CN107490355A - 一种孔轴同心度的测量方法及装置 - Google Patents

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邹学涌
陈新
陈新度
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Abstract

本发明公开了一种孔轴同心度的测量方法，通过获取待测轴的任一截面位置所对应的外圆圆周上的至少3个三维坐标，并根据三维坐标计算出轴的外圆圆心位置，然后获取待测轴的轴孔内预设位置的内圆圆心位置；通过将外圆圆心位置与内圆圆心位置作比较，即可得到预设位置孔轴的同心度。由于上述测量方法可以得到待测轴的轴孔内预设位置对应的孔轴同心度，而该预设位置可以是轴孔内任一位置，因此检测得到的同心度更加准确，避免了传统的仅通过测量两个端面的同心度来大致评估其同心度情况，进而避免了孔轴同心度测量存在偏差的问题。另外本发明还公开了一种孔轴同心度的测量装置。

Description

一种孔轴同心度的测量方法及装置
技术领域
本发明涉及测量检测技术领域，尤其涉及一种孔轴同心度的测量方法及装置。
背景技术
在轴的中心开置轴孔的机械加工过程中，经常需要测量加工出来的孔与轴同心度，以保证工件质量。对于同心度的测量，一般是借助三坐标测量仪或同心度测量仪，但当遇到轴的长度较长，孔较小的情况，这两样仪器无法进入到孔里面测量，只能通过测量两个端面的同心度来大致评估其同心度情况。如此则导致对孔的同心度测量有偏差，不能完全反映加工孔的精度。
综上所述，如何解决孔轴同心度测量存在偏差的问题，已成为本领域技术人员亟待解决的技术难题。
发明内容
本发明的目的是提供一种孔轴同心度的测量方法及装置，以解决孔轴同心度测量存在偏差的问题。
为了实现上述目的，本发明提供了一种孔轴同心度的测量方法，该方法包括步骤：
固定待测轴；
获取所述待测轴的任一截面位置所对应的外圆圆周上的至少3个三维坐标，并根据所述三维坐标计算出轴的外圆圆心位置；
获取所述待测轴的轴孔内预设位置的内圆圆心位置；
将所述外圆圆心位置与所述内圆圆心位置作比较，即可得到预设位置孔轴的同心度。
优选地，所述三维坐标通过三爪夹具获得，所述三爪夹具包括三个爪脚，且每个所述爪脚的末端均设置有第一跟踪球；
当所述爪脚的末端与所述待测轴的任一截面位置所对应的外圆相贴合时，所述第一跟踪球的当前位置即对应所述三维坐标的位置。
优选地，所述内圆圆心位置通过能够放置在所述待测轴的轴孔内的三爪卡盘获得，所述三爪卡盘包括三个能够沿所述三爪卡盘的径向等长度伸缩的卡爪和设置在所述三爪卡盘的中心位置的第二跟踪球，当所述卡爪的末端与所述待测轴的轴孔内预设位置的内圆相贴合时，所述第二跟踪球的当前位置即为所述待测轴的轴孔内预设位置的内圆圆心位置。
优选地，所述卡爪的末端还设置有压力传感器，当所述压力传感器反馈的压力达到预设压力时，所述卡爪的末端与所述待测轴的轴孔内预设位置的内圆实现完全相贴合。
优选地，所述三爪夹具还连接有用于驱动所述卡爪的电机，所述电机连接有电源及控制模块。
相比于背景技术介绍内容，上述孔轴同心度的测量方法，通过获取待测轴的任一截面位置所对应的外圆圆周上的至少3个三维坐标，并根据三维坐标计算出轴的外圆圆心位置，然后获取待测轴的轴孔内预设位置的内圆圆心位置；通过将外圆圆心位置与内圆圆心位置作比较，即可得到预设位置孔轴的同心度。由于上述测量方法可以得到待测轴的轴孔内预设位置对应的孔轴同心度，而该预设位置可以是轴孔内任一位置，因此检测得到的同心度更加准确，避免了传统的仅通过测量两个端面的同心度来大致评估其同心度情况，进而避免了孔轴同心度测量存在偏差的问题。
另外本发明还提供了一种孔轴同心度的测量装置，包括三爪夹具和能够放置在所述待测轴的轴孔内的三爪卡盘，
所述三爪夹具包括三个爪脚，每个所述爪脚的末端均设置有第一跟踪球，且所述爪脚的末端用于与所述待测轴的任一截面位置所对应的外圆相贴合；
所述三爪卡盘包括三个能够沿所述三爪卡盘的径向等长度伸缩的卡爪和设置在所述三爪卡盘的中心位置的第二跟踪球，且所述卡爪的末端能够与所述待测轴的轴孔内预设位置的内圆相贴合。
优选地，所述卡爪的末端对应与所述待测轴的轴孔内预设位置的内圆相贴合的位置还设置有压力传感器。
优选地，所述压力传感器为应变片压力传感器。
优选地，所述三爪卡盘的数量为2个，且对称分布于所述测量装置的两侧。
优选地，所述测量装置还包括用于驱动所述卡爪的电机、和与所述电机相连的电源及控制模块。
由于上述孔轴同心度的测量装置沿用了上述孔轴同心度的测量方法的核心思想，而上述测量方法具有上述技术效果，因此沿用了上述测量方法的测量装置也应具有相应的技术效果，在此不再赘述。
附图说明
图1为本发明实施例提供的孔轴同心度的测量方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的三爪卡盘的整体结构示意图；
图3为图2的A向结构示意图。
上图1-图3中，
三爪卡盘1、卡爪2、第二跟踪球3、压力传感器4、电机5、电源及控制模块6。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种孔轴同心度的测量方法及装置，以解决孔轴同心度测量存在偏差的问题。
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明提供的技术方案，下面将结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示，本发明实施例提供的一种孔轴同心度的测量方法，该方法包括步骤：
步骤S1：固定待测轴；
步骤S2：获取待测轴的任一截面位置所对应的外圆圆周上的至少3个三维坐标，并根据三维坐标计算出轴的外圆圆心位置；
步骤S3：获取待测轴的轴孔内预设位置的内圆圆心位置；
步骤S4：将外圆圆心位置与内圆圆心位置作比较，即可得到预设位置孔轴的同心度。
上述孔轴同心度的测量方法，通过获取待测轴的任一截面位置所对应的外圆圆周上的至少3个三维坐标，并根据三维坐标计算出轴的外圆圆心位置，然后获取待测轴的轴孔内预设位置的内圆圆心位置；通过将外圆圆心位置与内圆圆心位置作比较，即可得到预设位置孔轴的同心度。由于上述测量方法可以得到待测轴的轴孔内预设位置对应的孔轴同心度，而该预设位置可以是轴孔内任一位置，因此检测得到的同心度更加准确，避免了传统的仅通过测量两个端面的同心度来大致评估其同心度情况，进而避免了孔轴同心度测量存在偏差的问题。
如图2和图3所示，在一些具体的实施方案中，上述三维坐标可以是通过三爪夹具获得，而该三爪夹具包括三个爪脚，且每个爪脚的末端均设置有第一跟踪球；当爪脚的末端与待测轴的任一截面位置所对应的外圆相贴合时，第一跟踪球的当前位置即对应三维坐标的位置。当然可以理解的是，上述通过三爪夹具配合第一跟踪球的方式获得待测轴的任一截面位置所对应的外圆圆周上的至少3个三维坐标仅仅是本发明实施例的优选举例，也可是采用本领域技术人员常用的其他方法得到三维坐标，比如三维坐标测量仪等。
这里需要说明的是，本领域技术人员都应该熟知的是，第一跟踪球需要配合激光跟踪仪使用，激光跟踪仪在运行过程中，能够实时跟随第一跟踪球并随时得到第一跟踪球的三维位置。
在一些具体的实施方案中，上述内圆圆心位置可以通过能够放置在待测轴的轴孔内的三爪卡盘1获得，三爪卡盘1包括三个能够沿三爪卡盘1的径向等长度伸缩的卡爪2和设置在三爪卡盘1的中心位置的第二跟踪球3，当卡爪2的末端与待测轴的轴孔内预设位置的内圆相贴合时，第二跟踪球3的当前位置即为待测轴的轴孔内预设位置的内圆圆心位置。当然可以理解的是，上述通过三爪卡盘获得预设位置的内圆圆心位置仅仅是本发明实施例的优选举例，也可以是本领域技术人员常用的其他方法获得内圆圆心位置。同样，第二跟踪球也需要配合激光跟踪仪使用，激光跟踪仪在运行过程中，能够实时跟随第二跟踪球并随时得到第二跟踪球的三维位置。
进一步地实施方案中，上述卡爪2的末端还可以设置有压力传感器4，当压力传感器4反馈的压力达到预设压力时，卡爪2的末端与待测轴的轴孔内预设位置的内圆实现完全相贴合。通过卡爪2的末端与待测轴的轴孔内预设位置的内圆实现完全相贴合并记录第二跟踪球的当前位置的方法，使得测量的结果更加准确。并且上述压力传感器可以选用应变片压力传感器，也可以采用本领域技术人员常用的其他压力传感器，比如陶瓷压力传感器等。
此外，上述三爪卡盘1还可以连接有用于驱动卡爪2的电机5，该电机5连接有电源及控制模块6。通过电源及控制模块来控制电机驱动卡爪沿所述三爪卡盘的径向等长度伸缩运动，使得三爪卡盘的操控更加方便，为了更加方便操作，还可以设置与控制模块无线连接的遥控器进行控制。这里需要说明的是，本领域技术人员都应该能够理解的是三爪卡盘内部应该设置有对应的联动机构，使得三个卡爪能够同时沿径向做伸缩运动。当然可以理解的是上述仅仅是本发明实施例对于三爪卡盘驱动的一种优选的举例，也可以是通过手动驱动传动机构实现三爪卡盘的卡爪的运动。
另外本发明还提供了一种孔轴同心度的测量装置，包括三爪夹具和能够放置在待测轴的轴孔内的三爪卡盘，三爪夹具包括三个爪脚，每个爪脚的末端均设置有第一跟踪球，且爪脚的末端用于与待测轴的任一截面位置所对应的外圆相贴合；三爪卡盘1包括三个能够沿三爪卡盘1的径向等长度伸缩的卡爪2和设置在三爪卡盘1的中心位置的第二跟踪球3，且卡爪2的末端能够与待测轴的轴孔内预设位置的内圆相贴合。
同样，本领域技术人员都应该能够理解的是，第一跟踪球和第二跟踪球也均需要配合激光跟踪仪使用，激光跟踪仪在运行过程中，能够实时跟随第一跟踪球和第二跟踪球并随时得到第一跟踪球的三维位置和第二跟踪球的三维位置。
由于上述孔轴同心度的测量装置沿用了上述孔轴同心度的测量方法的核心思想，而上述测量方法具有上述技术效果，因此沿用了上述测量方法的测量装置也应具有相应的技术效果，在此不再赘述。
在一些具体的实施方案中，上述卡爪2的末端对应与待测轴的轴孔内预设位置的内圆相贴合的位置还设置有压力传感器4。当压力传感器4反馈的压力达到预设压力时，卡爪2的末端与待测轴的轴孔内预设位置的内圆实现完全相贴合。通过卡爪2的末端与待测轴的轴孔内预设位置的内圆实现完全相贴合并记录第二跟踪球的当前位置的方法，使得测量的结果更加准确。并且上述压力传感器可以选用应变片压力传感器，也可以采用本领域技术人员常用的其他压力传感器，比如陶瓷压力传感器等。
在一些更具体的实施方案中，上述三爪卡盘1的数量为2个，且对称分布于测量装置的两侧。通过将三爪卡盘的数量设置成两个使得整个测量装置放置至待测轴的轴孔内时更加稳定，并且可以同时测量两个预设位置的内圆圆心位置，使得测量效率大大提高。当然可以理解的是，上述三爪卡盘的数量为2个仅仅是本发明实施例的优选举例，也可以是1个或2个以上，只不过本发明实施例优选采用2个三爪卡盘的布置方式而已。
更进一步的实施方案中，上述测量装置还可以包括用于驱动卡爪2的电机5、和与电机5相连的电源及控制模块6。通过电源及控制模块来控制电机驱动卡爪沿所述三爪卡盘的径向等长度伸缩运动，使得三爪卡盘的操控更加方便，为了更加方便操作，还可以设置与控制模块无线连接的遥控器进行控制。这里需要说明的是，本领域技术人员都应该能够理解的是三爪卡盘内部应该设置有对应的联动机构，使得三个卡爪能够同时沿径向做伸缩运动。当然可以理解的是上述仅仅是本发明实施例对于三爪卡盘驱动的一种优选的举例，也可以是通过手动驱动传动机构实现三爪卡盘的卡爪的运动。
为了本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合孔轴同心度的测量装置的优选结构的具体使用过程进行说明：
第一步：将待测轴通过三爪夹具固定好，由于激光跟踪仪的跟踪球分别放置在三爪夹具的爪脚上，因此当三爪夹具的爪脚与待测轴的任一截面的外圆卡紧时，分别记录下此时激光跟踪球的三维位置；
第二步：将激光跟踪仪的跟踪球安装在三爪卡盘的中心位置，将整个测量装置放入待测轴的轴孔中；
第三步：按下遥控器的“启动”按钮，此时电源及控制模块接收到遥控器的信号，由电机带动三爪卡盘运动，卡爪开始沿三爪卡盘的径向逐渐伸长；
第四步：电机带动三爪卡盘运动的同时，控制器通过AD转换不断监测压力应变片的应变并将其转换为压力应变片所受的压力；
第五步：当6个压力应变片所受的力超过预设压力值时(此预设压力值可用实验获得)，即认为三爪卡盘的卡爪已经完全与待测孔径的内径贴合，此时控制器控制电机停止运动。记录下激光跟踪球的三维坐标，因为激光跟踪球是安装在三爪卡盘的圆心处的，所以可以认为所记录的坐标即为孔在当前位置的圆心坐标。
第六步：利用第一步得到的三个激光跟踪球的三维位置计算拟合出轴的外圆圆心位置，将该位置与第五步得到的内圆圆心位置做比较，即可得出在该位置孔和轴的同心度。
第七步：按下遥控器的“停止”按钮，电源及控制模块接收信号并控制电机反向转动，使得三爪卡盘的卡爪沿径向收缩直到压力应变片所受的压力为0。
以上7步完成了对待测轴的轴孔的某一位置同心度的测量，为了得到在其他位置孔的同心度，当待压力应变片所受压力为0后，用人工方式将装置置于孔的其他位置，并重复步骤2-7即可。(一般，待测轴的外圆圆心位置不需要重复测量)
以上对本发明所提供的孔轴同心度的测量方法及装置进行了详细介绍。需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括上述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种孔轴同心度的测量方法，其特征在于，该方法包括步骤：
固定待测轴；
获取所述待测轴的任一截面位置所对应的外圆圆周上的至少3个三维坐标，并根据所述三维坐标计算出轴的外圆圆心位置；
获取所述待测轴的轴孔内预设位置的内圆圆心位置；
将所述外圆圆心位置与所述内圆圆心位置作比较，即可得到预设位置孔轴的同心度。
2.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述三维坐标通过三爪夹具获得，所述三爪夹具包括三个爪脚，且每个所述爪脚的末端均设置有第一跟踪球；
当所述爪脚的末端与所述待测轴的任一截面位置所对应的外圆相贴合时，所述第一跟踪球的当前位置即对应所述三维坐标的位置。
3.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述内圆圆心位置通过能够放置在所述待测轴的轴孔内的三爪卡盘(1)获得，所述三爪卡盘(1)包括三个能够沿所述三爪卡盘(1)的径向等长度伸缩的卡爪(2)和设置在所述三爪卡盘(1)的中心位置的第二跟踪球(3)，当所述卡爪(2)的末端与所述待测轴的轴孔内预设位置的内圆相贴合时，所述第二跟踪球(3)的当前位置即为所述待测轴的轴孔内预设位置的内圆圆心位置。
4.如权利要求3所述的测量方法，其特征在于，所述卡爪(2)的末端还设置有压力传感器(4)，当所述压力传感器(4)反馈的压力达到预设压力时，所述卡爪(2)的末端与所述待测轴的轴孔内预设位置的内圆实现完全相贴合。
5.如权利要求3所述的测量方法，其特征在于，所述三爪卡盘(1)还连接有用于驱动所述卡爪(2)的电机(5)，所述电机(5)连接有电源及控制模块(6)。
6.一种孔轴同心度的测量装置，其特征在于，包括三爪夹具和能够放置在所述待测轴的轴孔内的三爪卡盘，
所述三爪夹具包括三个爪脚，每个所述爪脚的末端均设置有第一跟踪球，且所述爪脚的末端用于与所述待测轴的任一截面位置所对应的外圆相贴合；
所述三爪卡盘(1)包括三个能够沿所述三爪卡盘(1)的径向等长度伸缩的卡爪(2)和设置在所述三爪卡盘(1)的中心位置的第二跟踪球(3)，且所述卡爪(2)的末端能够与所述待测轴的轴孔内预设位置的内圆相贴合。
7.如权利要求6所述的孔轴同心度的测量装置，其特征在于，所述卡爪(2)的末端对应与所述待测轴的轴孔内预设位置的内圆相贴合的位置还设置有压力传感器(4)。
8.如权利要求7所述的孔轴同心度的测量装置，其特征在于，所述压力传感器(4)为应变片压力传感器。
9.如权利要求6所述的孔轴同心度的测量装置，其特征在于，所述三爪卡盘(1)的数量为2个，且对称分布于所述测量装置的两侧。
10.如权利要求6所述的孔轴同心度的测量装置，其特征在于，所述测量装置还包括用于驱动所述卡爪(2)的电机(5)、和与所述电机(5)相连的电源及控制模块(6)。
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