圆柱工件的轴心线校正方法及其分段截面的直径测量方法技术

本发明专利技术涉及一种圆柱工件的轴心线校正方法，首先基于工件端面参考点C0的设计来确定工件在测量坐标系下的空间相对位置，然后利用工件定位截面ZA、ZB上两组对称相关的补偿点实现定位截面在X与Y轴偏差的首次修正Δx与Δy，接着通过对定位截面ZA、ZB轮廓的再次采样获取并拟合计算出中心点O′A、O′B，以中心点O′A与中心点O′B确定的直线作为圆柱工件的基准轴线φ，建立与参考点C0的几何关系并求解，实现基准轴线φ与测量坐标系Z轴相对偏差角θ的校准修正。本发明专利技术还提供一种圆柱工件分段截面的直径测量方法：建立定位截面修正值Δx与Δy与被测截面的几何关系，得出线性补偿值Δxi与Δyi，计算探针针对采样点的坐标，形成对被测截面轮廓一体化自动采样，最后利用空间投影和拟合算法对采样数据处理求出直径量值。

【技术实现步骤摘要】
圆柱工件的轴心线校正方法及其分段截面的直径测量方法
本专利技术涉及一种对圆柱工件进行轴心线校正的方法，还涉及一种对圆柱工件上各分段圆柱截面的直径进行测量的方法。
技术介绍
具有圆柱特征的工件被广泛应用在航空航天、船舶、高铁、汽车、家庭产品等先进工业制造领域，其几何尺寸对于最终的产品装配合成与性能质量至关重要。随着中国制造产品质量的提升，在设计加工圆柱工件时，对其多个几何特征的测量精度要求越来越高，例如用于校准发动机的曲轴标准棒，其不同部位的截面直径必须满足相应主轴颈或连杆轴颈的要求，这使得圆柱工件的几个尺寸检测已不局限于传统的圆度和圆柱度形位误差测量，而必须包括了对圆柱工件各个截面几个特征的高精度测量。当前针对中等/大尺寸圆柱工件分段截面直径的高精度检测，主要采用装配高分辨率转台的接触式三坐标测量机(CMM)，利用圆柱工件的回转和直线运动的探针传感器的逐步扫描采样来实现测量，这使得在测量过程中对这三部分技术有严格的要求：中心轴线的高精度定位、被测截面相对于轴线的姿态偏差以及合理的扫描探针空间路径规划。上述三个关键技术的解决直接影响圆柱工件多个几何特制的测量精度与效率。理想状态下，被测圆柱工件轴心线平行于测量坐标系(OXYZ)的Z轴，实际工件由于安装偏心、形状要素等原因，使得各个被测截面很难保持轴心一致(轴心线共线)。因此，客观准确的评价各截面直径误差，同时降低圆柱工件的相对位姿(被测截面轴心线相对于测量坐标系Z轴的偏差)，对于测量结果的准确性和精度的提高十分重要。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述不足，本专利技术提供一种圆柱工件的轴心线校正方法，解决现有技术中对圆柱工件的轴心线校正精度不高的技术问题，能够拟合出更加接近圆柱工件真实倾斜程度的虚拟轴心线，为圆柱工件几何特征的精确测量打下基础。为解决上述技术问题，本专利技术采用了如下技术手段：一种圆柱工件的轴心线校正方法，包括以下步骤：步骤101：将待测圆柱工件安装在接触式三坐标测量机的转台上：圆柱工件竖直放置，其上下两端分别被上顶尖、下顶尖固定；以位于圆柱工件下端面下方并在下顶尖轴心线上的任一点作为测量坐标系的原点O，以下顶尖轴线作为Z轴；待测圆柱工件的名义长度l以及上端面名义半径r0为已知量；步骤102：在三坐标测量机上输入预设的参考点C0(xc0,yc0,zc0)，探针从参考点C0逐渐移动到圆柱工件上端面的定位点C′0处；读取探针的定位坐标值C′0(x′c0,y′c0,z′c0)；设圆柱工件的起点坐标为Q(x0,y0,z0)，起点Q为圆柱工件轴心线与其下端面Z0的交点；步骤103：在圆柱形工件上选取两个垂直于Z轴的定位截面ZA、ZB；定位截面ZA的名义半径值为rA；定位截面ZB的名义半径值为rB；步骤104：在定位截面ZA与圆柱形工件圆周面的交线上分别选取两个关于Z轴对称的补偿点CA,1、CA,2，将探针移动到补偿点CA,1处，读取坐标CA,1(0,yA,1,zA,1)；转台带动圆柱工件逆时针旋转90°后，读取补偿点CA,1旋转90°后的坐标并且读取补偿点CA,2旋转90°后的坐标转台带动圆柱工件继续逆时针旋转90°，读取补偿点CA,2旋转180°后的坐标步骤105：在定位截面ZB与圆柱形工件圆周面的交线上分别选取两个关于Z轴对称的补偿点CB,1、CB,2，将探针移动到补偿点CB,1处，读取坐标CB,1(0,yB,1,zB,1)；转台带动圆柱工件逆时针旋转90°后，读取补偿点CB,1旋转90°后的坐标并且读取补偿点CB,2旋转90°后的坐标转台带动圆柱工件继续逆时针旋转90°，读取补偿点CB,2旋转180°后的坐标步骤106：计算定位截面ZA相对于X轴的偏差相对于Y轴的偏差σA,Y，分别按如下公式：步骤107：计算定位截面ZB相对于X轴的偏差相对于Y轴的偏差σB,Y，分别按如下公式：步骤108：根据与计算待测截面Zi在XOZ平面上的线性补偿插值Δxi，其中i∈{1,...,n}，n为待测截面的个数，待测截面Zi为垂直于Z轴的截面，按如下公式：其中，zi-z0为待测截面Zi与圆柱工件下端面Z0之间的相对距离；zi为待测截面的Z轴坐标，z0为起点Q的Z轴坐标；Δx为定位截面ZA与ZB之间的X轴方向的补偿值，根据σA,Y与σB,Y计算待测截面Zi在YOZ平面上的线性补偿插值Δyi，其中i∈{1,...,n}，n为待测截面的个数，按如下公式：其中，Δy为定位截面ZA与ZB之间的Y轴方向的补偿值，Δy＝σA,X-σB,X；步骤109：分别对定位截面ZA上的点PA(0,rA,zA)、定位截面ZB上的点PB(0,rB,zB)进行校正：PA点校正后得到P′A(ΔxA,rA+ΔyA,zA)，其中，PB点校正后得到P′B(ΔxB,rB+ΔyB,zB)，其中，其中，zA＝z′co-lA，lA为定位截面ZA与圆柱工件上端面的相对距离；zA-z0为定位截面ZA与圆柱工件下端面Z0之间的相对距离；其中，zB＝z′co-lB，lB为定位截面ZB与圆柱工件上端面的相对距离，lB为已知量；zB-z0为定位截面ZB与圆柱工件下端面Z0之间的相对距离，为已知量；步骤1010：以P′A(ΔxA,rA+ΔyA,zA)作为探针的采样触点，转台带动圆柱形工件回转一周完成对定位截面ZA的采样，再利用采样点拟合出虚拟定位截面Z′A，计算出虚拟定位截面Z′A的中心点O′A(x′A,y′A,z′A)；再以P′B(ΔxB,rB+ΔyB,zB)作为探针的采样触点，转台带动圆柱形工件转动一周完成对定位截面ZB的采样，再利用采样点拟合出虚拟定位截面Z′B，计算出虚拟定位截面Z′B的中心点O′B；步骤1011：以中心点O′A与中心点O′B确定的直线作为圆柱工件的基准轴线φ，从而完成对圆柱工件轴心线的校正。再以P′B(ΔxB,rB+ΔyB,zB)作为探针的采样触点，转台带动圆柱形工件转动一周完成对定位截面ZB的采样，再利用采样点拟合出虚拟定位截面Z′B，计算出虚拟定位截面Z′B的中心点O′B；步骤1011：以中心点O′A与中心点O′B确定的直线作为圆柱工件的基准轴线φ，从而完成对圆柱工件轴心线的校正。优选的，定位截面ZA、定位截面ZB分别位于圆柱工件的上下两端，定位截面ZA与圆柱工件上端面的距离不超过圆柱工件名义长度的1/6，定位截面ZB与圆柱工件下端面的距离不超过圆柱工件名义长度的1/6。为解决现有技术中对圆柱工件直径测量精度较低、测量过程繁琐的技术问题，本专利技术还提供一种基于本专利技术的圆柱工件轴心线校正方法的圆柱工件分段截面的直径测量方法，包括以下步骤：步骤201：采用如权利要求1所述的圆柱工件轴心线校正方法确定圆柱工件的基准轴线φ，计算基准轴线φ与Z轴之间的偏差角θ；步骤202：计算圆柱工件起点Q的Z轴坐标值z0：z0＝z′A-(zA-z0)·cosθ，其中z′A为虚拟定位截面Z′A的中心点O′A(x′A,y′A,z′A)的Z轴坐标值，zA-z0为定位截面ZA与圆柱工件下端面Z0之间的相对距离，为已知量；步骤203：由下至上对圆柱工件上的待测截面从1到n进行编号，并计算出每个待测截面的测量触点；其中，第i个待测截面Zi的测量触点按如下方式计算：根据线性补偿插值Δxi、Δyi以及偏差角θ对待测截面Zi上的点Pi本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种圆柱工件的轴心线校正方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤101：将待测圆柱工件安装在接触式三坐标测量机的转台上：圆柱工件竖直放置，其上下两端分别被上顶尖、下顶尖固定；以位于圆柱工件下端面下方并在下顶尖轴心线上的任一点作为测量坐标系的原点o，以下顶尖轴线作为Z轴；待测圆柱工件的名义长度l以及上端面名义半径r0为已知量；步骤102：在三坐标测量机上输入预设的参考点C0(xc0,yc0,zc0)，探针从参考点C0逐渐移动到圆柱工件上端面的定位点C′0处；读取探针的定位坐标值C′0(x′c0,y′c0,z′c0)；设圆柱工件的起点坐标为Q(x0,y0,z0)，起点Q为圆柱工件轴心线与其下端面Z0的交点；步骤103：在圆柱形工件上选取两个垂直于Z轴的定位截面ZA、ZB；定位截面ZA的名义半径值为rA；定位截面ZB的名义半径值为rB；步骤104：在定位截面ZA与圆柱形工件圆周面的交线上分别选取两个关于Z轴对称的补偿点CA,1、CA,2，将探针移动到补偿点CA,1处，读取坐标CA,1(0,yA,1,zA,1)；转台带动圆柱工件逆时针旋转90°后，读取补偿点CA,1旋转90°后的坐标

【技术特征摘要】
1.一种圆柱工件的轴心线校正方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤101：将待测圆柱工件安装在接触式三坐标测量机的转台上：圆柱工件竖直放置，其上下两端分别被上顶尖、下顶尖固定；以位于圆柱工件下端面下方并在下顶尖轴心线上的任一点作为测量坐标系的原点o，以下顶尖轴线作为Z轴；待测圆柱工件的名义长度l以及上端面名义半径r0为已知量；步骤102：在三坐标测量机上输入预设的参考点C0(xc0,yc0,zc0)，探针从参考点C0逐渐移动到圆柱工件上端面的定位点C′0处；读取探针的定位坐标值C′0(x′c0,y′c0,z′c0)；设圆柱工件的起点坐标为Q(x0,y0,z0)，起点Q为圆柱工件轴心线与其下端面Z0的交点；步骤103：在圆柱形工件上选取两个垂直于Z轴的定位截面ZA、ZB；定位截面ZA的名义半径值为rA；定位截面ZB的名义半径值为rB；步骤104：在定位截面ZA与圆柱形工件圆周面的交线上分别选取两个关于Z轴对称的补偿点CA,1、CA,2，将探针移动到补偿点CA,1处，读取坐标CA,1(0,yA,1,zA,1)；转台带动圆柱工件逆时针旋转90°后，读取补偿点CA,1旋转90°后的坐标并且读取补偿点CA,2旋转90°后的坐标转台带动圆柱工件继续逆时针旋转90°，读取补偿点CA,2旋转180°后的坐标步骤105：在定位截面ZB与圆柱形工件圆周面的交线上分别选取两个关于Z轴对称的补偿点CB,1、CB,2，将探针移动到补偿点CB,1处，读取坐标CB,1(0,yB,1,zB,1)；转台带动圆柱工件逆时针旋转90°后，读取补偿点CB,1旋转90°后的坐标并且读取补偿点CB,2旋转90°后的坐标转台带动圆柱工件继续逆时针旋转90°，读取补偿点CB,2旋转180°后的坐标步骤106：计算定位截面ZA相对于X轴的偏差相对于Y轴的偏差σA,Y，分别按如下公式：步骤107：计算定位截面ZB相对于X轴的偏差相对于Y轴的偏差σB,Y，分别按如下公式：步骤108：根据与计算待测截面Zi在XOZ平面上的线性补偿插值Δxi，其中i∈{1,...,n}，n为待测截面的个数，待测截面Zi为垂直于Z轴的截面，按如下公式：其中，zi-z0为待测截面Zi与圆柱工件下端面Z0之间的相对距离；zi为待测截面的Z轴坐标，z0为起点Q的Z轴坐标，zi、z0均为未知量；Δx为定位截面ZA与ZB之间的X轴方向的补偿值，根据σA,Y与σB,Y计算待测截面Zi在YOZ平面上的线性补偿插值Δyi，其中i∈{1,...,n}，n为待测截面的个数，按如下公式：其中，Δy为定位截面ZA与ZB之间的Y轴方向的补偿值，Δy＝σA,X-σB,X；步骤109：分别对定位截面ZA上的点PA(0,rA,zA)、定位截面ZB上的点PB(0,rB,zB)进行校正：PA点校正后得到P′A(ΔxA,rA+ΔyA,zA)，其中，PB点校正后得到P′B(ΔxB,rB+ΔyB,zB)，其中，其中，zA＝z′co-lA，lA为定位截面ZA与圆柱工件上端面的相对距离；z...

【专利技术属性】
技术研发人员：周森，
申请(专利权)人：重庆市计量质量检测研究院，
类型：发明
国别省市：重庆,50