一种大型零件内孔圆度在位测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及精密测试领域，特别是一种大型零件内孔圆度在位测量装置及方法，该方法通过控制设置有非接触式位移传感器的仪器主轴沿Z轴运动到被测工件内孔内部的设定位置后沿C轴旋转至少一周；在旋转过程中，记录被测工件的被测工件内孔上M个采样点的被测工件的传感器读数和对应的C轴的角位移数据；根据M个采样点的被测工件的传感器读数和对应的C轴的角位移数据进行最小二乘圆拟合，得到第一最小二乘圆的圆心；计算M个采样点到圆心的距离，以距离中的最大值和最小值之间的差值作为被测工件内孔的圆度误差，实现了被测工件的被测内孔圆度的测量，解决了大型关键零件的内孔圆度在位测量实现起来困难的问题。

A device and method for measuring the roundness of large parts in place

The invention relates to the field of precision test, in particular to a device and method for measuring the roundness of the inner hole of a large part in place. The method controls the main axis of the instrument equipped with a non-contact displacement sensor to move along the Z axis to the set position inside the inner hole of the workpiece to be tested, and then rotates at least once along the c axis; during the rotation, the measured m sampling points on the inner hole of the workpiece to be tested are recorded The sensor readings of the workpiece and the angular displacement data of the corresponding c-axis; the least square circle fitting is carried out according to the sensor readings of the measured workpiece of M sampling points and the angular displacement data of the corresponding c-axis to obtain the center of the first least square circle; the distance between M sampling points and the center of the circle is calculated, and the difference between the maximum value and the minimum value in the distance is taken as the roundness error of the inner hole of the measured workpiece, It realizes the measurement of the roundness of the measured inner hole of the workpiece, and solves the problem that it is difficult to measure the roundness of the large key parts in place.

【技术实现步骤摘要】
一种大型零件内孔圆度在位测量装置及方法
本专利技术涉及精密测试领域，特别是一种大型零件内孔圆度在位测量装置及方法。
技术介绍
圆度测量是保证机械零件产品质量和使用性能的重要检测手段。圆度测量的基本原理是首先获取被测圆上一系列点的坐标，然后根据需要计算出这些点的最小二乘圆、最小区域圆、最大内接圆或最小外接圆的圆心坐标和对应的轮廓最大、最小半径等信息，最后按照产品几何量技术规范评定圆度误差的方法就可以计算出圆度误差值。传统的圆度误差测量方法均采用把工件放置在圆度仪或三坐标测量机的工作台上进行测量的方式，要想检测大型的零件就必须使用大型的仪器。但大规格的圆度仪和三坐标测量机价格昂贵，且只能固定放置在计量室中使用而不能随意搬动。这就带来生产实践中的两个问题：一是大型零件上的内孔圆度测量非常困难，一般的加工厂都没有检测手段，无从获取内孔圆度的关键数据；二是必须把被测件拆卸下来运到计量室才能测量，无法实现大型零件内孔圆度加工中的在机测量和维修中的在位测量。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种大型零件内孔圆度在位测量装置及方法，用以解决大型关键零件的内孔圆度在位测量实现起来困难的问题。本专利技术提供一种大型零件内孔圆度在位测量装置，该测量装置包括机械系统和控制系统，所述机械系统包括仪器外壳、仪器主轴、传感器支架和安装在所述传感器支架上的非接触式位移传感器，传感器支架设置在仪器主轴的外端；所述控制系统包括Z轴电机驱动系统、C轴电机驱动系统、传感器信号采集系统和处理器；传感器信号采集系统用于采集仪器主轴沿Z轴方向的直线位移信号、仪器主轴带动非接触式位移传感器沿C轴方向旋转时的非接触式位移传感器读数信号以及与各读数信号对应的沿C轴方向的角位移信号；测量时，将所述仪器主轴放置在被测工件的内孔中，使被测工件内孔轴线与仪器主轴的轴线平行；所述处理器执行相应的软件模块实现以下步骤：1)控制仪器主轴带动非接触式位移传感器在被测工件内孔中沿C轴旋转至少一周；2)根据旋转过程中采集到的被测工件内孔上M个采样点的被测工件的非接触式位移传感器读数ai和对应的C轴的角位移数据θi进行最小二乘圆拟合，得到第一最小二乘圆的圆心；计算M个采样点到该圆心的距离，以距离中的最大值和最小值之间的差值作为被测工件内孔的圆度误差，i＝1，2，3，…，M。有益效果是，该测量装置体积较小，可固定在大型零件上，使用仪器自身旋转的轴系带动非接触式位移传感器对大型工件的内孔进行测量，而被测工件不需要转动，可解决大型关键零件内孔圆度在位测量的难题；另外通过测量得到数据进行相应的拟合处理最终得到被测工件的内孔测量数据，该测量装置具有可观的应用前景。进一步地，所述测量装置还包括对被测工件的非接触式位移传感器读数ai进行轴系误差补偿的过程，如下：将被测工件与标准工件上下安装，控制仪器主轴沿Z轴运动到标准工件内部的设定位置后控制仪器主轴带动非接触式位移传感器沿C轴旋转至少一周，按照在被测工件内的角位移数据θi采集标准工件的非接触式位移传感器读数，得到与θi对应的标准工件的标准内孔上M个采样点的标准工件的非接触式位移传感器读数di；根据标准内孔的M个采样点的标准工件的非接触式位移传感器读数di和对应的C轴角位移数据θi进行最小二乘圆拟合，得到第二最小二乘圆的圆心和半径r0；计算标准工件内孔上每个采样点到第二最小二乘圆的圆心的距离ri，并将该距离ri减去第二最小二乘圆的半径r0得到各采样点的轴系误差补偿量ei；将各采样点的被测工件的非接触式位移传感器读数ai减去对应采样点的轴系误差补偿量ei得到轴系误差补偿后的被测工件的非接触式位移传感器读数bi。由于机械振动等原因在仪器旋转过程中会产生轴系误差，不同的旋转角位移对应的轴系误差可能不一样，通过对标准内孔进行测量得到不同的旋转角位移对应的轴系误差，将每个旋转角位移对应轴系误差作为补偿量对被测工件内孔在测试时对应的旋转角位移的数据进行补偿，能够得到更加精准的测量结果。进一步地，为了便于统计和计算，采集到的非接触式位移传感器各相邻读数对应的角位移间隔相等。进一步地，为了保证测量的精度，所述非接触式位移传感器的位移测量误差小于或者等于被测工件允许公差的1/5，所述非接触式位移传感器的量程大于或等于10mm。本专利技术提供一种大型零件内孔圆度在位测量方法，包括以下步骤：1)采集被测工件数据：通过主轴带动非接触式位移传感器在被测工件内孔内旋转至少一周，采集非接触式位移传感器在被测工件的待测截面处的一组读数ai，同时记录相应读数所对应位置处所述非接触式位移传感器的角位移θi，旋转过程中，保持非接触式位移传感器的转动轴线与被测工件的轴线平行，i＝1，2，3，…，M；2)处理数据：对采集到被测工件的待测截面处的一组读数ai和对应的C轴的角位移数据θi进行最小二乘圆拟合，得到第一最小二乘圆的圆心；计算各读数对应的采样点到该圆心的距离，以距离中的最大值和最小值之间的差值作为被测工件内孔的圆度误差。有益效果是，使用仪器自身旋转的轴系带动非接触式位移传感器对大型工件的内孔进行测量，将测量得到数据通过拟合得到被测工件内孔的圆心和拟合半径，实现被测工件内孔的测量，该测量方法简单易于实现。进一步地，所述测量方法还包括对被测工件的非接触式位移传感器读数ai进行轴系误差补偿的过程，如下：A.采集标准工件数据将被测工件与标准工件上下安装，通过主轴带动非接触式位移传感器在标准工件内孔内旋转至少一周，按照在被测工件内的角位移数据θi采集标准工件的非接触式位移传感器读数，得到与θi对应的标准工件的标准内孔上M个采样点的标准工件的非接触式位移传感器读数di；B.根据标准内孔的M个采样点的标准工件的非接触式位移传感器读数di和对应的C轴角位移数据θi进行最小二乘圆拟合，得到第二最小二乘圆的圆心和半径r0；计算标准工件内孔上每个采样点到第二最小二乘圆的圆心的距离ri，并将该距离ri减去第二最小二乘圆的半径r0得到各采样点的轴系误差补偿量ei；将各采样点的被测工件的非接触式位移传感器读数ai减去对应采样点的轴系误差补偿量ei得到轴系误差补偿后的被测工件的非接触式位移传感器读数bi。由于机械振动等原因在仪器旋转过程中会产生轴系误差，不同的旋转角位移对应的轴系误差可能不一样，通过对标准内孔进行测量得到不同的旋转角位移对应的轴系误差，将每个旋转角位移对应轴系误差作为补偿量对被测工件内孔在测试时对应的旋转角位移的数据进行补偿，能够得到更加精准的测量结果。进一步地，为了便于统计和计算，该测量方法采集到的非接触式位移传感器各相邻读数对应的角位移间隔相等。进一步地，为了保证测量的精度，该测量方法中所述非接触式位移传感器的位移测量误差小于或者等于被测工件允许公差的1/5，所述非接触式位移传感器的量程大于或等于10mm。附图说明图1是本专利技术的一种内孔圆度在位测量装置的结构示意图；图2是本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大型零件内孔圆度在位测量装置，其特征在于，该测量装置包括机械系统和控制系统，所述机械系统包括仪器外壳、仪器主轴、传感器支架和安装在所述传感器支架上的非接触式位移传感器，传感器支架设置在仪器主轴的外端；所述控制系统包括Z轴电机驱动系统、C轴电机驱动系统、传感器信号采集系统和处理器；传感器信号采集系统用于采集仪器主轴沿Z轴方向的直线位移信号、仪器主轴带动非接触式位移传感器沿C轴方向旋转时的非接触式位移传感器读数信号以及与各读数信号对应的沿C轴方向的角位移信号；测量时，将所述仪器主轴放置在被测工件的内孔中，使被测工件内孔轴线与仪器主轴的轴线平行；所述处理器执行相应的软件模块实现以下步骤：/n1)控制仪器主轴带动非接触式位移传感器在被测工件内孔中沿C轴旋转至少一周；/n2)根据旋转过程中采集到的被测工件内孔上M个采样点的被测工件的非接触式位移传感器读数a

【技术特征摘要】
1.一种大型零件内孔圆度在位测量装置，其特征在于，该测量装置包括机械系统和控制系统，所述机械系统包括仪器外壳、仪器主轴、传感器支架和安装在所述传感器支架上的非接触式位移传感器，传感器支架设置在仪器主轴的外端；所述控制系统包括Z轴电机驱动系统、C轴电机驱动系统、传感器信号采集系统和处理器；传感器信号采集系统用于采集仪器主轴沿Z轴方向的直线位移信号、仪器主轴带动非接触式位移传感器沿C轴方向旋转时的非接触式位移传感器读数信号以及与各读数信号对应的沿C轴方向的角位移信号；测量时，将所述仪器主轴放置在被测工件的内孔中，使被测工件内孔轴线与仪器主轴的轴线平行；所述处理器执行相应的软件模块实现以下步骤：
1)控制仪器主轴带动非接触式位移传感器在被测工件内孔中沿C轴旋转至少一周；
2)根据旋转过程中采集到的被测工件内孔上M个采样点的被测工件的非接触式位移传感器读数ai和对应的C轴的角位移数据θi进行最小二乘圆拟合，得到第一最小二乘圆的圆心；计算M个采样点到该圆心的距离，以距离中的最大值和最小值之间的差值作为被测工件内孔的圆度误差，i＝1，2，3，…，M。


2.根据权利要求1所述的大型零件内孔圆度在位测量装置，其特征在于，所述测量装置还包括对被测工件的非接触式位移传感器读数ai进行轴系误差补偿的过程，如下：
将被测工件与标准工件上下安装，控制仪器主轴沿Z轴运动到标准工件内部的设定位置后控制仪器主轴带动非接触式位移传感器沿C轴旋转至少一周，按照在被测工件内的角位移数据θi采集标准工件的非接触式位移传感器读数，得到与θi对应的标准工件的标准内孔上M个采样点的标准工件的非接触式位移传感器读数di；
根据标准内孔的M个采样点的标准工件的非接触式位移传感器读数di和对应的C轴角位移数据θi进行最小二乘圆拟合，得到第二最小二乘圆的圆心和半径r0；计算标准工件内孔上每个采样点到第二最小二乘圆的圆心的距离ri，并将该距离ri减去第二最小二乘圆的半径r0得到各采样点的轴系误差补偿量ei；
将各采样点的被测工件的非接触式位移传感器读数ai减去对应采样点的轴系误差补偿量ei得到轴系误差补偿后的被测工件的非接触式位移传感器读数bi。


3.根据权利要求1或2所述的大型零件内孔圆度在位测量装置，其特征在于，采集到的非接触式位移传感器各相邻读数对应的角位移间隔相等。


4.根据权利要求1或2所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：王笑一，卢继敏，邓四二，徐元玲，刘建刚，潘流平，董元文，
申请(专利权)人：贵阳新天光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：贵州;52