CN105277159A - 一种修正凸轮轴升程检测起测点并获取检测结果的方法 - Google Patents

Abstract

一种修正凸轮轴升程检测起测点并获取检测结果的方法，是基于现有技术检测凸轮轴凸轮得到的实测升程数据和设计的标准升程数据，使得实测升程轮廓经过偏移Δx之后与标准升程轮廓从整体上最为接近，因而更加真实地反映了被测凸轮轴凸轮的实际轮廓；该方法不需要高精度的仪器便可以提高确定凸轮轴升程检测起测点的准确度，降低了检测成本；可以修正键销和键槽或定位销和销孔的安装误差对确定起测点带来的影响，因而降低了装卡的难度，提高了工作效率；不需要二次测量便可以获取基于起测点修正之后的升程检测结果。

Description

一种修正凸轮轴升程检测起测点并获取检测结果的方法

技术领域

本发明属于机械零件检测领域，涉及一种修正凸轮轴升程检测起测点并获取检测结果的方法。

背景技术

凸轮轴是发动机里的一个重要部件，它的作用是驱动和控制各气缸气门的开启和关闭，使其符合发动机的工作顺序、配气相位及气门开度的变化规律等要求,帮助发动机吸入空气与燃料混合气体，排出燃烧废气。因此，凸轮轴的运行是否可靠与发动机动力特性和运转特性的好坏息息相关。凸轮轴在运行过程中转速非常高，需要承受周期性的冲击载荷和很大的扭矩，因此要求凸轮轴具有非常高的加工精度。特别是凸轮轴凸轮的工作面，它和挺柱之间的接触应力很大，相对滑动速度也很高，因此必须严格控制凸轮轴凸轮的升程误差，否则将难以保证气缸充分地进气、排气，影响发动机动力输出。不仅如此，气门的开闭过程也会产生较大的冲击，造成凸轮工作面和气门异常磨损及发动机噪音增大等问题。

为了使发动机获得良好的动力特性和运转特性，所装配的凸轮轴凸轮升程误差必须满足设计要求，这就需要对发动机凸轮轴升程误差进行准确、高效的检测。然而，在对凸轮轴升程误差进行检测的过程中，由于加工完成的凸轮轴上的所有凸轮均没有标明相位角的基准点或参考点。这样一来，检测时就没有基准，使得检测无法进行。因此，检测凸轮轴升程误差的第一步就是要确定检测的起测点，然后以此为基准按照一定的度数间隔检测凸轮工作面各点的升程误差。可见起测点的确定是检测的基础，如果起测点的确定出现误差，将会影响后续每一个点升程误差的检测结果。因此，在对发动机凸轮轴凸轮升程的检测过程中，起测点的确定至关重要。目前，用于确定凸轮轴升程检测起测点并获取检测结果的方法主要有以下三种：

1）“键槽定位法”，该方法是基于凸轮轴键槽和各凸轮之间具有一定的相位角。具体方法是：首先，将配套的键销装配到凸轮轴上的键槽中，然后通过测量键销的中心位置获取键槽的中心位置，以此作为起测点，按照一定的度数间隔检测凸轮工作面各点的升程误差；

2）“销孔定位法”，该方法是基于凸轮轴销孔和各凸轮之间具有一定的相位角。具体方法是：首先，将配套的定位销装配到凸轮轴上的销孔中，然后通过测量定位销的中心位置获取销孔的中心位置。以此作为起测点，按照一定的度数间隔检测凸轮工作面各点的升程误差；

3）“敏感点法”，该方法是通过测定升程变化率最大点的升程值来找到起测点。具体方法为：首先，从被测凸轮轴设计的理论升程表中找到升程变化率最大的点，即敏感点所对应的相位角以及理论升程，然后在凸轮上找到这一升程值，该升程值对应的点即为升程变化率最大的点，从而确定了该点的相位角，以此作为基准点便可以确定起测点。再按照一定的度数间隔检测凸轮工作面各点的升程误差。

对于“键槽定位法”和“销孔定位法”，首先在安装键销或定位销时，要求键销的中心和键槽的中心，或定位销的中心和销孔的中心要尽量重合，这需要有一定的工作经验才能保证有较好的装卡质量。此外，所用计量器具的安装误差、示值误差以及人为读数误差，所测得的键槽中心位置或定位销中心位置往往有一定的误差，均会影响起测点确定的准确性。不仅如此，即使准确找到了键槽中心位置或定位销中心位置，由于凸轮轴键槽或销孔自身有加工误差，以其为参照所确定的起测点也是不准确的，以此作为起测点，所检测的凸轮工作面各点的升程值必然存在误差。

至于“敏感点法”，在一定程度上提高了起测点确定的准确度，但是受制于仪器的分辨率，灵敏度等性能，所测得升程变化率最大点的升程值会出现在敏感点前后的一个狭小区域内，而不是定位到一个点上。即使采用高精度的仪器，也只能缩小这个区域，而且增加了检测成本。此外，即使可以准确定位到敏感点上，由于该点的升程值具有一定的加工误差，以此作为起测点，所检测的凸轮工作面各点的升程值也必然存在误差。

综上所述，目前用于确定凸轮轴升程检测起测点并获取检测结果的三种方法均存在一定的不足，如何弥补现有方法的不足之处，进一步提高确定凸轮轴升程检测起测点的准确度，并获取更加准确的升程检测结果成为一个亟待解决的问题。

发明内容

为克服上述不足，本发明提供了一种修正凸轮轴升程检测起测点并获取检测结果的方法，该方法不需要高精度的仪器便可以提高确定凸轮轴升程检测起测点的准确度，降低了检测成本；不需要二次测量便可以获取基于起测点修正之后的升程检测结果。

为了实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案，具体方法步骤如下：

1.可以采用以下三种方法中的任意一种得到实测升程检测数据:

1）“键槽定位法”，如图2所示，将配套的键销2装配到凸轮轴1上的键槽3中，通过测量键销2的中心位置获取键槽3的中心位置，以此相位角α作为起测点，按照一定的度数间隔检测凸轮1工作面各点的升程误差；

2）“销孔定位法”，如图3将配套的定位销装配到凸轮轴1上的销孔4中，通过测量定位销的中心位置获取销孔4的中心位置，以此相位角α作为起测点，按照一定的度数间隔检测凸轮1工作面各点的升程误差；

3）“敏感点法”，从被测凸轮轴设计的理论升程表中找到升程变化率最大的点，即敏感点所对应的相位角以及理论升程，在凸轮上找到这一升程值，该升程值对应的点即为升程变化率最大的点，从而确定了该点的相位角，以此作为起测点，按照一定的度数间隔检测凸轮工作面各点的升程误差。

2.如图1所示，以相邻至少连续三个检测点M₀、M₁、M₂拟合一条曲线，曲线方程为y=a₁x²+b₁x+c₁；其中y值为升程，x值为角度，并且令中间点M₁落在y轴上，将这三点坐标代入曲线方程，求出二次项系数a₁、一次项系数b₁和常数项c₁，得出曲线方程。

3.重复步骤2，以此类推，得到每一个点所在曲线方程的二次项系数a、一次项系数b和常数项c，得到每一个点所在的曲线方程。

4.如图1所示，令中间点M₁做出相位角偏移Δx，将角度值代入曲线方程后得到M₁点偏移后的升程y_1偏移，y_1偏移=a₁（Δx）²+b₁（Δx）+c₁。

5.重复步骤3，以此类推，得到每一个点做出相位角偏移Δx后的升程：y_1偏移、y_2偏移、y_3偏移……y_n偏移，即：

a₁（Δx）²+b₁（Δx）+c₁

a₂（Δx）²+b₂（Δx）+c₂

a₃（Δx）²+b₃（Δx）+c₃

……

a_n（Δx）²+b_n（Δx）+c_n。

6.利用最小二乘法处理每一个点做出相位角偏移Δx后的升程和被测凸轮轴凸轮的设计标准升程；

1）计算每一个点做出相位角偏移Δx后的升程和被测凸轮轴凸轮的设计标准升程之差：

y_1偏移-y_1标准、y_2偏移-y_2标准、y_3偏移-y_3标准……y_n偏移-y_n标准

2）计算每一个点做出相位角偏移Δx后的升程和被测凸轮轴凸轮的设计标准升程之差的平方：

(y_1偏移-y_1标准)²、(y_2偏移-y_2标准)²、(y_3偏移-y_3标准)²……(y_n偏移-y_n标准)²

3）得到每一个点做出相位角偏移Δx后的升程和被测凸轮轴凸轮的设计标准升程之差的平方和的表达式：

(y_1偏移-y_1标准)²+(y_2偏移-y_2标准)²+(y_3偏移-y_3标准)²+……+(y_n偏移-y_n标准)²

式中：

y_1偏移—第一个检测点做出相位角偏移Δx后的升程a₁（Δx）²+b₁（Δx）+c₁

y_2偏移—第二个检测点做出相位角偏移Δx后的升程a₂（Δx）²+b₂（Δx）+c₂

y_3偏移—第三个检测点做出相位角偏移Δx后的升程a₃（Δx）²+b₃（Δx）+c₃

……

Y_n偏移—最后一个检测点做出相位角偏移Δx后的升程a_n（Δx）²+b_n（Δx）+c_n

由此得到一个关于Δx的函数式；

4）对上述函数式求极限，得到函数为最小值时对应的Δx，即为起测点的修正量。

7.将Δx分别代入步骤5得到的每一个点做出相位角偏移Δx后的升程：y_1偏移、y_2偏移、y_3偏移……y_n偏移，即得到起测点修正之后的升程检测数据。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

1）可以修正键销和键槽或定位销和销孔的安装误差对确定起测点带来的影响，因而降低了装卡的难度，提高了工作效率；

2）可以修正凸轮轴键槽或销孔自身加工误差对确定起测点带来的影响，弥补了凸轮轴键槽或销孔的先天不足；

3）为了将敏感点最大限度地定位到唯一的一个点上，现有技术需要采用高精度的仪器，而本发明使用一般精度的仪器即可获得更为满意的结果，降低了检测成本；

4）本发明是基于现有技术检测凸轮轴凸轮得到的实测升程数据和设计的标准升程数据，使得实测升程轮廓经过偏移Δx之后与标准升程轮廓从整体上最为接近，因而更加真实地反映了被测凸轮轴凸轮的实际轮廓；

5）本发明对起测点进行修正之后，无需二次测量便可以得到基于修正后起测点的升程检测数据；

6）本发明所述的方法，简便快捷，可以在不增加额外成本的基础上，提高确定凸轮轴检测起测点的准确度，进而提高检测结果的准确度，可满足日常生产检测的需要，具有可推广的实用价值。

附图说明

图1为本发明一种修正凸轮轴升程检测起测点并获取检测结果的方法中M₀、M₁、M₂三点所拟合曲线及M₁点偏移Δx后得到升程y_1偏移的示意图；

图2为本发明所测凸轮轴键槽与凸轮相对位置及键销与键槽装配示意图；

图3为本发明所测凸轮轴销孔与凸轮相对位置示意图；

图4为本发明所测凸轮轴检测系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图，通过实施例对本发明进行详细地说明。如图4所示，用一台德国莱兹手动式凸轮轴测量仪，该测量仪主要由分度头6、尾座8、阿贝测量头10组成，对一件四缸柴油机凸轮轴5进行检测。

首先进行装卡，然后从分度头度数镜头7中读取度数，从阿贝测量头度数镜头9中读取生成结果，采用“敏感点法”确定起测点后，转动凸轮轴5,每隔1度进行一次读数，同时记录下检测结果，得到一组升程实测数据。每三个相连点拟合一条曲线，使其中间点做出相位角偏移Δx，得到偏移后的升程。再利用最小二乘法处理所得到的升程和标准升程，最终求出Δx，Δx即为凸轮轴检测起测点的修正量。最后，将Δx带入所拟合的曲线方程，得到基于新确定起测点的升程检测数据。

其步骤如下：

1.由“敏感点法”得到实测升程检测数据；

（1）从被测凸轮轴5凸轮1设计的标准升程表中找到升程变化率最大的点即“敏感点”，具体方法是采用相邻两点的升程相减，差值中最大的点即近似认为是升程变化率最大的点，本实施例中139°点的升程和138°点的升程之差为0.1978mm，是所有差值中最大的，如标准升程表中加粗边框所示，因此139°点即为敏感点；

（2）在被测凸轮轴5的凸轮1上找到139°点对应的升程3.0415mm，将阿贝测量头10对准凸轮1上升程为零的区域，并将度数置零，转动被测凸轮轴5，当转到有升程的区域后，阿贝头读数镜头9中的读数将会逐步增加，当读数为3.0415mm时，停止转动，阿贝测量头10所测的位置即为139°点所在位置。

标准升程表

（3）转动凸轮轴5至凸轮1有升程区域的第一点处，从理论升程表中，可以看到产生升程的第一点度数为92°，该点和敏感点即139°点相差47°，因此，向步骤（2）中相反的方向转动凸轮轴47°，此时测头所测得位置即为92°点；

（4）每隔一度进行检测，测得实测升程表，从阿贝头读数镜头9中读取此时读数为-0.0033mm，将凸轮轴5转动1°转至93°处，从分度头读数镜头7中读取93°点的实测升程为-0.0030mm，以同样的方法，每转动1°从阿贝头读数镜头7中读取一次数值，并记录、制表，最终得到实测升程表。

实测升程表

2.得到实测升程表中每一点所在的曲线方程；

以相邻连续三点，拟合一条曲线，令中间点落在y轴上，曲线方程为y=ax²+bx+c，其中y值为升程，x值为角度；

如实测升程表中加粗边框所示，146°点、147°点、148°这三点，令中间点147°落在y轴上，因此这三点坐标依次为（-1，4.3607）（0，4.5360）（1，4.7068），将这三点坐标代入曲线方程，求出系数a、b、c，得到中间点147°点所在曲线方程：

y=-0.00225x²+0.17305x+4.536。

3.用同步骤2相同的方法，求出每一点所在的曲线方程。

4.令每一个点做出相位角偏移Δx，将角度值代入曲线方程后得到各点对应偏移后的升程表达式；

例如步骤2中的147°点，所得到的偏移后升程表达式为：

y_147偏移=-0.00225（Δx）²+0.17305（Δx）+4.536。

5.用同步骤4相同的方法，求出每一点偏移Δx后升程的表达式。

6.利用最小二乘法处理每一个点做出相位角偏移Δx后的升程表达式和被测凸轮轴5凸轮1的设计标准升程；

1）计算每一个点做出相位角偏移Δx后的升程和被测凸轮轴5凸轮1的设计标准升程之差：

y_1偏移-y_1标准、y_2偏移-y_2标准、y_3偏移-y_3标准……y_n偏移-y_n标准

2）计算每一个点做出相位角偏移Δx后的升程和被测凸轮轴5凸轮1的设计标准升程之差的平方：

(y_1偏移-y_1标准)²、(y_2偏移-y_2标准)²、(y_3偏移-y_3标准)²……(y_n偏移-y_n标准)²

3）得到每一个点做出相位角偏移Δx后的升程和被测凸轮轴5凸轮1的设计标准升程之差的平方和的表达式：

(y_1偏移-y_1标准)²+(y_2偏移-y_2标准)²+(y_3偏移-y_3标准)²+……+(y_n偏移-y_n标准)²

式中：

y_1偏移—第一个检测点做出相位角偏移Δx后的升程a₁（Δx）²+b₁（Δx）+c₁

y_2偏移—第二个检测点做出相位角偏移Δx后的升程a₂（Δx）²+b₂（Δx）+c₂

y_3偏移—第三个检测点做出相位角偏移Δx后的升程a₃（Δx）²+b₃（Δx）+c₃

……

Y_n偏移—最后一个检测点做出相位角偏移Δx后的升程a_n（Δx）²+b_n（Δx）+c_n

由此得到一个关于Δx的函数式；

4）对上述函数式求极限，得到函数为最小值时对应的Δx，即为起测点的修正量；

经过计算Δx=0.0315°，即得到起测点的修正量为0.0315°。

7.将Δx分别代入步骤4得到的n个曲线方程，得到基于新确定起测点的修正后的实测升程表，并以此作为最终检测结果。

修正后实测升程表

本发明从一个全新的视角对现有的确定凸轮轴检测起测点并获取检测结果的三种方法，即“键槽定位法”、“销孔定位法”和“敏感点法”中的缺陷进行了弥补。

即通过最小二乘原理，对用现有方法测得的实测数据和设计的标准升程数据进行处理，得到起测点的修正量Δx，确定了更加精确的凸轮轴检测起测点。同时，将Δx代入每一点所在的拟合曲线方程，不需要经过二次测量，便可以得到修正后的升程实测数据。

该方法对键销和键槽或定位销和销孔之间的装卡质量要求不高，消除了凸轮轴键槽或销孔的加工误差对确定起测点带来的影响，使用一般精度的仪器即可实现，提高了工作效率，降低了检测成本。

基于最小二乘原理，使得最终得到的实测数据剔除了由于起测点确定不准带来的误差，使得修正后测量结果所组成的实测轮廓和设计的标准轮廓间的区域达到了最小，最终得到的修正后实测升程结果从整体上最接近于理论数据，因而提高了凸轮轴检测的准确度。此外本发明适用于所有发动机凸轮轴的测量，可操作性强，易于推广，可满足日常生产检测的需要，具有较高的实用价值。

Claims (1)

1.一种修正凸轮轴升程检测起测点并获取检测结果的方法，其特征在于：具体方法步骤如下：

【1】可以采用以下三种方法中的任意一种得到实测升程检测数据:

1）“键槽定位法”，将配套的键销（2）装配到凸轮轴（1）上的键槽（3）中，通过测量键销（2）的中心位置获取键槽（3）的中心位置，以此相位角（α）作为起测点，按照一定的度数间隔检测凸轮（1）工作面各点的升程误差；

2）“销孔定位法”，将配套的定位销装配到凸轮轴（1）上的销孔（4）中，通过测量定位销的中心位置获取销孔（4）的中心位置，以此相位角（α）作为起测点，按照一定的度数间隔检测凸轮（1）工作面各点的升程误差；

3）“敏感点法”，从被测凸轮轴设计的理论升程表中找到升程变化率最大的点，即敏感点所对应的相位角以及理论升程，在凸轮上找到这一升程值，该升程值对应的点即为升程变化率最大的点，从而确定了该点的相位角，以此作为起测点，按照一定的度数间隔检测凸轮工作面各点的升程误差；

【2】以相邻至少连续三个检测点M₀、M₁、M₂拟合一条曲线，曲线方程为y=a₁x²+b₁x+c₁；其中y值为升程，x值为角度，并且令中间点M₁落在y轴上，将这三点坐标代入曲线方程，求出二次项系数a₁、一次项系数b₁和常数项c₁，得出曲线方程；

【3】重复步骤2，以此类推，得到每一个点所在曲线方程的二次项系数a、一次项系数b和常数项c，得到每一个点所在的曲线方程；

【4】令中间点M₁做出相位角偏移Δx，将角度值代入曲线方程后得到M₁点偏移后的升程y_1偏移，y_1偏移=a₁（Δx）²+b₁（Δx）+c₁；

【5】重复步骤3，以此类推，得到每一个点做出相位角偏移Δx后的升程：y_1偏移、y_2偏移、y_3偏移……y_n偏移，即：

a₁（Δx）²+b₁（Δx）+c₁

a₂（Δx）²+b₂（Δx）+c₂

a₃（Δx）²+b₃（Δx）+c₃

……

a_n（Δx）²+b_n（Δx）+c_n；

【6】利用最小二乘法处理每一个点做出相位角偏移Δx后的升程和被测凸轮轴凸轮的设计标准升程；

1）计算每一个点做出相位角偏移Δx后的升程和被测凸轮轴凸轮的设计标准升程之差：

y_1偏移-y_1标准、y_2偏移-y_2标准、y_3偏移-y_3标准……y_n偏移-y_n标准

2）计算每一个点做出相位角偏移Δx后的升程和被测凸轮轴凸轮的设计标准升程之差的平方：

(y_1偏移-y_1标准)²、(y_2偏移-y_2标准)²、(y_3偏移-y_3标准)²……(y_n偏移-y_n标准)²

3）得到每一个点做出相位角偏移Δx后的升程和被测凸轮轴凸轮的设计标准升程之差的平方和的表达式：

(y_1偏移-y_1标准)²+(y_2偏移-y_2标准)²+(y_3偏移-y_3标准)²+……+(y_n偏移-y_n标准)²

式中：

y_1偏移—第一个检测点做出相位角偏移Δx后的升程a₁（Δx）²+b₁（Δx）+c₁

y_2偏移—第二个检测点做出相位角偏移Δx后的升程a₂（Δx）²+b₂（Δx）+c₂

y_3偏移—第三个检测点做出相位角偏移Δx后的升程a₃（Δx）²+b₃（Δx）+c₃

……

Y_n偏移—最后一个检测点做出相位角偏移Δx后的升程a_n（Δx）²+b_n（Δx）+c_n

由此得到一个关于Δx的函数式；

4）对上述函数式求极限，得到函数为最小值时对应的Δx，即为起测点的修正量；

【7】将Δx分别代入步骤5得到的每一个点做出相位角偏移Δx后的升程：y_1偏移、y_2偏移、y_3偏移……y_n偏移，即得到起测点修正之后的升程检测数据。