CN108151656A - 一种孔内型面的轴向位置、长度尺寸测量方法及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种孔内型面的轴向位置、长度尺寸测量方法及装置，该方法是通过利用探头与待测零件的相对移动对孔内型面的轴向位置、长度尺寸进行测量；该方法所用的测量设备，包括底座，底座上设工作台和测量装置，所述测量装置包括立柱和与立柱连接的探头。本发明的通用性、适用性较强，在对零件孔内型面的轴向位置、长度尺寸测量时，降低了测量难度、简化了测量操作、提高了测量效率、降低了测量的成本、测量精度较高，在零件生产过程中可降低零件生产成本，便于对零件生产加工的质量进行检测。
Description
技术领域
本发明涉及零件尺寸测量领域，特别是一种孔内型面的轴向位置、长度尺寸测量方法及设备。
背景技术
机械零件孔内设计数量不等的台阶、环形槽等结构情况较为普遍，如图4所示零件的孔内结构即具有这类零件一定的代表性，内孔中各型面所形成的轴向位置尺寸或轴向长度尺寸a、b、c、d、e段需要测量。其中的交接形成棱边Ⅱ、Ⅲ型面间的夹角为钝角，Ⅳ处为一圆弧或椭圆弧轴向顶点。由于结构限制，与棱边Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ有关的尺寸一般难以使用通用测量装置进行测量，使得象a、b、c、d段这类的轴向位置、长度尺寸测量就变得较为困难，这也一直是机械制造行业所研究的课题。工程中通常的解决方案是：①针对零件孔内结构设计、制造较为复杂、精密的专用量具进行测量，但专用量具的制造成本较高，且通用性较差，一般只能一套量具测量一个尺寸甚至多套量具组合才能测量一个尺寸，在实际应用中，大多零件含有多种内孔结构，在检测时就需使用多个专用量具进行检测，不仅检测的成本较高，且检测操作麻烦，测量误差也较大；②对于无法直接测量的零件，只能首件破坏性解剖后进行测量(如图4这类的零件一般都会采用此方法)。对于加工企业来说，专用量具费用及解剖破坏零件所造成的浪费是一项较大的成本负担；对于需破坏性解剖后测量的零件，不但只能进行首件检查或极少量的破坏性抽检，而且需额外增加解剖加工工作，工序等待检查的时间也较长，加工设备停机、工人等待的成本较大。因此，在机械行业中，目前在对零件内孔中各型面所形成的轴向位置尺寸和轴向长度尺寸测量时，存在测量难度较大、测量操作繁琐、测量效率较低、测量的成本较高以及测量精度低的问题，在零件生产过程中增加了零件生产的成本，而且在生产加工中难以对零件的质量进行适时检测。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种孔内型面的轴向位置尺寸或长度尺寸测量方法及设备。本发明的通用性、适用性较强，在对零件孔内型面的轴向位置、长度尺寸测量时，降低了测量难度、简化了测量操作、提高了测量效率、降低了测量的成本、测量精度较高，在零件生产过程中可降低零件生产成本，便于对零件生产加工的质量进行检测。
本发明的技术方案：一种孔内型面的轴向位置、长度尺寸测量方法，该方法是通过利用探头与待测零件的相对移动对孔内型面的轴向位置、长度尺寸进行测量。
前述的一种孔内型面的轴向位置、长度尺寸测量方法中，所述方法是通过设置带摄像头的内窥镜头作为探头，利用内窥镜直径尺寸小能伸入待测零件孔内摄像的特点，在垂直于孔的轴线方向，将测量所需要采集的孔内或孔外型面轮廓交线或交点在零件轴心线的垂直方向进行图形聚焦，通过摄像头将其转化为视频图像在图像显示器上显示，通过将设在图像显示器上的“十”字准线的竖直线与测量基准要素的轮廓交线或交点的视频图像对齐重合后，再调整零件和测量装置在X轴向相对移动，使设在图像显示器上的“十”字准线的竖直线与被测要素的轮廓交线或交点的视频图像对齐重合，X轴向相对移动的距离即为孔内型面的轴向位置、长度尺寸值。
前述的一种孔内型面的轴向位置、长度尺寸测量方法中，所述方法是通过设置固定的测量装置和移动的工作台，利用工作台移动，使放置在工作台上的待测零件移动，从而使探头和待测零件产生相对移动，通过在工作台X和Y轴方向设置光栅尺，测量工作台的移动距离，即为探头和待测零件的相对移动距离。
前述的一种孔内型面的轴向位置、长度尺寸测量方法中，所述方法是通过将探头与移动的工作台连接，并将待测零件固定放置，利用工作台移动，使与工作台连接的探头移动，从而使探头和待测零件产生相对移动，通过在工作台X和Y轴方向设置光栅尺，测量工作台的移动距离，即为测量装置和待测零件的相对移动距离。
前述的一种孔内型面的轴向位置、长度尺寸测量方法中，所述图形聚焦是通过在Y轴方向微调零件或探头位置，使探头对焦直至图像轮廓清晰。
前述的一种孔内型面的轴向位置、长度尺寸测量方法所用的测量设备，包括底座，底座上设工作台和测量装置，所述测量装置包括立柱和与立柱连接的探头。
前述的测量设备中，所述探头包括摄像头，摄像头一端连接有内窥镜，所述内窥镜为90°内窥镜，内窥镜平行于X轴且垂直于Y、Z轴设置，内窥镜上设有光源接口；所述摄像头视频信号输出端口通过导线与图像显示器连接，图像显示器中心位置设有“十”字准线，摄像头电源接口通过导线与电源连接。
前述的测量设备中，所述工作台与底座之间设置有两组光栅尺，光栅尺沿工作台X和Y轴方向分别设置，所述光栅尺通过导线与设在底座一侧的数字显示器连接。
前述的测量设备中，所述测量装置设在工作台上方，立柱与工作台固定连接，零件放置座设在工作台一侧。
前述的测量设备中，所述测量装置设在工作台一侧，立柱与底座固定连接，工作台上设有零件放置座。
与现有技术相比，本发明应用内窥镜的成像技术，利用回转体型面轮廓交线在垂直于轴线方向投影成为线或点的特点，用内窥镜作为摄像镜头对孔内或孔外的轮廓交线或交点进行图形聚焦，通过摄像头转化为视频图像在图像显示器上显示，将测量起点、终点的视频图像轮廓的交线或交点分别与显示屏幕上”十”字准线的竖直线对齐重合，其在前后相应位置时在X轴方向数字显示器显示数字的差值，即为所测轴向长度尺寸值。
本发明的设备测量的结果采用数字化显示，测量时不接触被测要素，不会对表面质量或尖边等造成损伤和破坏，可以减少或不使用专用量具，可以避免破坏性解剖零件所造成的浪费，此外本发明的设备采用数字化显示的手段，在测量过程中测量基准要求较低，轮廓线或轮廓点均可作为测量基准，测量操作较为简单，本发明的设备测量操作方法简单、方便、可靠，测量效率高。
申请人为说明本发明的测量效果，将如图4所示零件孔内结构的a段长度、b段长度、c段长度及(a+b+c+d+e)段总长分别采用专用量具测量、破坏性解剖零件测量及本发明的检测方法进行测量能力及测量效果进行对比分析说明，根据工程中实践经验，其分析对比结果如下：
(1)专用量具测量
测量区段a段长度、b段长度、c段长度，工程中一般认为很难实现专用量具测量，即使能使用专用量具，量具结构相当复杂制造较为困难，且测量产生的测量误差较大
(2)破坏性解剖零件测量
解剖零件时间：采用线切割加工解剖时间：约20分钟；采用铣床加工解剖时间：约5分钟。均未考虑等待加工和加工准备时间。
测量设备及方法：万能工具显微镜
测量时间：a段测量时长平均小于1分钟；b段测量时长平均小于1分钟；c段测量时长平均小于1分钟；(a+b+c+d+e)段测量时长平均小于1分钟；
测量精度：误差≤0.02mm(误差主要来源于零件轮廓压线误差)
检测成本包括：1)报废零件成本；2)等待时间成本(括加工设备停机及人工等待)；3)解剖加工成本；4)万能工具显微镜一次性投入，测量成本低廉。
检测方法实用性：只能进行首件破坏性检测或数量较少的破坏性抽检。
(3)本发明的检测方法(测量操作如图6、图7、图8所示)
测量时间：a段测量时长平均小于1.5分钟；b段测量时长平均小于1分钟；c段测量时长平均小于1分钟；(a+b+c+d+e)段测量时长平均小于1.5分钟。
测量精度：误差≤0.02mm(误差主要来源于图像轮廓压线误差)
检测成本：测量装置一次性投入，通用性较强，测量成本低廉。
检测方法实用性：可以随时进行检测，操作方法简单。
综上所述，本发明的通用性、适用性较强，在对零件孔内型面的轴向位置、长度尺寸测量时，降低了测量难度、简化了测量操作、提高了测量效率、降低了测量的成本、测量精度较高，在零件生产过程中可降低零件生产成本，便于对零件生产加工的质量进行检测。
附图说明
图1是本发明实施例1的结构示意图；
图2是本发明实施例1的结构示意俯视图
图3是探头的结构示意图；
图4是测量样件的剖视图；
图5是测量操作示意图；
图6是测量操作俯视图；
图7是测量操作俯视图
图8是本发明实施例2的结构示意图。
附图中的标记为：1-底座，2-工作台，3-测量装置，4-立柱，5-探头，6-摄像头，7-内窥镜，8-光源接口，9-图像显示器，10-光栅尺，11-数字显示器，12-零件放置座。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
实施例1。一种孔内型面的轴向位置、长度尺寸测量方法，如图1至图7所示，该方法是通过利用探头与待测零件的相对移动对孔内型面的轴向位置、长度尺寸进行测量。
所述方法是通过设置带摄像头的内窥镜头作为探头，利用内窥镜直径尺寸小能伸入待测零件孔内摄像的特点，在垂直于孔的轴线方向，将测量所需要采集的孔内或孔外型面轮廓交线或交点在零件轴心线的垂直方向进行图形聚焦，通过摄像头将其转化为视频图像在图像显示器上显示，通过将设在图像显示器上的“十”字准线的竖直线与测量基准要素的轮廓交线或交点的视频图像对齐重合后，再调整零件和测量装置在X轴向相对移动，使设在图像显示器上的“十”字准线的竖直线与被测要素的轮廓交线或交点的视频图像对齐重合，X轴向相对移动的距离即为孔内型面的轴向位置尺寸或长度尺寸值；
所述方法是通过设置固定的测量装置和移动的工作台，利用工作台移动，使放置在工作台上的待测零件移动，从而使探头和待测零件产生相对移动，通过在工作台X和Y轴方向设置光栅尺，测量工作台的移动距离，即为探头和待测零件的相对移动距离；
所述图形聚焦是通过在Y轴方向微调零件或探头位置，使探头对焦直至图像轮廓清晰。
上述一种孔内型面的轴向位置、长度尺寸测量方法所用的测量设备，包括底座1，底座1上设工作台2和测量装置3，所述测量装置3包括立柱4和与立柱4连接的探头5；
所述探头5包括摄像头6，摄像头6一端连接有内窥镜7，所述内窥镜7为90°内窥镜，内窥镜7平行于X轴且垂直于Y、Z轴设置，内窥镜7上设有光源接口8；所述摄像头6视频信号输出端口通过导线与图像显示器9连接，图像显示器9中心位置设有“十”字准线，摄像头6电源接口通过导线与电源连接；
所述工作台2与底座1之间设置有两组光栅尺10，光栅尺10沿工作台2的X和Y轴方向分别设置，所述光栅尺10通过导线与设在底座1一侧的数字显示器11连接。
所述测量装置3设在工作台2一侧，立柱4与底座1固定连接，工作台2上设有零件放置座12。
工作原理：利用内窥镜7的成像技术，利用孔内、孔外型面轮廓交线在垂直于孔轴心线方向投影成为线或点的特性，用90°内窥镜对孔内或孔外的轮廓交线或交点进行图形聚焦，通过摄像头6转化为视频图像在图像显示器9上显示，所显示的视频图像的轮廓线或点与显示屏幕上固定设置的“十”字准线的竖直直线压线重合对齐。工作时，零件放置在工作台2上的零件放置座12上，零件孔轴线与X向平行，将内窥镜7镜头调整到与被测零件孔的轴心线目视等高度后固定，通过X、Y向移动工作台2，使待测零件与探头5产生相对移动，分别将零件被测尺寸的测量基准要素和被测要素的视频图像轮廓线或点进行图像聚焦并先后分别与“十”字准线的竖直线压线对齐重合，在相应位置时X轴方向数字显示器11显示数字的差值，就是测量基准要素和被测要素之间的距离，即为所测的轴向位置尺寸或长度尺寸值。
实施例2。一种孔内型面的轴向位置、长度尺寸测量方法，如图8所示，该方法是通过利用探头与待测零件的相对移动对孔内型面的轴向位置、长度尺寸进行测量。
所述方法是通过设置带摄像头的内窥镜头作为探头，利用内窥镜直径尺寸小能伸入待测零件孔内摄像的特点，在垂直于孔的轴线方向，将测量所需要采集的孔内或孔外型面轮廓交线或交点在零件轴心线的垂直方向进行图形聚焦，通过摄像头将其转化为视频图像在图像显示器上显示，通过将设在图像显示器上的“十”字准线的竖直线与测量基准要素的轮廓交线或交点的视频图像对齐重合后，再调整零件和测量装置在X轴向相对移动，使设在图像显示器上的“十”字准线的竖直线与被测要素的轮廓交线或交点的视频图像对齐重合，X轴向相对移动的距离即为孔内型面的轴向位置尺寸或长度尺寸值；
所述方法是通过将探头与移动的工作台连接，并将待测零件固定放置，利用工作台移动，使与工作台连接的探头移动，从而使探头和待测零件产生相对移动，通过在工作台X和Y轴方向设置光栅尺，测量工作台的移动距离，即为测量装置和待测零件的相对移动距离；
所述图形聚焦是通过在Y轴方向微调零件或探头位置，使探头对焦直至图像轮廓清晰。
上述一种孔内型面的轴向位置、长度尺寸测量方法所用的测量设备，包括底座1，底座1上设工作台2和测量装置3，所述测量装置3包括立柱4和与立柱4连接的探头5；
所述探头5包括摄像头6，摄像头6一端连接有内窥镜7，所述内窥镜7为90°内窥镜，内窥镜7平行于X轴且垂直于Y、Z轴设置，内窥镜7上设有光源接口8；所述摄像头6视频信号输出端口通过导线与图像显示器9连接，图像显示器9中心位置设有“十”字准线，摄像头6电源接口通过导线与电源连接；
所述工作台2与底座1之间设置有两组光栅尺10，光栅尺10沿工作台2的X和Y轴方向分别设置，所述光栅尺10通过导线与设在底座1一侧的数字显示器11连接；
所述测量装置3设在工作台2上方，立柱4与工作台2固定连接，零件放置座12设在工作台2一侧。
工作原理：利用内窥镜7的成像技术，利用孔内、孔外型面轮廓交线在垂直于孔轴心线方向投影成为线或点的特性，用90°内窥镜对孔内或孔外的轮廓交线或交点进行图形聚焦，通过摄像头6转化为视频图像在图像显示器9上显示，所显示的视频图像的轮廓线或点与显示屏幕上固定设置的“十”字准线的竖直直线压线重合对齐。工作时，零件放置在零件放置座12上，零件孔轴线与X向平行，将内窥镜7镜头调整到与被测零件孔的轴心线目视等高度后固定，通过X、Y向移动工作台2，使探头5与待测零件产生相对移动，分别将零件被测尺寸的测量基准要素和被测要素的视频图像轮廓线或点进行图像聚焦并先后分别与“十”字准线的竖直线压线对齐重合，在相应位置时X轴方向数字显示器11显示数字的差值，就是测量基准要素和被测要素之间的距离，即为所测的轴向位置尺寸或长度尺寸值。
实施例3。如图5、图6和图7所示，对零件孔内、孔外轮廓所形成的轴向长度尺寸a进行测量时：
①.将零件放于与X轴相平行的零件放置座12上，使孔的轴线与X轴平行；
②.调整上下滑座位置，使内窥镜7镜头与零件孔中心线目视等高度后锁紧固定；
③.沿X或Y轴向快速移动工作台2,将零件测量基准要素(轮廓线Ⅰ)进给至内窥镜7镜头位置，当图像显示器9上轮廓线Ⅰ的图像靠近“十”字准线的竖直线时锁死快速移动功能；
④.沿Y轴方向微调工作台2对焦直至图像轮廓清晰；
⑤.沿X轴方向微调使轮廓线图像与”十”字准线的竖直线对齐重合；
⑥.将X向读数数字显示器11值置“0”；
⑦.在X、Y向快速移动工作台2将内窥镜7镜头移至零件孔内，将零件被测要素(轮廓线Ⅱ)进给至内窥镜7头位置，当图像显示器9上轮廓线Ⅱ的图像靠近”十”字准线的竖直线时锁死快速移动功能，按步骤第④、⑤操作对焦、准线对齐重合，此时数字显示器11上显示的数字为工作台2移动的距离，其中X轴向读数即为孔内轴向长度尺寸a的测量数据。
实施例4。如图5和图6所示，对零件孔内轴向长度尺寸c进行测量时：
①.将零件放于与X轴相平行的零件放置座12上，使孔的轴线与X轴平行；
②.调整上下滑座位置，使内窥镜7镜头与零件孔中心线目视等高度后锁紧固定；
③.沿X或Y轴向移动工作台2,将零件测量基准要素(轮廓线Ⅲ)进给至内窥镜7镜头位置，当图像显示器9上轮廓线Ⅲ的图象靠近“十”字准线的竖直线时锁死快速移动功能；
④.沿Y轴方向微调工作台2对焦直至图像轮廓清晰；
⑤.沿X轴方向微调使轮廓线图像与”十”字准线的竖直线对齐重合；
⑥.将X向读数数字显示器11值置“0”；
⑦.快速移动工作台2将零件被测要素(轮廓线Ⅳ)进给至内窥镜7镜头位置，当图像显示器9上轮廓线Ⅳ的图像靠近”十”字准线的竖直线时锁死快速移动功能，按步骤第④操作对焦，将小孔圆弧或椭圆弧图像线与”十”字准线的竖直线相切(切点处对齐重合)，此时数字显示器11上显示的数字为工作台2移动的距离，其中X轴向读数即为孔内轴向长度尺寸c的测量数据。
Claims (10)
1.一种孔内型面的轴向位置、长度尺寸测量方法，其特征在于：该方法是通过利用探头与待测零件的相对移动对孔内型面的轴向位置、长度尺寸进行测量。
2.根据权利要求1所述的一种孔内型面的轴向位置、长度尺寸测量方法，其特征在于：所述方法是通过设置带摄像头的内窥镜头作为探头，利用内窥镜直径尺寸小能伸入待测零件孔内摄像的特点，在垂直于孔的轴线方向，将测量所需要采集的孔内或孔外型面轮廓交线或交点在零件轴心线的垂直方向进行图形聚焦，通过摄像头将其转化为视频图像在图像显示器上显示，通过将设在图像显示器上的“十”字准线的竖直线与测量基准要素的轮廓交线或交点的视频图像对齐重合后，再调整零件和测量装置在X轴向相对移动，使设在图像显示器上的“十”字准线的竖直线与被测要素的轮廓交线或交点的视频图像对齐重合，X轴向相对移动的距离即为孔内型面的轴向位置或长度尺寸值。
3.根据权利要求2所述的一种孔内型面的轴向位置、长度尺寸测量方法，其特征在于：所述方法是通过设置固定的测量装置和移动的工作台，利用工作台移动，使放置在工作台上的待测零件移动，从而使探头和待测零件产生相对移动，通过在工作台X和Y轴方向设置光栅尺，测量工作台的移动距离，即为探头和待测零件的相对移动距离。
4.根据权利要求2所述的一种孔内型面的轴向位置、长度尺寸测量方法，其特征在于：所述方法是通过将探头与移动的工作台连接，并将待测零件固定放置，利用工作台移动，使与工作台连接的探头移动，从而使探头和待测零件产生相对移动，通过在工作台X和Y轴方向设置光栅尺，测量工作台的移动距离，即为测量装置和待测零件的相对移动距离。
5.根据权利要求2、3或4所述的一种孔内型面的轴向位置、长度尺寸测量方法，其特征在于：所述图形聚焦是通过在Y轴方向微调零件或探头位置，使探头对焦直至图像轮廓清晰。
6.按照权利要求1-5任一权利要求所述的一种孔内型面的轴向位置、长度尺寸测量方法所用的测量设备，其特征在于：包括底座（1），底座（1）上设工作台（2）和测量装置（3），所述测量装置（3）包括立柱（4）和与立柱（4）连接的探头（5）。
7.根据权利要求6所述的测量设备，其特征在于：所述探头（5）包括摄像头（6），摄像头（6）一端连接有内窥镜（7），所述内窥镜（7）为90°内窥镜，内窥镜（7）平行于X轴且垂直于Y、Z轴设置，内窥镜（7）上设有光源接口（8）；所述摄像头（6）视频信号输出端口通过导线与图像显示器（9）连接，图像显示器（9）中心位置设有“十”字准线，摄像头（6）电源接口通过导线与电源连接。
8.根据权利要求6所述的测量设备，其特征在于：所述工作台（2）与底座（1）之间设置有两组光栅尺（10），光栅尺（10）沿工作台（2）X和Y轴方向分别设置，所述光栅尺（10）通过导线与设在底座（1）一侧的数字显示器（11）连接。
9.根据权利要求6、7或8所述的测量设备，其特征在于：所述测量装置（3）设在工作台（2）上方，立柱（4）与工作台（2）固定连接，零件放置座（12）设在工作台（2）一侧。
10.根据权利要求6、7或8所述的测量设备，其特征在于：所述测量装置（3）设在工作台（2）一侧，立柱（4）与底座（1）固定连接，工作台（2）上设有零件放置座（12）。
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