CN108507447B - 一种圆度误差离线测量方法 - Google Patents

一种圆度误差离线测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于几何量公差测量技术领域，提供了一种圆度误差离线测量方法，测量时被测工件可在任意方位放置，无需搬运、移动或转动，安装有传感器或千分表的测量架按照节距法依次进行圆周的采样，回转参考轴线位置变化误差通过数学方法被分离掉。该方法操作简单，测量条件要求低，测量精度高，量程大，尤其适用于大型工件或受结构限制不能转动工件的圆度测量。

Description

一种圆度误差离线测量方法
技术领域
本发明属于几何量公差测量技术领域，尤其涉及一种对工件(特别是大尺寸工件)的圆度误差离线测量方法。
背景技术
目前，所有测量工件圆度误差的方法都需要在测量时建立参考回转轴线，并围绕该参考回转轴线，或者不动的测头或千分表对回转的被测工件表面采样数据，或者回转的测头或千分表对不动的被测工件表面采样数据；即使在车间现场采用千分表和V型铁通过测量跳动的办法测量圆度误差，如图1所示，也需要工件在V型铁上旋转,而且，在V型铁上转动的工件表面形状误差直接影响模拟回转轴线的位置，严重影响测量的准确性。对于大尺寸工件，或者不方便进行转动测量的工件，受测量仪器测量范围限制，一旦离开加工机床，也就无法再次进行圆度误差测量，这对于工件的装配是十分不利的。即便在加工机床上在机测量，也必须适当地采用误差分离方法，否则，与被加工工件相同量级的机床自身误差会严重影响测量结果的置信度。
发明内容
本发明的目的是针对现有难以测量大尺寸工件或受结构限制不能转动工件圆度误差这一问题，提出一种离线测量大型工件圆度误差的方法。基于V型铁和千分表测量圆跳动的方法，如图1。通过制作测量架，并将传感器或千分表安装在测量架上，测量架与被测工件相接触，并且传感器或千分表的轴线通过被测工件的中心，如图2，然后，按照节距法依次进行一周的采样；工件可在任意方位放置，无需移动或转动，通过V型面与被测工件相切的方法实现测量过程。由被测表面形状误差(圆度误差)引起的回转参考轴线位置的变化误差通过数学方法被分离掉，从而保证最终圆度误差测量结果的准确性。
具体技术方案如下：
一种圆度误差离线测量方法，包括如下步骤：
步骤1，测得被测工件直径近似值，根据被测工件的直径近似值，得到测量支架两支撑轮紧贴被测工件,两接触点切线的夹角为α，千分表指针与竖直方向呈偏角β，指针指向瞬时圆心位置；所述的瞬时圆心指此时通过两接触点并分别垂直于相应切线的垂线相交点；千分表偏置的目的在于减少谐波损失对测量结果的影响；
步骤2，设XOY坐标系，坐标系中A是千分表的位置，B,C是被测工件与测量支架的两接触点，O1是被测工件在该位置处瞬时圆心，瞬时圆心到A,B,C的距离分别为：rA,rB,rC,夹角为α,直线O1G平行于Y轴，交OB于F,交OX于E,交OC于G；设O1点的坐标为(x，y)；
x＝OE,y＝O1E
FG＝O1G-O1F
即：
测量时，因为被测工件存在圆度误差，其O1点的坐标值随着B,C处的半径变化量ΔrB和ΔrC的变化而变化；将ΔrB和ΔrC分别带入式(1.1)和式(1.2)，得到O1点的坐标变化量：
被测工件在千分表处因圆度误差导致的半径变化量为ΔrA，千分表的读数V(A)是三个半径变化量的组合：
V(A)＝ΔrA+sinβ×Δx+cosβ×Δy (1.5)
将式(1.3)，(1.4)代入式(1.5)经整理得：
A,B,C之间的角度关系为：
θBC＝π-α
设函数R(θ)表示在A点处的半径变化量ΔrA,即在千分表处为起点的被测工件的半径变化量；ΔrB和ΔrC分别表示为R(θ-θAB)和R(θ-θAC)；千分表的读数和被测工件的半径变化量之间的关系表示为：
V(A)＝R(θ)+m×R(θ-θAB)+n×R(θ+θAC) (1.7)
其中
步骤3，测量时保证测量支架上的千分表和分度盘相对于两接触点中点位置的水平距离a，再旋转β度，被测工件圆心到测量支架的距离为其中h为被测工件顶点到测量支架的距离，距离a和测量支架到被测工件圆心的距离b与角度与之间的关系为被测工件直径D和两支撑轮的圆心距L与夹角α的关系为
步骤4，根据测量工件圆度误差时要求千分表偏转角度的要求,将千分表和分度盘移动距离a并旋转β度后将整个测量支架环绕被测工件，并按一定采样节距测量不同位置处的R(θ)即得到被测工件圆度误差。
进一步地，上述被测工件上安装的千分表替换为位移传感器。
进一步地，上述测量支架两支撑轮替换为支撑杆与被测工件点接触。
本发明的有益效果是：(1)采用本方法测量时不需要建立参考回转轴线，在测量时，工件大小不受限制，对工件状态影响较小，测量精度也相对较高。(2)被测工件可在任意方位放置，无需搬运、移动或转动。
附图说明
图1是本发明测量工件圆度误差的原理图；
图2是本发明测量工件圆度误差的示意图；
图1中：1测量支架a；2被测工件a；3千分表a；
图2中：4被测工件b；5支撑轮a；6测量支架b；7分度盘；8千分表b；9支撑轮b。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明进一步说明；
图2中，支撑轮a5的廓面紧贴被测工件b4,两支撑轮与被测工件共同切线的夹角为α，千分表b8与竖直方向呈一定偏角β并指向此时通过两支撑轮与被测工件b4切点并垂直于他们共同切线相交点(瞬时圆心)位置，千分表偏置的目的在于减少谐波损失对测量结果的影响。在XOY坐标系中，A代表千分表b8的位置，B,C是被测工件与测量支架b6两支撑轮相切的接触点，O1是被测工件b4在该位置处瞬时圆心，圆心到A,B,C的距离分别为：rA,rB,rC,夹角为α,直线O1G平行于Y轴，交OB于F,交OX于E,交OC于G。现在设O1点的坐标为(x，y)。
由此可得
x＝OE,y＝O1E
FG＝O1G-O1F
即：
测量时，因为被测工件b4存在圆度误差，其坐标值将随着B,C处的半径变化量ΔrB和ΔrC的变化而变化。将ΔrB和ΔrC分别带入式(1.1)和式(1.2)，可得到O1点的坐标变化量：
被测工件b4在千分表b8处因圆度误差而导致的半径变化量为ΔrA，因此千分表b8的读数V(A)是三个半径变化量的组合：
V(A)＝ΔrA+sinβ×Δx+cosβ×Δy (1.5)
将式(1.3)，(1.4)代入式(1.5)经整理可得：
A,B,C之间的角度关系为：
θBC＝π-α
设函数R(θ)表示在A点处的半径变化量ΔrA,即在千分表b8处为起点的被测工件b4的半径变化量。那么ΔrB和ΔrC可以分别表示为R(θ-θAB)和R(θ-θAC)。千分表b8的读数和被测工件b4的半径变化量之间的关系可表示为：
V(A)＝R(θ)+m×R(θ-θAB)+n×R(θ+θAC) (1.7)
其中
在图2所示实施例中，根据图1的测量原理，设计了相应的测量工具，为了确保与测量原理相符，测量时必须保证测量支架b6上的千分表b8和分度盘7相对于两支撑轮5,9中间位置水平移动距离a，再旋转β度，被测工件圆心到测量支架的距离为距离a和测量支架到被测工件圆心的距离b与角度与之间的关系为两支撑轮5,9分别与工件接触点的两条切线夹角为α，被测工件直径D和两支撑轮5,9的圆心距L与该两条切线夹角α的关系为
根据测量工件圆度误差时要求千分表偏转角度的要求,将千分表b8和分度盘7移动距离a并旋转β度后将整个测量尺环绕工件，并按一定采样节距测量不同位置处的R(θ)并采用一定的评定方法即可得到被测工件圆度误差。

Claims (3)

1.一种圆度误差离线测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，测得被测工件直径近似值，根据被测工件的直径近似值，得到测量支架两支撑轮紧贴被测工件两接触点切线的夹角为α，千分表指针与竖直方向呈偏角β，指针指向瞬时圆心位置；所述的瞬时圆心指此时通过两接触点并分别垂直于相应切线的垂线相交点；
步骤2，设XOY坐标系，坐标系中A是千分表的位置，B,C是被测工件与测量支架的两接触点，O1是被测工件在该位置处瞬时圆心，瞬时圆心到A,B,C的距离分别为：rA,rB,rC,两接触点切线的夹角为α,直线O1G平行于Y轴，交OB于F,交OX于E,交OC于G；设O1点的坐标为(x，y)；
x＝OE,y＝O1E
FG＝O1G-O1F
即：
测量时，其O1点的坐标值随着B,C处的半径变化量ΔrB和ΔrC的变化而变化；将ΔrB和ΔrC分别带入式(1.1)和式(1.2)，得到O1点的坐标变化量：
被测工件在千分表处因圆度误差导致的半径变化量为ΔrA，千分表的读数V(A)是三个半径变化量的组合：
V(A)＝ΔrA+sinβ×Δx+cosβ×Δy (1.5)
将式(1.3)，(1.4)代入式(1.5)经整理得：
A,B,C之间的角度关系为：
θBC＝π-α
设函数R(θ)表示在A点处的半径变化量ΔrA,即在千分表处为起点的被测工件的半径变化量；ΔrB和ΔrC分别表示为R(θ-θAB)和R(θ-θAC)；千分表的读数和被测工件的半径变化量之间的关系表示为：
V(A)＝R(θ)+m×R(θ-θAB)+n×R(θ+θAC) (1.7)
其中
步骤3，测量时保证测量支架上的千分表和分度盘相对于两接触点中点位置的水平距离a，再旋转β度，被测工件圆心到测量支架的距离为其中，D为被测工件直径，h为被测工件顶点到测量支架的距离；距离a和测量支架到被测工件圆心的距离b与角度与之间的关系为被测工件直径D和两支撑轮的圆心距L与夹角α的关系为
步骤4，根据测量工件圆度误差时要求千分表偏转角度的要求,将千分表和分度盘移动距离a并旋转β度后将整个测量支架环绕被测工件，并按一定采样节距测量不同位置处的R(θ)并采用评定方法即得到被测工件圆度误差。
2.根据权利要求1所述的一种圆度误差离线测量方法，其特征在于，被测工件上安装的千分表替换为位移传感器。
3.根据权利要求1或2所述的一种圆度误差离线测量方法，其特征在于，测量支架两支撑轮替换为支撑杆与被测工件点接触。
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