CN103604395A

CN103604395A - 以短孔为基准的几何要素测量方法

Info

Publication number: CN103604395A
Application number: CN201310545249.6A
Authority: CN
Inventors: 赵兴龙; 冯育敏; 朱岩; 郝建勇; 范宏建; 徐敏
Original assignee: Xian Aero Engine Controls Co Ltd
Current assignee: Xian Aero Engine Controls Co Ltd
Priority date: 2013-11-05
Filing date: 2013-11-05
Publication date: 2014-02-26

Abstract

一种以短孔为基准的几何要素测量方法，包括：1）建立测量模型，测量模型至少包括第一端面以及第一孔；第一孔的出口所在平面与第一端面相重合；2）在测量模型的第一端面建立第一端面平面粗基准；3）对第一孔内表面建圆得到圆心，根据圆心建立粗坐标系；4）建立第一端面平面精基准并设定Z方向；5）将第一孔沿Z方向分为N层；在第一孔内沿第一孔的圆周方向对每层进行测试点采集；每层中采集得到的测试点是M个；建立第一孔基准轴线的同时得到Z向坐标系；6）评价步骤4）中所建立的第一端面平面精基准，得到第一孔对第一端面的跳动。本发明提供了一种测量误差低以及测量结果可靠的以短孔为基准的几何要素测量方法。

Description

以短孔为基准的几何要素测量方法

技术领域

本发明属于测量技术领域，涉及一种以短孔为基准的几何要素测量方法，尤其涉及一种以短孔为基准对跨距远、面积大的几何要素特征进行测量的几何要素测量方法。

背景技术

以较短的几何要素特征作为基准，测量跨距远、面积大的几何要素特征，一直以来都是一种测量难题。关于短基准孔在测量时采样点越多，拟合精度就越高的理论已有人提出，但对如何采集失量点的操作方法与数量的确定却没有提及。短基准孔自身特征的属性缺陷和测量时采用的正比放大关系会将误差放大，使测量结果失真，因此在测量时需要建立一个精确的工件坐标系，必须符合以大孔、长轴线、大截面建立坐标系的准则，严格按照测量规程和国家标准进行规定内容的测量。当基准孔很长时，一般使用可胀式心轴配合千分表来测量得到结果；当基准孔很短时，使用可胀式心轴来测量，得到的结果却不唯一。

发明内容

为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种测量误差低以及测量结果可靠的以短孔为基准的几何要素测量方法。

本发明的技术解决方案是：本发明提供了一种以短孔为基准的几何要素测量方法，其特殊之处在于：所述以短孔为基准的几何要素测量方法包括以下步骤：

1）建立测量模型，所述测量模型至少包括第一端面以及第一孔；所述第一孔的出口所在平面与第一端面相重合；

2）利用三坐标测量机在测量模型的第一端面建立第一端面平面粗基准；

3）在步骤2）所建立的第一端面平面粗基准下对第一孔内表面建圆得到圆心，根据圆心建立粗坐标系；

4）在第一端面中以步骤3）所建立的粗坐标系为基准建立第一端面平面精基准，并设定Z方向；

5）在第一端面平面精基准下将第一孔沿Z方向分为N层；在第一孔内沿第一孔的圆周方向对每层进行测试点采集；所述每层中采集得到的测试点是M个；建立第一孔基准轴线的同时得到Z向坐标系；所述N不小于3；所述M不小于4；

6）采用步骤5）中所得到的第一孔基准轴线评价步骤4）中所建立的第一端面平面精基准，得到第一孔对第一端面的跳动。

上述步骤1）中所建立的测量模型还包括与第一端面相对的第二端面；所述第一孔贯穿第一端面以及第二端面。

上述步骤1）中所建立的测量模型还包括第二端面时，所述以短孔为基准的几何要素测量方法还包括：

7）测量第一孔对第二端面的跳动。

上述步骤7）的具体实现方式是：

7.1）利用三坐标测量机在测量模型的第二端面建立第二端面平面粗基准；

7.2）在步骤7.1）所建立的第二端面平面粗基准下对第一孔内表面建圆得到圆心，根据圆心建立粗坐标系；

7.3）在第二端面中以步骤7.2）所建立的粗坐标系为基准建立第二端面平面精基准，并设定Z方向；

7.4）在第二端面平面精基准下将第一孔沿Z方向分为N层；在第一孔内沿第一孔的圆周方向对每层进行测试点采集；所述每层中采集得到的测试点是M个；建立第一孔基准轴线的同时得到Z向坐标系；所述N不小于3；所述M不小于4；

7.5）采用步骤7.4）中所得到的第一孔基准轴线评价步骤7.3）中所建立的第二端面平面精基准，得到第一孔对第二端面的跳动。

上述步骤1）中所建立的测量模型还包括第二孔；所述第一孔与第二孔相贯通。

上述步骤1）中所建立的测量模型还包括第二孔时，所述以短孔为基准的几何要素测量方法还包括：

8）测量第二孔与第一孔的同轴度。

上述步骤8）的具体实现方式是：

8.1）利用三坐标测量机在测量模型的第一端面建立第一端面平面粗基准；

8.2）在步骤8.1）所建立的第一端面平面粗基准下对第一孔内表面建圆得到圆心，根据圆心建立粗坐标系；

8.3）在第一端面中以步骤8.2）所建立的粗坐标系为基准建立第一端面平面精基准，并设定Z方向；

8.4）在第一端面平面精基准下将第二孔沿Z方向分为N+1层；在第二孔内沿第二孔的圆周方向对每层进行测试点采集；所述每层中采集得到的测试点是M个；建立第二孔基准轴线；所述N不小于3；所述M不小于4；

8.5）采用步骤8.4）中所建立的第二孔基准轴线评价步骤5）中所得到的第一孔基准轴线的跳动，得到第二孔基准轴线对第一孔基准轴线的同轴度。

上述步骤4）的具体实现方式是：

在第一端面中以步骤3）所建立的粗坐标系为基准建立等半径20个点，根据等半径20个点所在位置建立平面精基准并设定Z方向。

上述M的值是20。

本发明的优点是：

本发明提供了一种以短孔为基准的几何要素测量方法，当产品的要求是以较短的几何要素特征作为基准，测量跨距远、面积大的几何要素特征时，用三坐标测量仪使用最小二乘法计算基准圆柱轴心线，按正态分布原则“密集采点”，正负抵消掉采集失量点的过程中出现的误差，用测量得到的轴心线去评价其它几何要素，可得出加工特征的几何要素数据，为加工方案的正确性提供数据支持。因此采用三坐标测量仪，在测量时，将短基准分多层，每层“密集采点”来正负抵消特性自身缺陷，使用“基准转换”用较长的要素特征充当加工基准来避免加工误差。

附图说明

图1是含有短孔的测量零件的结构示意图；

图2是A孔中每层采集不同点时建圆作轴线评价K1端面的结果示意图；

图3是A孔中每层采集不同点是建圆作轴线评价K2端面的结果示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种以短孔为基准的几何要素测量方法，该方法包括以下步骤：

1）建立测量模型，测量模型至少包括第一端面以及第一孔；第一孔的出口所在平面与第一端面相重合；

4）在第一端面中以步骤3）所建立的粗坐标系为基准建立等半径20个点，根据等半径20个点所在位置建立平面精基准并设定Z方向（在零件的加工过程中轴向方向通常设为Z向，在测量时，为使测量与加工一致，也设这个方向为Z向）。

5）在第一端面平面精基准下将第一孔沿Z方向分为N层；在第一孔内沿第一孔的圆周方向对每层进行测试点采集；每层中采集得到的测试点是M个；建立第一孔基准轴线的同时得到Z向坐标系；N不小于3；M不小于4；

在步骤2）中，建立了一个粗的坐标系，在步骤5）中，这个Z向坐标系是指在粗坐标系的这个范围内去建立一个精准的坐标系（即Z向坐标系），在以后的测量过程中，都以此坐标系去测量。在零件的加工过程中轴向方向通常设为Z向，所以在测量时，为使测量与加工一致，所以也设这个方向为Z向，因而设立了的精坐标系，为Z向坐标系。

6）采用步骤5）中所建立的第一孔基准轴线评价步骤4）中所得到的第一端面平面精基准，得到第一孔对第一端面的跳动。

步骤1）中所建立的测量模型还包括与第一端面相对的第二端面；第一孔贯穿第一端面以及第二端面；该该测量模型还包括第二端面时，以短孔为基准的几何要素测量方法还包括：

7）基于以上原理或方法，可以测量第一孔对第二端面的跳动，其具体实现方式是：

7.4）在第二端面平面精基准下将第一孔沿Z方向分为N层；在第一孔内沿第一孔的圆周方向对每层进行测试点采集；每层中采集得到的测试点是M个；建立第一孔基准轴线的同时得到Z向坐标系；N不小于3；M不小于4；M的值优选是20。

步骤1）中所建立的测量模型还包括第二孔；第一孔与第二孔相贯通；当测量模型还包括第二孔时，以短孔为基准的几何要素测量方法还包括：

8）基于以上原理或方法，可以测量第二孔与第一孔的同轴度，其具体实现方式是：

8.4）在第一端面平面精基准下将第二孔沿Z方向分为N+1层；在第二孔内沿第二孔的圆周方向对每层进行测试点采集；每层中采集得到的测试点是M个；建立第二孔基准轴线；N不小于3；M不小于4；

下面结合附图，对本发明进行详细说明：

参见图1，待测量零件如图1所示，用三坐标测量机（CMM）在K1端面走一圈采8个点建立平面粗基准，在此基准下对A孔内表面采8个点建圆得出圆心建立粗坐标系；由设备按设定好的路径，在K1端面以坐标系建立等半径20个点，建立平面精基准并设定Z方向；在精基准平面下将A孔分为三层，选用0.7mm的测头，每层采点不少于20个，建立A孔基准轴线得到Z向坐标系；用K1端面等半径20个点评价对轴线的跳动，得出K1端面对基准A孔的跳动；

同时，基于如上原理，在Z向坐标系下对K2端面建立等半径20个点，产生平面评价对基准A孔的跳动；

2、在Z向坐标系下将D1孔分为四层，每层采点20，建立D1孔轴线并评价对基准A孔轴线的同轴度；

用K2端面评价D1孔的跳动，会发现有一个正比放大的过程，这是因为：

首先三坐标测量机（CMM）在测量零件特征时，由于被测几何特征要素上存在形状误差，采集有限的点不能真实反映出被测特征元素；其次，三坐标测量机是用最小二乘法计算圆柱轴心线，而实际使用和心轴检测时，轴心线是最大内接圆的轴心线，二者存在很微小的差别，所有三坐标测量机通过采点计算出的基准轴心线与实际轴心线存在偏差，很难与实际值一致；第三，在测量这种基准短，被测量要素跨距长的零件时，轴心线要延伸出去，会将误差成倍放大，导致测量结果失真。

在本齿轮零件的测量过程中，同样存在基准孔长度太短原因，采用测量方法（二）按正态分布原则“密集采点”，正负抵消掉测量中的误差。

以下是分别对三个零件分三层后采点数量不同的试验论证

1、当每层采4点建圆作轴线去评价两端面的结果

测量零件	A对K1的端跳0.007	A对K2的端跳0.007
			1	0.063	0.035
2	0.025	0.068
			3	0.018	0.085

2、当每层采6点建圆作轴线去评价两端面的结果

测量零件	A对K1的端跳0.007	A对K2的端跳0.007
			1	0.03	0.055
2	0.055	0.035
			3	0.065	0.02

3、当每层采10点建圆作轴线去评价两端面的结果

测量零件	A对K1的端跳0.007	A对K2的端跳0.007
			1	0.008	0.01
2	0.025	0.015
			3	0.04	0.05

4、当每层采20点建圆作轴线去评价两端面的结果

测量零件	A对K1的端跳0.007	A对K2的端跳0.007
			1	0.002	0.001
2	0.01	0.012
			3	0.03	0.04

5、当每层采30点建圆作轴线去评价两端面的结果

测量零件	A对K1的端跳0.007	A对K2的端跳0.007
			1	0.003	0.001
2	0.012	0.015
			3	0.025	0.035

6、当每层采40点建圆作轴线去评价两端面的结果

测量零件	A对K1的端跳0.007	A对K2的端跳0.007
			1	0.002	0.001
2	0.013	0.012
			3	0.03	0.032

7、当每层采50点建圆作轴线去评价两端面的结果

测量零件	A对K1的端跳0.007	A对K2的端跳0.007
			1	0.001	0.002
2	0.011	0.012
			3	0.028	0.033

参见图2以及图3，通过以上的测量试验结果发现，当采集失量点数量大于20后，测量结果基本趋于一致，并且当采样点过多时，将会增多三坐标测量仪的系统误差，同时使得测量过程繁琐。因此，采点数量为20时较为合理。可以看出：零件1为合格品，零件2、3为超差品。

本试验还对分层数量进行相关对比，当孔径在φ10～φ40时，基准孔径与孔长比值大于4时，也按以上方法分析得出：分层数量选取3层较为合理。

这种测量方法能够对基准孔的几何要素牲征进行数据分析，方便基准对其它几何要素的评价，结果为数据显示，也是对工艺方案正确性的论证的依据。

Claims

1.一种以短孔为基准的几何要素测量方法，其特征在于：所述以短孔为基准的几何要素测量方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的以短孔为基准的几何要素测量方法，其特征在于：所述步骤1）中所建立的测量模型还包括与第一端面相对的第二端面；所述第一孔贯穿第一端面以及第二端面。

3.根据权利要求2所述的以短孔为基准的几何要素测量方法，其特征在于：所述步骤1）中所建立的测量模型还包括第二端面时，所述以短孔为基准的几何要素测量方法还包括：

7）测量第一孔对第二端面的跳动。

4.根据权利要求3所述的以短孔为基准的几何要素测量方法，其特征在于：所述步骤7）的具体实现方式是：

5.根据权利要求4所述的以短孔为基准的几何要素测量方法，其特征在于：所述步骤1）中所建立的测量模型还包括第二孔；所述第一孔与第二孔相贯通。

6.根据权利要求1或2或3或4或5所述的以短孔为基准的几何要素测量方法，其特征在于：所述步骤1）中所建立的测量模型还包括第二孔时，所述以短孔为基准的几何要素测量方法还包括：

8）测量第二孔与第一孔的同轴度。

7.根据权利要求6所述的以短孔为基准的几何要素测量方法，其特征在于：所述步骤8）的具体实现方式是：

8.根据权利要求7所述的以短孔为基准的几何要素测量方法，其特征在于：所述步骤4）的具体实现方式是：

9.根据权利要求8所述的以短孔为基准的几何要素测量方法，其特征在于：所述M的值是20。