CN102873587B - 一种回转体零件的截面尺寸测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于测量具有多半径的回转体零件半径尺寸的方法，包括：对测头进行标定，以确定出测头测球中心偏离机床的主轴回转中心线的偏离误差的第一步骤，以及根据所确定的偏离误差进行补偿从而得到精确尺寸的第二步骤；其中，所述第一步骤中，具体包括：首先利用千分尺测量回转体两不同半径截面处的精确半径；再利用所述机床测头标定其中一截面处半径，并测量出另一截面处的半径的测量值，进而得到该另一截面处测量值与实际值的误差；最后，利用该误差及两半径截面处的精确半径，计算得到测球中心的偏离误差。本发明可以实时在线地准确测量出零件尺寸，使加工中的零件的检测精度得到很大的提高，在机床加工测量中具有广泛的应用前景。

Description

一种回转体零件的截面尺寸测量方法

技术领域

本发明涉及机械加工中的测量技术领域，具体是一种用于测量具有不同截面回转体零件的截面半径的方法。

背景技术

机床测头从某种意义上讲，只是一个重复精度很高的触发开关，为保证其工作的稳定性，测球接触工件后要经过一段微小的距离才能发出信号，这段位移如不加以补偿会带来测量误差。并且测头发出接触信号后，要经过接口处理，然后再送到数控系统进行处理，这些处理过程总需要一定的时间，信号处理的延时也可能带来一定的测量误差。

鉴于上述原因，要使用测头得到正确的测量结果，在使用测头前首先要对测头进行标定，通过对测头进行标定，将获得测头的有关误差修正参数，在进行实际测量时对有关误差进行补偿，获得满意的测量精度。

如图1和2，当使用车床专用测头检测具有多个不同半径尺寸的回转体内孔或外形尺寸时，先对测头进行标定，其标定方法为，将某一个半径d₁的实际测量值输入系统，运算各种误差修正参数，在进行另一个半径d₂检测时，系统将半径d₂的测头触发时的红宝石测球中心坐标值与半径d₁的测头触发时的红宝石测球坐标值进行比较，计算出半径d₂。

因为车床没有Y轴，Y轴方向产生的安装误差δ不能用标定的方法进行消除。使用现有的检测方法，如果用半径d₁进行标定，在检测半径d₂时，由于d₁、d₂圆弧不同，会产生检测误差δ’（δ’=δ₂-δ₁），其中δ₁为半径d₁的圆的测量值，δ₂半径d₂的圆的测量值，d₁与d₂半径尺寸差距越大，则δ’误差越大。

在实际检测过程中，应对测头进行精细调整，尽量使测头沿径向移动时红宝石测球中心通过机床的主轴回转中心线，实际中由于探针是弹性元件，很难准确检测两者误差，因此二者很难完全一致，要获得理想的测量精度，必须对该误差加以修正。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于测量具有多半径的回转体零件半径尺寸的方法，其通过确定测头的安装偏离误差，从而可以精确测量出回转体的各半径尺寸。

实现本发明的目的所采用的具体技术方案：

一种用于测量具有多半径的回转体零件半径尺寸的方法，其通过确定机床测头的安装偏离误差，实现对回转体零件半径尺寸的精确测量，具体包括：

对测头进行标定，以确定出测头测球中心偏离机床的主轴回转中心线的偏离误差的第一步骤，以及根据所确定的偏离误差进行补偿从而得到精确尺寸的第二步骤；

其中，所述第一步骤中，具体包括：首先利用千分尺测量回转体两不同半径截面处的精确半径；再利用所述机床测头标定其中一截面处半径，并测量出另一截面处的半径的测量值，进而得到该另一截面处测量值与实际值的误差；最后，利用该误差及两半径截面处的精确半径，计算得到测球中心的偏离误差。

作为本发明的改进，所述的回转体零件为台阶轴，所述测头偏离误差δ通过如下公式计算得到：

$\mathrm{\δ}=\sqrt{{(d}_1^2{d}_2+2d_1{d}_{2}d+d_2{d}^2-d_1^3-{2d}_1^{2}d{-d}_1{d}^2-d_1{\mathrm{\δ}}^{\′}-{2d}_1{\mathrm{d\δ}}^{\′}-d^2{\mathrm{\δ}}^{\′}-d_{2}d+d_1+d_{1}d-d_1{d}_2-d_2{\mathrm{\δ}}^{\′}+d_1{\mathrm{\δ}}^{\′}+{0.5\mathrm{\δ}}^{\′2})/N}$

其中，d₁和d₂分别为台阶轴的两不同半径截面处的精确半径，d₁’和d₂’分别为台阶轴的两不同半径截面处的利用测头测得的测量半径，d为机床测头的测球半径，δ’为另一截面处的测量值与实际值的误差，δ’=d₂-d₂’-（d₁-d₁’），N=d₂-d₁-δ’。

作为本发明的改进，所述的回转体零件为台阶孔，所述测头偏离误差δ₀通过如下公式计算得到：

${\mathrm{\δ}}_0=\sqrt{{(d_{10}-d)}^2-{[{(d_{20}-d)}^2-{(d_{10}-d)}^2-{({\mathrm{\δ}}_0^{\′}+d_{10}-d_{20})}^2]}^2/4{({\mathrm{\δ}}_0^{\′}+d_{10}-d_{20})}^2}$

其中，d₁₀和d₂₀分别为台阶轴的两不同半径截面处的精确半径，d₁₀’和d₂₀’分别为台阶轴的两不同半径截面处的利用测头测得的测量半径，d为机床测头的测球半径，δ₀’为另一截面处的测量值与实际值的误差。

作为本发明的改进，所述第二步骤中，所述补偿具体是指根据所述测头偏离误差调整测头的安装位置，根据该测头得到的测量值即为半径尺寸的精确值。

作为本发明的改进，所述第二步骤中，所述补偿具体是指将所述测头偏离误差直接代入测头测出的测量值中，从而得到半径尺寸的精确值。

本发明利用标定检测各个半径，再与实际加工半径进行比较，换算出测头安装的上下偏差，即测头的宝石球头与机床主轴水平面不重合的误差值，利用计算的误差值进行精确调整，使得宝石球头与机床主轴水平面重合，或者也可以将该误差值直接带入检测值进行修正，从而准确测量出零件尺寸，使加工中的零件的检测精度得到很大的提高。

附图说明

图1为测头的宝石球头与机床主轴水平面重合的分析示意图；

图2为测宝的石球头与机床主轴水平面不重合的误差分析示意图；

图3为本发明一个实施例的台阶轴标定的计算分析示意图；

图4为本发明另一个实施例的台阶孔标定的计算分析示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，对本发明的方案做进一步详细说明。下述实施例仅是示例性的，并不够成是对本发明的限定。

实施例1

本实施例中以台阶轴为例对具体测量方案进行描述，该台阶轴为具有两个不同半径尺寸的回转体，但本发明中的回转体零件不限于上述台阶轴，只要是具有多个不同半径尺寸的回转体零件，均可适用。

如图3所示，本实施例中的在线测量方法具体包括如下步骤。

（1）精确测量台阶轴的外圆尺寸，得到该台阶轴的两外圆半径实际尺寸d₁和d₂。例如，可以用千分尺精确测量得到台阶轴的外圆尺寸。

（2）用测头标定其中一个外圆半径d₁，检测另一个外圆半径d₂，得到测量值d₂’，并进而得到其与实际值d₂的误差δ’。该测量值d₂’实际上是该半径为d₂的外圆在检测位置处的理论弦长值的一半。

由图3可知：

δ’=δ₂-δ₁，

其中，δ₂=d₂-d₂’，δ₁=d₁-d₁’，d₁’为半径为d1的外圆的测量值，其实际上是该外圆在检测位置处的理论弦长值的一半。

那么，则有

δ’=d₂-d₂’-（d₁-d₁’）    （1）

（3）确定测头中心与主轴的垂直偏离误差δ与两外圆半径的实际值以及测量值的关系，具体为：

${d_1}^{,,}+d=\sqrt{{(d_1+d)}^2-{\mathrm{\δ}}^2}---\left(2\right)$

${d_2}^{,,}+d=\sqrt{{(d_2+d)}^2-{\mathrm{\δ}}^2}---\left(3\right)$

其中，d为测头的宝石球半径，δ为测头偏离误差,d₁”、d₂”为检测位置的理论弦长。

根据检测原理得：d₂’-d₁’=d₂”-d₁”

（4）根据公式（1）-（3），化简并约去未知量d₁”、d₂”，即可求解得到测头偏离误差

$\mathrm{\δ}=\sqrt{{(d}_1^2{d}_2+2d_1{d}_{2}d+d_2{d}^2-d_1^3-{2d}_1^{2}d{-d}_1{d}^2-d_1{\mathrm{\δ}}^{\′}-{2d}_1{\mathrm{d\δ}}^{\′}-d^2{\mathrm{\δ}}^{\′}-d_{2}d+d_1+d_{1}d-d_1{d}_2-d_2{\mathrm{\δ}}^{\′}+d_1{\mathrm{\δ}}^{\′}+{0.5\mathrm{\δ}}^{\′2})/N}$

其中，N=d₂-d₁-δ’

（5）根据该测头偏离误差δ，调整宝石球头的中心与机床主轴中心重合，即可进行精确测量。或者利用该测头偏离误差δ，直接代入公式（2）或（3）中，从而得到外圆半径的精确尺寸。

实施例2

本实施例2中以台阶孔为例对具体测量方案进行描述，该台阶孔为具有两个不同内径尺寸的回转体，但本发明中的回转体零件不限于上述台阶孔，只要是具有多个不同半径尺寸的孔零件，均可适用。

如图4所示，本实施例中的在线测量方法具体包括如下步骤：

（1）精确测量台阶孔的内径尺寸，得到台阶孔的两内孔半径实际尺寸d₁₀和d₂₀。本实施例中台阶孔的内径尺寸可以用千分尺精确测量得到。

（2）用测头标定内孔半径d₁₀，检测内孔半径d₂₀，得到测量值d’₂₀，并进而得到其与实际值d₂₀的误差δ₀’。

由图4可知：δ₀’=δ₂₀-δ₁₀

其中，δ₂₀=d₂₀-d’₂₀，δ₁₀=d₁₀-d’₁₀。

那么，则有：

δ₀’=d₂₀-d’₂₀-（d₁₀-d’₁₀）（4）

（3）确定测头中心语主轴回转中心偏离误差δ₀与两内孔半径的实际值以及测量值的关系，具体为：

${d^{,,}}_{10}-d=\sqrt{{(d_{10}-d)}^2-{\mathrm{\δ}}_0^2}---\left(5\right)$

${d^{,,}}_{20}-d=\sqrt{{(d_{20}-d)}^2-{\mathrm{\δ}}_0^2}---\left(6\right)$

其中，d为测头的宝石球半径，δ₀为测头偏离误差。d”₁₀、d”₂₀为检测位置的理论弦长。

根据检测原理得：d’₂₀-d’₁₀=d”₂₀-d”₁₀

（4）根据公式（4）-（6），化简并约去未知量d”₁₀、d”₂₀，即可求解得到测头偏离误差 ${\mathrm{\δ}}_0=\sqrt{{(d_{10}-d)}^2-{[{(d_{20}-d)}^2-{(d_{10}-d)}^2-{({\mathrm{\δ}}_0^{\′}+d_{10}-d_{20})}^2]}^2/4{({\mathrm{\δ}}_0^{\′}+d_{10}-d_{20})}^2}.$

（5）根据误差值δ₀，调整宝石球头的中心与机床主轴中心重合，即可进行精确测量。

或者利用该测头偏离误差δ₀，直接代入公式（5）或（6）中，从而得到内孔半径的精确尺寸。

Claims (1)

1.一种回转体零件的截面尺寸的测量方法，其通过确定机床测头的安装偏离误差，实现对具有多个不同截面尺寸的回转体零件的各截面半径的精确测量，该方法具体包括：

对测头进行标定，以确定出测头的测球中心偏离机床的主轴回转中心线之偏离误差的第一步骤，以及根据所确定的偏离误差进行补偿从而得到精确尺寸的第二步骤；

其中，所述第一步骤中，具体包括：首先利用千分尺测量回转体两不同截面处的精确半径；再利用所述机床测头标定其中一截面处半径，并测量出另一截面处的半径的测量值，进而得到该另一截面处测量值与实际值的误差；最后，利用该误差及两半径截面处的精确半径，计算得到测球中心的偏离误差；

所述第二步骤中，所述补偿具体是指根据所述测头偏离误差调整测头的安装位置，使其测量值补偿偏离误差，从而使得根据该测头得到的测量值即为半径尺寸的精确值，或者将所述测头偏离误差直接代入测头测出的测量值中，通过测量值加上或减去该偏离误差，从而得到半径尺寸的精确值；

其中，所述的回转体零件为台阶轴，所述测头的偏离误差δ通过如下公式计算得到：

$\mathrm{\δ}=\sqrt{(d_1^2{d}_2+2d_1{d}_{2}d+d_2{d}^2-d_1^3-2d_1^{2}d-d_1{d}^2-d_1{\mathrm{\δ}}^{\′}-2d_1{\mathrm{d\δ}}^{\′}-d^2{\mathrm{\δ}}^{\′}-d_{2}d+d_1+d_{1}d-d_1{d}_2-d_2{\mathrm{\δ}}^{\′}+d_1{\mathrm{\δ}}^{\′}+0.5{\mathrm{\δ}}^{\′2})/N}$

其中，d₁和d₂分别为台阶轴的两不同半径截面处的精确半径，d₁’和d₂’分别为台阶轴的两不同半径截面处的利用测头测得的测量半径，d为机床测头的测球半径，δ’为另一截面处的测量值与实际值的误差，δ’＝d₂-d₂’-(d₁-d₁’)，N＝d₂-d₁-δ’。