n；202将测点投影至x-o-y平面，得到平面上的投影点其中i＝1,2,...n；求出的最小二乘拟合圆圆心坐标为Oz1(a,b)，其中③通过移动圆心Oz1(a,b)确定投影测点的最小包容圆，求得当前位姿下圆柱度值；301确定所有投影点距最小二乘圆心O...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘志兵，王峻青，王东前，王西彬，籍永建，焦黎，闫正虎，潘霖，梁志强，颜培，冷寿阳，张路，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11