CN108168457B - 一种圆柱度误差测量方法及测量系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种圆柱度误差测量方法及测量系统，其中，所述圆柱度误差测量方法在获取所述轴类工件某一台阶的拟合圆柱面时，无需采用定制的量仪和接触式量仪对轴类工件进行测量，不仅避免了在测量过程中刮伤轴类工件的可能，而且测量过程简便，从而提升了轴类工件的同轴度误差的测量效率。

Description

一种圆柱度误差测量方法及测量系统

技术领域

本申请涉及轴类工件几何量测量技术领域，更具体地说，涉及一种圆柱度误差测量方法及测量系统。

背景技术

在机械工业精密制造领域，轴类工件的加工和检测始终是一个重要而复杂的问题。从某种角度来说，轴类工件制造过程中的检测精度逆向制约了加工精度。提高其在线检测能力进而保证加工质量，对于推动轴类工件制造水平的发展具有重要的意义。

据不完全统计，我国年产轴类零件的总量在10亿件左右，但在国际市场特别是高端轴类市场中竞争力却十分有限，行业整体对先进的质量检测手段的需求十分迫切。目前，轴类工件的生产厂家在检测轴类工件的圆柱度误差时，通常需要针对具体的轴类工件定制特制的量仪，不但测量过程繁琐，并且还需要在测量过程中频繁更换测量工具，尤其在使用接触式量仪进行测量时还存在着刮伤轴类工件的可能，自动化程度较低，制约着轴类工件的圆柱度误差的测量效率的进一步提升。

发明内容

为解决上述技术问题，本申请提供了一种圆柱度误差测量方法及测量系统，以实现提升轴类工件的圆柱度误差的测量效率的目的。

为实现上述技术目的，本申请实施例提供了如下技术方案：

一种圆柱度误差测量方法，基于激光测量设备实现，所述激光测量设备包括：控制设备、步进设备、旋转设备、角度编码设备和直径测量设备；其中，所述旋转设备用于安装轴类工件，并带动轴类工件在预设水平面内旋转，所述角度编码设备用于定义轴类工件在旋转运动中的相对零点，并依据所述控制设备传输的角度脉冲采集所述轴类工件在各个旋转角度所对应的角度数据；所述步进设备用于依据所述控制设备传输的步进脉冲信号，带动直径测量设备沿轴类工件的延伸方向运动，以使所述直径测量设备测量轴类工件不同截面位置处的第一端点位置和第二端点位置；所述控制设备用于向所述步进设备发送步进脉冲信号，向所述旋转设备发送角度脉冲信号，以控制所述步进设备、旋转设备的运动，并接收所述角度编码设备和直径测量设备测量的数据，获得轴类工件截面在不同旋转角度及其所对应的径向端点的位置关系数据集合；所述圆柱度误差测量方法包括：

在所述轴类工件的截面位置处，获取所述截面在不同旋转角度及其所对应的径向端点的位置关系数据集合；

根据所述位置关系数据集合，拟合获得所述位置关系数据集合的中点位置对应的拟合正弦曲线；

根据所述拟合正弦曲线的波峰位置与波谷位置，计算获得与所述截面对应的圆心跳动量；

根据所述截面对应的圆心跳动量对与所述位置关系数据集合进行修正，获得与所述截面对应的修正后的位置关系数据集合；

根据所述轴类工件的同一台阶的多个不同截面位置对应的修正后的位置关系数据集合，获得所述台阶的拟合圆柱面；

根据所述台阶的拟合圆柱面，计算所述台阶的圆柱度。

可选的，所述根据所述截面对应的圆心跳动量对与所述位置关系数据集合进行修正，获得与所述截面对应的修正后的位置关系数据集合包括：

将所述截面不同旋转角度对应的圆心跳动量，分别与所述截面不同旋转角度对应的位置关系数据集合中的第一端点位置和第二端点位置进行带符号求和，获得与所述截面对应的修正后的位置关系数据集合。

可选的，所述根据所述轴类工件的同一台阶的多个不同截面位置对应的修正后的位置关系数据集合，获得所述台阶的拟合圆柱面包括：

根据所述轴类工件的同一台阶的多个不同截面位置对应的修正后的位置关系数据集合，获得与每个所述截面对应的截面轮廓；

将所述轴类工件的同一台阶的多个不同截面位置对应的截面轮廓依据对步进设备采集的位置数据进行堆叠，获得所述台阶的拟合圆柱面。

可选的，所述根据所述位置关系数据集合，拟合获得所述位置关系数据集合的中点位置对应的拟合正弦曲线包括：

根据获得的位置关系数据集合的第一端点位置和第二端点位置，计算所述位置关系数据集合的中点位置；

根据所述位置关系数据集合的中点位置，拟合获得与所述位置关系数据集合的中点位置对应的拟合正弦曲线。

可选的，所述根据所述拟合正弦曲线的波峰位置与波谷位置，计算获得与所述截面对应的圆心跳动量包括：

获取所述拟合正弦曲线的波峰位置和波谷位置的取值；

将所述拟合正弦曲线的波峰位置和波谷位置的取值代入预设公式中，计算获得与所述截面对应的圆心跳动量；

所述预设公式为：T＝Y1-Y2，其中，T为圆心跳动量，Y1表示拟合正弦曲线的波峰位置的取值，Y2表示拟合正弦曲线的波谷位置的取值。

一种圆柱度误差测量系统，基于激光测量设备实现，所述激光测量设备包括：控制设备、步进设备、旋转设备、角度编码设备和直径测量设备；其中，所述旋转设备用于安装轴类工件，并带动轴类工件在预设水平面内旋转，所述角度编码设备用于定义轴类工件在旋转运动中的相对零点，并依据所述控制设备传输的角度脉冲采集所述轴类工件在各个旋转角度所对应的角度数据；所述步进设备用于依据所述控制设备传输的步进脉冲信号，带动直径测量设备沿轴类工件的延伸方向运动，以使所述直径测量设备测量轴类工件不同截面位置处的第一端点位置和第二端点位置；所述控制设备用于向所述步进设备发送步进脉冲信号，向所述旋转设备发送角度脉冲信号，以控制所述步进设备、旋转设备的运动，并接收所述角度编码设备和直径测量设备测量的数据，获得轴类工件截面在不同旋转角度及其所对应的径向端点的位置关系数据集合；所述圆柱度误差测量系统包括：

数据获取模块，用于在所述轴类工件的截面位置处，获取与所述位置关系数据集合；

曲线拟合模块，用于根据所述位置关系数据集合，拟合获得所述位置关系数据集合的中点位置对应的拟合正弦曲线；

第一计算模块，用于根据所述拟合正弦曲线的波峰位置与波谷位置，计算获得与所述截面对应的圆心跳动量；

第二计算模块，用于根据所述截面对应的圆心跳动量对与所述位置关系数据集合进行修正，获得与所述截面对应的修正后的位置关系数据集合；

截面拟合模块，用于根据所述轴类工件的同一台阶的多个不同截面位置对应的修正后的位置关系数据集合，并依据对步进设备采集的位置数据获得所述台阶的拟合圆柱面；

第三计算模块，用于根据所述台阶的拟合圆柱面，计算所述台阶的圆柱度。

可选的，所述第二计算模块具体用于，将所述截面不同旋转角度对应的圆心跳动量，分别与所述截面不同旋转角度对应的位置关系数据集合中的第一端点位置和第二端点位置进行带符号求和，获得与所述截面对应的修正后的位置关系数据集合。

可选的，所述截面拟合模块包括：

截面轮廓获取单元，用于根据所述轴类工件的同一台阶的多个不同截面位置对应的修正后的位置关系数据集合，获得与每个所述截面对应的截面轮廓；

截面轮廓堆叠单元，用于将所述轴类工件的同一台阶的多个不同截面位置对应的截面轮廓依据对步进设备采集的位置数据进行堆叠，获得所述台阶的拟合圆柱面。

可选的，所述曲线拟合模块包括：

中点计算单元，用于根据获得的位置关系数据集合的第一端点位置和第二端点位置，计算所述位置关系数据集合的中点位置；

拟合单元，用于根据所述位置关系数据集合的中点位置，拟合获得与所述位置关系数据集合的中点位置对应的拟合正弦曲线。

可选的，所述第一计算模块包括：

读数单元，用于获取所述拟合正弦曲线的波峰位置和波谷位置的取值；

计算单元，用于将所述拟合正弦曲线的波峰位置和波谷位置的取值代入预设公式中，计算获得与所述截面对应的圆心跳动量；

所述预设公式为：T＝Y1-Y2，其中，T为圆心跳动量，Y1表示拟合正弦曲线的波峰位置的取值，Y2表示拟合正弦曲线的波谷位置的取值。

从上述技术方案可以看出，本申请实施例提供了一种圆柱度误差测量方法及测量系统，其中，所述圆柱度误差测量方法通过在轴类工件的截面位置处，获取所述截面不同旋转角度对应的径向端点位置关系数据集合，并对获取的位置关系数据集合进行正弦曲线拟合，以及圆心跳动量修正的方式，获得与所述截面对应的修正后的位置关系数据集合，修正后的位置关系数据集合与所述截面修正了圆心跳动量后的轮廓对应，因此可以根据所述轴类工件的同一台阶的多个不同截面位置对应的修正后的位置关系数据集合，依据对步进设备采集的位置数据，获得所述台阶的拟合圆柱面，最后根据所述台阶的拟合圆柱面，进行该台阶的圆柱度的计算。所述圆柱度误差测量方法在获取所述轴类工件的台阶的拟合圆柱面时，无需采用定制的量仪和接触式量仪对轴类工件进行测量，不仅避免了在测量过程中刮伤轴类工件的可能，而且测量过程简便，从而提升了轴类工件的同轴度误差的测量效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请的一个实施例提供的一种圆柱度误差测量方法的流程示意图；

图2为本申请的一个实施例提供的一种激光测量设备的框架结构的示意图；

图3为本申请的一个实施例提供的一种直径测量设备的结构示意图；

图4为本申请的一个实施例提供的直径测量设备定标过程的示意图；

图5为本申请的一个实施例提供的直径测量设备测量过程的示意图；

图6为本申请的一个实施例提供的一种直径测量设备测量数据的模型示意图；

图7为本申请的一个实施例提供的一种轴类工件的剖面结构示意图；

图8为本申请的一个实施例提供的一种圆柱度计算方法的示意图；

图9(a)为本申请的一个实施例提供的在旋转角度为相对零点时的截面形状示意图；

图9(b)为本申请的一个实施例提供的在旋转角度为θ时的截面形状示意图；

图9(c)为本申请的一个实施例提供的在旋转角度为相对零点时的经过圆心跳动量修正后的截面形状示意图；

图9(d)为本申请的一个实施例提供的在旋转角度为θ时的经过圆心跳动量修正后的截面形状示意图；

图10为本申请的另一个实施例提供的一种圆柱度误差测量方法的流程示意图；

图11为本申请的又一个实施例提供的一种圆柱度误差测量方法的流程示意图；

图12为本申请的再一个实施例提供的一种圆柱度误差测量方法的流程示意图；

图13为本申请的一个实施例提供的一种位置关系数据集合中中点位置的示意图；

图14为本申请的一个优选实施例提供的一种圆柱度误差测量方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请实施例提供了一种圆柱度误差测量方法，如图1所示，基于激光测量设备实现，所述激光测量设备包括：控制设备、步进设备、旋转设备、角度编码设备和直径测量设备；其中，所述旋转设备用于安装轴类工件，并带动轴类工件在预设水平面内旋转，所述角度编码设备用于定义轴类工件在旋转运动中的相对零点，并依据所述控制设备传输的角度脉冲采集所述轴类工件在各个旋转角度所对应的角度数据；所述步进设备用于依据所述控制设备传输的步进脉冲信号，带动直径测量设备沿轴类工件的延伸方向运动，以使所述直径测量设备测量轴类工件不同截面位置处的第一端点位置和第二端点位置；所述控制设备用于向所述步进设备发送步进脉冲信号，向所述旋转设备发送角度脉冲信号，以控制所述步进设备、旋转设备的运动，并接收所述角度编码设备和直径测量设备测量的数据，获得轴类工件截面在不同旋转角度及其所对应的径向端点的位置关系数据集合；所述圆柱度误差测量方法包括：

S101：在所述轴类工件的截面位置处，获取所述截面不同旋转角度对应的径向端点位置关系数据集合；

S102：根据所述位置关系数据集合，拟合获得所述位置关系数据集合的中点位置对应的拟合正弦曲线；

S103：根据所述拟合正弦曲线的波峰位置与波谷位置，计算获得与所述截面对应的圆心跳动量；

S104：根据所述截面对应的圆心跳动量对与所述位置关系数据集合进行修正，获得与所述截面对应的修正后的位置关系数据集合；

S105：根据所述轴类工件的同一台阶的多个不同截面位置对应的修正后的位置关系数据集合，获得所述台阶的拟合圆柱面；

S106：根据所述台阶的拟合圆柱面，计算所述台阶的圆柱度。

需要说明的是，所述激光测量设备主要包括控制设备、步进设备、旋转设备、角度编码设备和直径测量设备，参考图2，所述轴类工件安装在旋转设备上，由旋转设备带动轴类工件在垂直于纸面的平面(预设水平面)内旋转，所述角度编码设备用于定义轴类工件在旋转运动中的相对零点，并依据控制设备传输的角度脉冲采集轴类工件在各个旋转角度所对应的测试数据；所述步进设备用于带动直径测量设备沿轴类工件的延伸方向运动，以使所述直径测量设备能够测量轴类工件不同截面位置处的第一端点位置和第二端点位置；所述控制设备用于控制所述步进设备、旋转设备的运动，接收所述角度编码设备和直径测量设备测量的数据，获得轴类工件截面的位置关系数据集合，图2中的标号10表示所述旋转设备，20表示所述直径测量设备，30表示所述步进设备，40表示所述角度编码设备，50表示所述控制设备，WP表示所述轴类工件。

可选的，所述步进设备可以由步进电机、气浮导轨和光栅尺构成，以结合直径测量设备达到程控步进扫描的目的；所述直径测量设备可以为激光准直测量尺；所述旋转设备可以为直流力矩电机；所述角度编码设备可以为增程式编码器。

当所述直流测量设备为激光准直测量尺时，所述直径测量设备的结构如图3所示，主要包括两个相对设置的测量尺，每个测量尺包括一个激光出射面和激光接收面，激光接收面用于接收激光出射面出射的激光，当两个测量尺中间有被测量物体时，激光出射面出射的激光被遮挡，激光接收面通过被遮挡的部分即可获得被测量物体的端点位置，直径测量设备在使用之前需要进行相对定标过程，参考图4，利用计量级标准圆柱体作为基准对直径测量设备进行定标；在图3和图4中，两个测量尺分别从激光出射面出射激光，被计量级标准圆柱体遮挡的激光无法被测量尺的激光接收面所接收，通过被遮挡的部分实现直径的测量。在标定过程中，需要首先移动测量尺在校准模式下对计量级标准圆柱体采集测量数据，可获得标准圆柱体直径的相对零差值的直径参照和坐标系零点位置。

利用直径测量设备进行测量时参考图5，实际测量的轴类工件的截面圆轮廓相比标准圆柱体发生了变化。可以测出被测轴类工件的截面圆的第一端点位置和第二端点位置，并可以通过指定的计算公式计算给出被测截面圆的直径测量值，同时给出直径两端点相对标准圆柱体在Y方向上的坐标变动量，在图3-图5中，标号21表示测量尺的激光出射面，22表示测量尺的激光接收面，在图4和图5中，-0，+0表示在定标过程中，标准圆柱体在两个测量尺的端点位置，即第一端点位置和第二端点位置，0表示在定标过程中，标准圆柱体定标的零位，L0表示标准圆柱体的直径，L1表示被测圆柱体的直径。

在实际的测量过程中，数据模型参考图6，其中，角度脉冲用于控制所述旋转设备的旋转，零位脉冲用于记录轴类工件是否旋转一周，得到的数据为在不同的角度脉冲下，直径测量设备获得的被测轴类工件的第一端点位置、第二端点位置和直径长度，其中，中点位置可以由计算得到。

下面对圆柱度的定义以及本申请测量圆柱度的原理进行说明：

参考图7，轴类工件可以视为由多个不同直径的圆柱体构成，这些圆柱体构成了多个台阶。

圆柱度指被测圆柱面(每个台阶的轮廓)要素对其理想圆柱面的变动量。依据GB/T1182-2008中规定的最小区域原则，以当前台阶基准轴线方向上包容被测圆柱面轮廓的半径差为最小的两个同轴圆柱面的半径差作为圆柱度误差，如图8所示。

在GB/T 18780.2-2003中规定圆柱面的拟合圆柱面是最小二乘圆柱面。在实际的测量过程中，由于加工误差、材料变形、锈蚀、破损等原因，被测轴类工件既存在着同轴度误差，而且每个台阶的截面轮廓也不是正圆，那么在现有技术中对每个台阶的轮廓进行测量时，就需要多次进行接触式测量，以获得多个截面的轮廓，然后堆叠形成被测台阶的圆柱面形状，这样不仅测量效率较低，而且存在着刮伤轴类工件的可能。

在本实施例中，假设在旋转角度为相对零点时截面形状如图9(a)所示，在旋转角度为θ时截面形状如图9(b)所示，在图9(a)中，2r为该截面位置处，圆心跳动的上限位置和下限位置的差值，也就是说，在图9(a)中，暂设三条虚线的中间一条的坐标值为y＝0，当旋转角度为相对零点时，其圆心坐标为y＝r，在图9(b)中，当旋转角度为θ时，其圆心坐标为y＝r×cosθ；那么，相应的，当利用旋转角度为相对零点时的圆心坐标值r对图9(a)所示的轮廓进行修正后，即得到图9(c)；当利用旋转角度为θ时的圆心坐标值r×cosθ对图9(b)所示的轮廓进行修正后，即得到图9(d)。

在本申请实施例中，首先获取与所述截面对应的圆心跳动量，然后根据所述截面对应的圆心跳动量对与所述位置关系数据集合进行修正，获得与所述截面对应的修正后的位置关系数据集合，即可消除在该截面位置处圆心跳动量的影响，使得该截面位置在各个角度下的截面圆圆心在旋转运动中其位置不随着旋转角度的变化而变化，进而可以得到截面不同圆心角度对应的径向端点位置，实际得到该截面的轮廓；接着，我们就能对同一台阶的多个截面进行上述操作，获得多个截面位置对应的修正后的位置关系数据集合，并根据这些位置关系数据集合，还原出多个截面圆，根据这些截面圆并依据对步进设备采集的位置数据，获得该台阶的拟合圆柱面；

最后根据GB/T 1182-2008中规定的最小区域原则，根据所述台阶的拟合圆柱面，计算所述台阶的圆柱度。

在图9(a)-图9(d)中，r表示截面圆圆心在旋转运动中围绕公共基准轴线进行圆周运动的半径，X₁表示旋转角度为相对零点时，截面圆圆心距离测量尺测量边界的距离，L₁表示旋转角度为相对零点时，截面圆轮廓顶点距离测量尺测量边界的距离；X₂表示旋转角度为θ时，截面圆圆心距离测量尺测量边界的距离，L₂表示旋转角度为θ时，截面圆轮廓顶点距离测量尺测量边界的距离。

所述圆柱度误差测量方法在获取所述轴类工件的台阶的拟合圆柱面时，无需采用定制的量仪和接触式量仪对轴类工件进行测量，不仅避免了在测量过程中刮伤轴类工件的可能，而且测量过程简便，从而提升了轴类工件的同轴度误差的测量效率。

在上述实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，如图10所示，所述根据所述截面对应的圆心跳动量对与所述位置关系数据集合进行修正，获得与所述截面对应的修正后的位置关系数据集合包括：

S1041：将所述截面对应的圆心跳动量，分别与所述位置关系数据集合中的第一端点位置和第二端点位置求和，获得与所述截面对应的修正后的位置关系数据集合。

需要说明的，由于轴类工件在旋转过程中，截面圆的圆心围绕公共基准轴线进行圆周运动，因此，在步骤S1041中，圆心跳动量的正负取值需要定义正负取值的情况，例如可以是在圆心位于圆周运动的圆心上方时，定义圆心跳动量为正值，在圆心位于圆周运动的圆心下方时，定义圆心跳动量为负值。本申请对此并不做限定，具体视实际情况而定。

在上述实施例的基础上，在本申请的另一个实施例中，如图11所示，所述根据所述轴类工件的同一台阶的多个不同截面位置对应的修正后的位置关系数据集合，获得所述台阶的拟合圆柱面包括：

S1051：根据所述轴类工件的同一台阶的多个不同截面位置对应的修正后的位置关系数据集合，获得与每个所述截面对应的截面轮廓；

S1052：将所述轴类工件的同一台阶的多个不同截面位置对应的截面轮廓进行堆叠，获得所述台阶的拟合圆柱面。

在上述实施例的基础上，在本申请的又一个实施例中，如图12所示，所述根据所述位置关系数据集合，拟合获得所述位置关系数据集合的中点位置对应的拟合正弦曲线包括：

S1021：根据获得的位置关系数据集合的第一端点位置和第二端点位置，计算所述位置关系数据集合的中点位置；

S1022：根据所述位置关系数据集合的中点位置，拟合获得与所述位置关系数据集合的中点位置对应的拟合正弦曲线。

需要说明的是，根据获得的位置关系数据集合的第一端点位置和第二端点位置，计算获得的位置关系数据集合的中点位置的示意参考图13，在多个旋转角度处测得第一端点位置和第二端点位置后，对每组的第一端点位置和第二端点位置分别进行求中点的计算，获得每组第一端点位置和第二端点位置的中点位置。

在根据所述位置关系数据集合的中点位置，拟合获得与所述位置关系数据集合的中点位置对应的拟合正弦曲线的过程中，采用最小二乘法的拟合方法，由于采用最小二乘法拟合正弦曲线的过程已为本领域技术人员所熟知，本申请在此不做赘述。

在上述实施例的基础上，在本申请的再一个实施例中，如图14所示，所述根据所述拟合正弦曲线的波峰位置与波谷位置，计算获得与所述截面对应的圆心跳动量包括：

S1031：获取所述拟合正弦曲线的波峰位置和波谷位置的取值；

S1032：将所述拟合正弦曲线的波峰位置和波谷位置的取值代入预设公式中，计算获得与所述截面对应的圆心跳动量；

所述预设公式为：T＝Y1-Y2，其中，T为圆心跳动量，Y1表示拟合正弦曲线的波峰位置的取值，Y2表示拟合正弦曲线的波谷位置的取值。

需要说明的是，由于拟合获得的拟合正弦曲线的表达式可能较为复杂，无法通过单纯的波峰位置或波谷位置的取值来确定拟合正弦曲线的振幅，因此需要通过计算波峰位置和波谷位置的取值的均值来确定拟合正弦曲线的振幅，作为该截面位置对应的同轴度误差。

综上所述，本申请实施例提供了一种圆柱度误差测量方法，其中，所述圆柱度误差测量方法通过在轴类工件的截面位置处，获取所述截面不同旋转角度对应的径向端点位置关系数据集合，并对获取的位置关系数据集合进行正弦曲线拟合，以及圆心跳动量修正的方式，获得与所述截面对应的修正后的位置关系数据集合，修正后的位置关系数据集合与所述截面修正了圆心跳动量后的轮廓对应，因此可以根据所述轴类工件的同一台阶的多个不同截面位置对应的修正后的位置关系数据集合，依据对步进设备采集的位置数据，获得所述台阶的拟合圆柱面，最后根据所述台阶的拟合圆柱面，进行该台阶的圆柱度的计算。所述圆柱度误差测量方法在获取所述轴类工件的台阶的拟合圆柱面时，无需采用定制的量仪和接触式量仪对轴类工件进行测量，不仅避免了在测量过程中刮伤轴类工件的可能，而且测量过程简便，从而提升了轴类工件的同轴度误差的测量效率。

下面对本申请实施例提供的圆柱度误差测量系统进行描述，下文描述的圆柱度误差测量系统与上文描述的圆柱度误差测量方法可相互对应参照。

一种圆柱度误差测量系统，基于激光测量设备实现，所述激光测量设备包括：控制设备、步进设备、旋转设备、角度编码设备和直径测量设备；其中，所述旋转设备用于安装轴类工件，并带动轴类工件在预设水平面内旋转，所述角度编码设备用于定义轴类工件在旋转运动中的相对零点，并依据所述控制设备传输的角度脉冲采集所述轴类工件在各个旋转角度所对应的角度数据；所述步进设备用于依据所述控制设备传输的步进脉冲信号，带动直径测量设备沿轴类工件的延伸方向运动，以使所述直径测量设备测量轴类工件不同截面位置处的第一端点位置和第二端点位置；所述控制设备用于向所述步进设备发送步进脉冲信号，向所述旋转设备发送角度脉冲信号，以控制所述步进设备、旋转设备的运动，并接收所述角度编码设备和直径测量设备测量的数据，获得轴类工件截面在不同旋转角度及其所对应的径向端点的位置关系数据集合；所述圆柱度误差测量系统包括：

数据获取模块，用于在所述轴类工件的截面位置处，获取与所述位置关系数据集合；

曲线拟合模块，用于根据所述位置关系数据集合，拟合获得所述位置关系数据集合的中点位置对应的拟合正弦曲线；

第一计算模块，用于根据所述拟合正弦曲线的波峰位置与波谷位置，计算获得与所述截面对应的圆心跳动量；

第二计算模块，用于根据所述截面对应的圆心跳动量对与所述位置关系数据集合进行修正，获得与所述截面对应的修正后的位置关系数据集合；

截面拟合模块，用于根据所述轴类工件的同一台阶的多个不同截面位置对应的修正后的位置关系数据集合，并依据对步进设备采集的位置数据获得所述台阶的拟合圆柱面；

第三计算模块，用于根据所述台阶的拟合圆柱面，计算所述台阶的圆柱度。

可选的，所述第二计算模块具体用于，将所述截面不同旋转角度对应的圆心跳动量，分别与所述截面不同旋转角度对应的位置关系数据集合中的第一端点位置和第二端点位置进行带符号求和，获得与所述截面对应的修正后的位置关系数据集合。

可选的，所述截面拟合模块包括：

截面轮廓获取单元，用于根据所述轴类工件的同一台阶的多个不同截面位置对应的修正后的位置关系数据集合，获得与每个所述截面对应的截面轮廓；

截面轮廓堆叠单元，用于将所述轴类工件的同一台阶的多个不同截面位置对应的截面轮廓依据对步进设备采集的位置数据进行堆叠，获得所述台阶的拟合圆柱面。

可选的，所述曲线拟合模块包括：

中点计算单元，用于根据获得的位置关系数据集合的第一端点位置和第二端点位置，计算所述位置关系数据集合的中点位置；

拟合单元，用于根据所述位置关系数据集合的中点位置，拟合获得与所述位置关系数据集合的中点位置对应的拟合正弦曲线。

可选的，所述第一计算模块包括：

读数单元，用于获取所述拟合正弦曲线的波峰位置和波谷位置的取值；

计算单元，用于将所述拟合正弦曲线的波峰位置和波谷位置的取值代入预设公式中，计算获得与所述截面对应的圆心跳动量；

所述预设公式为：T＝Y1-Y2，其中，T为圆心跳动量，Y1表示拟合正弦曲线的波峰位置的取值，Y2表示拟合正弦曲线的波谷位置的取值。

综上所述，本申请实施例提供了一种圆柱度误差测量方法及测量系统，其中，所述圆柱度误差测量方法通过在轴类工件的截面位置处，获取所述截面不同旋转角度对应的径向端点位置关系数据集合，并对获取的位置关系数据集合进行正弦曲线拟合，以及圆心跳动量修正的方式，获得与所述截面对应的修正后的位置关系数据集合，修正后的位置关系数据集合与所述截面修正了圆心跳动量后的轮廓对应，因此可以根据所述轴类工件的同一台阶的多个不同截面位置对应的修正后的位置关系数据集合，依据对步进设备采集的位置数据，获得所述台阶的拟合圆柱面，最后根据所述台阶的拟合圆柱面，进行该台阶的圆柱度的计算。所述圆柱度误差测量方法在获取所述轴类工件的台阶的拟合圆柱面时，无需采用定制的量仪和接触式量仪对轴类工件进行测量，不仅避免了在测量过程中刮伤轴类工件的可能，而且测量过程简便，从而提升了轴类工件的同轴度误差的测量效率。

本说明书中各个实施例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部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种圆柱度误差测量方法，其特征在于，基于激光测量设备实现，所述激光测量设备包括：控制设备、步进设备、旋转设备、角度编码设备和直径测量设备；其中，所述旋转设备用于安装轴类工件，并带动轴类工件在预设水平面内旋转，所述角度编码设备用于定义轴类工件在旋转运动中的相对零点，并依据所述控制设备传输的角度脉冲采集所述轴类工件在各个旋转角度所对应的角度数据；所述步进设备用于依据所述控制设备传输的步进脉冲信号，带动直径测量设备沿轴类工件的延伸方向运动，以使所述直径测量设备测量轴类工件不同截面位置处的第一端点位置和第二端点位置，所述第一端点位置和第二端点位置为所述轴类工件不同截面位置处的两个径向端点；所述控制设备用于向所述步进设备发送步进脉冲信号，向所述旋转设备发送角度脉冲信号，以控制所述步进设备、旋转设备的运动，并接收所述角度编码设备和直径测量设备测量的数据，获得轴类工件截面在不同旋转角度的径向端点及所述截面所对应的径向端点的位置关系数据集合；所述圆柱度误差测量方法包括：

在所述轴类工件的截面位置处，获取所述截面在不同旋转角度的径向端点及所述截面所对应的径向端点的位置关系数据集合；

根据所述位置关系数据集合，拟合获得所述位置关系数据集合的中点位置对应的拟合正弦曲线；

根据所述拟合正弦曲线的波峰位置与波谷位置，计算获得与所述截面对应的圆心跳动量；

根据所述截面对应的圆心跳动量对与所述位置关系数据集合进行修正，获得与所述截面对应的修正后的位置关系数据集合；

根据所述轴类工件的同一台阶的多个不同截面位置对应的修正后的位置关系数据集合，获得所述台阶的拟合圆柱面；

根据所述台阶的拟合圆柱面，计算所述台阶的圆柱度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述截面对应的圆心跳动量对与所述位置关系数据集合进行修正，获得与所述截面对应的修正后的位置关系数据集合包括：

将所述截面不同旋转角度对应的圆心跳动量，分别与所述截面不同旋转角度对应的位置关系数据集合中的第一端点位置和第二端点位置进行带符号求和，获得与所述截面对应的修正后的位置关系数据集合。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述轴类工件的同一台阶的多个不同截面位置对应的修正后的位置关系数据集合，获得所述台阶的拟合圆柱面包括：

根据所述轴类工件的同一台阶的多个不同截面位置对应的修正后的位置关系数据集合，获得与每个所述截面对应的截面轮廓；

将所述轴类工件的同一台阶的多个不同截面位置对应的截面轮廓依据对步进设备采集的位置数据进行堆叠，获得所述台阶的拟合圆柱面。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述位置关系数据集合，拟合获得所述位置关系数据集合的中点位置对应的拟合正弦曲线包括：

根据获得的位置关系数据集合的第一端点位置和第二端点位置，计算所述位置关系数据集合的中点位置；

根据所述位置关系数据集合的中点位置，拟合获得与所述位置关系数据集合的中点位置对应的拟合正弦曲线。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述拟合正弦曲线的波峰位置与波谷位置，计算获得与所述截面对应的圆心跳动量包括：

获取所述拟合正弦曲线的波峰位置和波谷位置的取值；

将所述拟合正弦曲线的波峰位置和波谷位置的取值代入预设公式中，计算获得与所述截面对应的圆心跳动量；

所述预设公式为：T＝Y1-Y2，其中，T为圆心跳动量，Y1表示拟合正弦曲线的波峰位置的取值，Y2表示拟合正弦曲线的波谷位置的取值。

6.一种圆柱度误差测量系统，其特征在于，基于激光测量设备实现，所述激光测量设备包括：控制设备、步进设备、旋转设备、角度编码设备和直径测量设备；其中，所述旋转设备用于安装轴类工件，并带动轴类工件在预设水平面内旋转，所述角度编码设备用于定义轴类工件在旋转运动中的相对零点，并依据所述控制设备传输的角度脉冲采集所述轴类工件在各个旋转角度所对应的角度数据；所述步进设备用于依据所述控制设备传输的步进脉冲信号，带动直径测量设备沿轴类工件的延伸方向运动，以使所述直径测量设备测量轴类工件不同截面位置处的第一端点位置和第二端点位置，所述第一端点位置和第二端点位置为所述轴类工件不同截面位置处的两个径向端点；所述控制设备用于向所述步进设备发送步进脉冲信号，向所述旋转设备发送角度脉冲信号，以控制所述步进设备、旋转设备的运动，并接收所述角度编码设备和直径测量设备测量的数据，获得轴类工件截面在不同旋转角度的径向端点及所述截面所对应的径向端点的位置关系数据集合；所述圆柱度误差测量系统包括：

数据获取模块，用于在所述轴类工件的截面位置处，获取所述截面在不同旋转角度的径向端点及所述截面所对应的径向端点的位置关系数据集合；

曲线拟合模块，用于根据所述位置关系数据集合，拟合获得所述位置关系数据集合的中点位置对应的拟合正弦曲线；

第一计算模块，用于根据所述拟合正弦曲线的波峰位置与波谷位置，计算获得与所述截面对应的圆心跳动量；

第二计算模块，用于根据所述截面对应的圆心跳动量对与所述位置关系数据集合进行修正，获得与所述截面对应的修正后的位置关系数据集合；

截面拟合模块，用于根据所述轴类工件的同一台阶的多个不同截面位置对应的修正后的位置关系数据集合，并依据对步进设备采集的位置数据获得所述台阶的拟合圆柱面；

第三计算模块，用于根据所述台阶的拟合圆柱面，计算所述台阶的圆柱度。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述第二计算模块具体用于，将所述截面不同旋转角度对应的圆心跳动量，分别与所述截面不同旋转角度对应的位置关系数据集合中的第一端点位置和第二端点位置进行带符号求和，获得与所述截面对应的修正后的位置关系数据集合。

8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述截面拟合模块包括：

截面轮廓获取单元，用于根据所述轴类工件的同一台阶的多个不同截面位置对应的修正后的位置关系数据集合，获得与每个所述截面对应的截面轮廓；

截面轮廓堆叠单元，用于将所述轴类工件的同一台阶的多个不同截面位置对应的截面轮廓依据对步进设备采集的位置数据进行堆叠，获得所述台阶的拟合圆柱面。

9.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述曲线拟合模块包括：

中点计算单元，用于根据获得的位置关系数据集合的第一端点位置和第二端点位置，计算所述位置关系数据集合的中点位置；

拟合单元，用于根据所述位置关系数据集合的中点位置，拟合获得与所述位置关系数据集合的中点位置对应的拟合正弦曲线。

10.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述第一计算模块包括：

读数单元，用于获取所述拟合正弦曲线的波峰位置和波谷位置的取值；

计算单元，用于将所述拟合正弦曲线的波峰位置和波谷位置的取值代入预设公式中，计算获得与所述截面对应的圆心跳动量；

所述预设公式为：T＝Y1-Y2，其中，T为圆心跳动量，Y1表示拟合正弦曲线的波峰位置的取值，Y2表示拟合正弦曲线的波谷位置的取值。

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