CN110425969B - 一种测量细长工件同轴度的装置及方法 - Google Patents

一种测量细长工件同轴度的装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于精密机械检测技术领域，具体涉及一种测量细长工件同轴度的装置，以及基于该装置进行细长工件同轴度测量的方法。本发明所述测量装置通过在所述基座上成型有可与精密加工的基准轴进行精密配合的基准测量孔以模拟所述工件的基准心轴，进而确保整个测量数据的准确度，并通过将待测工件的待测端依次尝试性通过呈梯度增加或减小的实际测量孔的方式，找出所述待测端无法穿过的最大孔径尺寸的所述实际测量孔和可以穿过的最小孔径尺寸的所述实际测量孔；通过计算得到同轴度范围值。本发明所述测量细长工件同轴度的方法，基于上述测量装置进行测量，具有检验操作方便快速，且测量结果准确度较高的优势。

Description

一种测量细长工件同轴度的装置及方法
技术领域
本发明属于精密机械检测技术领域，具体涉及一种测量细长工件同轴度的装置，以及基于该装置进行细长工件同轴度测量的方法。
背景技术
同轴度即定位公差，是机械产品检测中常见的一种形位公差项目。同轴度简单理解就是零件上要求在同一直线上的两根轴线，它们之间发生了多大程度的偏离，而两轴的偏离通常是三种情况(基准轴线为理论正确位置)的综合--即被测轴线弯曲、被测轴线倾斜和被测轴线偏移。同轴度主要用于轴类零件圆度、同心度、圆周跳动、断面差的精密测量，轴类零件外圆及内圆参数的同时精密测量，轴类零件多点参数的同时精密测量。
同轴度检测精密机械测量工作中经常遇到的问题，用三坐标进行同轴度的测量是目前主要采用的方法。目前，通常采用的方法包括公用轴线法、直线度法、求距法。公共轴线法是在被测元素和标准元素上测量多个横截面的圆，再将这些圆的圆心构造一条3D直线，作为轴线，每个圆的直径可以不一致，然后分别计算基准圆柱和被测圆柱对公共轴线的同轴度，取其最大值作为该零件的同轴度，但这种方法操作和计算均比较繁琐。直线度法是在被测元素和基准元素上测量多个横截面的圆，然后选择这几个圆构造一条3D直线，同轴度近似为直线度的两倍，但被收集的圆再测量时最好测量器整圆，如果是在一个扇形上测量，则测量软件计算出来的偏差可能很大。求距法是同轴度为被测元素和基准元素轴线间最大距离的两倍，即用关系计算出被测元素和基准元素的最大距离后，将其乘以2即可，这种方法虽然简便，但是准确度不高。
可见，开发一种操作简便且准确度较高的同轴度测量方法对于细长工件的精密度测量具有重要的意义。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种测量细长工件同轴度的装置，以解决现有技术中同轴度测量操作复杂且准确度不高的问题；
本发明所要解决的第二个技术问题在于提供一种基于上述装置测量细长工件同轴度的方法，以实现细长工件同轴度的快速批量测定。
为解决上述技术问题，本发明所述的一种测量细长工件同轴度的装置，包括测量基座以及与所述测量基座配合使用的可模拟待测工件心轴的基准轴；
所述测量基座上成型有平行设置的顶面和底面；所述顶面上成型有至少两个基准测量孔，所述底面上成型有分别与各个所述基准测量孔一一垂直对应且同轴设置的实际测量孔；
各个所述基准测量孔的孔径尺寸相同，各个所述实际测量孔的孔径尺寸各不相同。
所述基准轴可与所述基准测量孔精密配合且可在所述基准测量孔内沿轴向精密移动；且所述基准轴与待测量的细长工件的基准端可进行精密的同轴安装。
具体的，所述顶面和底面之间的垂直距离大于所述细长工件的长度且小于所述基准轴和所述细长工件的长度之和。
具体的，所述基准测量孔在所述顶面处呈规律性排列，所述实际测量孔在所述底面处沿一一对应的位置呈规律性排列。
具体的，所述基准测量孔在所述顶面处呈直线型排列，所述实际测量孔在所述底面处沿一一对应的位置呈直线排列。
具体的，所述基准测量孔在所述顶面处呈等间距排列，所述实际测量孔在所述底面处沿一一对应的位置呈等间距排列。
具体的，相邻两个所述实际测量孔的孔径尺寸呈规律性增加或减小。
具体的，相邻两个所述实际测量孔的孔径尺寸差值为0.05mm。
具体的，控制孔径尺寸最小的所述实际测量孔的孔径尺寸为所述细长工件的待测端的直径尺寸；
控制孔径尺寸最大的所述实际测量孔和孔径尺寸最小的所述实际测量孔之间的孔径尺寸差值为所述细长工件允许的同轴度最大数值。
本发明还公开了一种基于所述装置测量细长工件同轴度的方法，包括如下步骤：
(1)取待测量的细长工件，将其基准端与所述基准轴进行同轴安装；
(2)将所述细长工件穿过任一所述基准测量孔，并在所述基准轴的带动下在所述基准测量孔内沿轴向移动，至所述细长工件另一端的待测端接近与之对应的所述实际测量孔，观察所述待测端是否可以穿过所述实际测量孔；
(3)若所述待测端可以穿过所述实际测量孔，则将所述基准轴和所述细长工件取出，并将其继续穿过孔径尺寸小于且最接近于前一个所述实际测量孔的孔径尺寸的所述实际测量孔，并继续观察所述待测端此次是否可以穿过所述实际测量孔；重复上述测量过程，直至找到所述待测端无法穿过的最大孔径尺寸的所述实际测量孔和可以穿过的最小孔径尺寸的所述实际测量孔；
若所述待测端无法穿过所述实际测量孔，则将所述基准轴和所述细长工件取出，并将其继续穿过孔径尺寸大于且最接近于前一个所述实际测量孔的孔径尺寸的所述实际测量孔，并继续观察所述待测端此次是否可以穿过所述实际测量孔；重复上述测量过程，直至找到所述待测端无法穿过的最大孔径尺寸的所述实际测量孔和可以穿过的最小孔径尺寸的所述实际测量孔；
(4)计算上述无法穿过的最大孔径尺寸的所述实际测量孔的孔径尺寸与所述待测端的直径差值即为所述同轴度范围的最小值；计算上述可以穿过的最小孔径尺寸的所述实际测量孔的孔径尺寸与所述待测端的直径差值即为所述同轴度范围的最大值。
优选的，所述步骤(2)中，所述细长工件沿孔径尺寸从小到大或者从大到小的顺序，依次通过各个所述实际测量孔进行同轴度测量。
具体的，所述细长工件包括但不限于细长圆管形耗材、细长金属杆件、细长的圆针等细长状工件。
本发明所述测量装置针对于细长工件的同轴度测量进行开发，通过在所述基座上成型有可与精密加工的基准轴进行精密配合的基准测量孔以模拟所述工件的基准心轴，进而确保整个测量数据的准确度，并通过将待测工件的待测端依次尝试性通过呈梯度增加或减小的实际测量孔的方式，找出所述待测端无法穿过的最大孔径尺寸的所述实际测量孔和可以穿过的最小孔径尺寸的所述实际测量孔；通过计算上述无法穿过的最大孔径尺寸的所述实际测量孔的孔径尺寸与所述待测端的直径差值即为所述同轴度范围的最小值；计算上述可以穿过的最小孔径尺寸的所述实际测量孔的孔径尺寸与所述待测端的直径差值即为所述同轴度范围的最大值。
本发明所述测量装置，由于控制孔径尺寸最小的所述实际测量孔的孔径尺寸为所述细长工件的待测端的直径尺寸，并控制孔径尺寸最大的所述实际测量孔和孔径尺寸最小的所述实际测量孔之间的孔径尺寸差值为所述细长工件允许的同轴度最大数值，使得所述装置可以快速的测量出所述工件是否在标准值范围，并进一步获得精确的同轴度数值。
本发明所述测量细长工件同轴度的方法，基于上述测量装置进行测量，具有检验操作方便快速，且测量结果准确度较高的优势。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中，
图1为本发明所述测量装置的外型结构图；
图2为本发明所述测量装置的结构示意图；
图3为本发明所述测量装置的安装结构示意图；
图中附图标记表示为：1-基准轴，2-测量基座，3-基准测量孔，4-实际测量孔，5-基准端，6-待测端，7-顶面，8-底面，9-细长工件。
具体实施方式
实施例1
如图1-2所示的结构，本发明所述测量细长工件同轴度的装置，包括测量基座2以及与所述测量基座2配合使用的基准轴1，所述基准轴1可模拟待测量的细长工件9的心轴并作为基准之用，所述基准轴1与待测量的细长工件9可进行精密的同轴安装，并进行其同轴度的测量。
如图1-2所示的结构，所述基座2为长方体框架结构，即仅通过设置相对应的两组相互平行的面形成长方体结构，并在其顶面7上成型有若干相同孔径尺寸的基准测量孔3，在其底面8上成型有分别与各个所述基准测量孔3一一垂直对应且同轴设置的实际测量孔4。所述基准测量孔3的数量依据待测量的所述细长工件9的直径尺寸进行相应的设置，如图1-2中所示的测量装置，所述基准测量孔3和所述实际测量孔4各设置8个，各个所述基准测量孔3的孔径尺寸相同，但各个所述实际测量孔4的孔径尺寸则各不相同。
所述基准测量孔3的尺寸以能够与所述基准轴1可进行精密配合且可在所述基准测量孔3内沿轴向精密移动为准，而所述顶面7和底面8之间的垂直距离以大于所述细长工件的长度且小于所述基准轴1和所述细长工件的长度之和为宜，以确保所述细长工件9的自由移动和测量。
作为优选的方案，本发明所述测量装置中，优选设置所述基准测量孔3在所述顶面7处呈规律性排列，所述实际测量孔4则在所述底面8处沿一一对应的位置呈规律性排列。
作为进一步优选的方案，本发明所述测量装置中，优选设置所述基准测量孔3在所述顶面7处呈直线型排列，所述实际测量孔4在所述底面8处沿一一对应的位置呈直线排列。
如图1-2所示的结构，作为进一步优选的方案，本发明所述测量装置中，优选设置所述基准测量孔3在所述顶面7处呈等间距的直线型排列，而所述实际测量孔4则在所述底面8处沿与所述基准测量孔3一一对应的位置呈等间距直线型排列。
为了进一步优化所述测量装置的使用便捷性，本发明所述测量装置中，优选设置相邻两个所述实际测量孔4的孔径尺寸呈规律性增加或减小，即各个所述实际测量孔4的孔径尺寸之间，或呈现梯度增加或是呈梯度减少。而本发明所述测量装置优选设置相邻两个所述实际测量孔4的孔径尺寸差值为0.05mm，便于获得更为精确的同轴度数值。而本发明所述测量装置中，优选控制孔径尺寸最小的所述实际测量孔4的孔径尺寸为所述细长工件9的待测端6的直径尺寸，即所述细长工件9的同轴度为0；而优选设置孔径尺寸最大的所述实际测量孔4和孔径尺寸最小的所述实际测量孔4之间的孔径尺寸差值为所述细长工件允许的同轴度最大数值，使其满足不同细长工件9的测量。
实施例2
本实施例所述测量细长工件同轴度的方法，基于附图1-3所示的测量装置和结构进行，具体包括如下步骤：
(1)取待测量的细长工件9，将其精密加工的基准端5与同样经过精密加工的所述基准轴1进行同轴安装；
(2)将安装后的所述细长工件9穿过任一所述基准测量孔3，并在所述基准轴1的带动下在所述基准测量孔3内沿轴向移动，至所述细长工件另一端的待测端6接近与之对应的所述实际测量孔4，此时，进一步移动所述细长工件9并观察所述待测端6是否可以穿过所述实际测量孔4；
(3)若所述待测端6可以穿过所述实际测量孔4，则将所述基准轴1和所述细长工件取出，并将其继续穿过孔径尺寸小于且最接近于前一个所述实际测量孔4的孔径尺寸的所述实际测量孔4，并继续观察所述待测端6此次是否可以穿过所述实际测量孔4；重复上述测量过程，直至找到所述待测端6无法穿过的最大孔径尺寸的所述实际测量孔4和可以穿过的最小孔径尺寸的所述实际测量孔4；
若所述待测端6无法穿过所述实际测量孔4，则将所述基准轴1和所述细长工件取出，并将其继续穿过孔径尺寸大于且最接近于前一个所述实际测量孔4的孔径尺寸的所述实际测量孔4，并继续观察所述待测端6此次是否可以穿过所述实际测量孔4；重复上述测量过程，直至找到所述待测端6无法穿过的最大孔径尺寸的所述实际测量孔4和可以穿过的最小孔径尺寸的所述实际测量孔4；
(4)计算上述无法穿过的最大孔径尺寸的所述实际测量孔4的孔径尺寸与所述待测端6的直径差值即为所述同轴度范围的最小值；计算上述可以穿过的最小孔径尺寸的所述实际测量孔4的孔径尺寸与所述待测端6的直径差值即为所述同轴度范围的最大值。
考虑到测量中所用基座，心轴存在的形状位置误差，所测同轴度范围的最大值和最小值还应包含累计误差；
基准轴1与基准测量孔3直径差值为Δ1，实际测量孔4的直径公差为Δ2，基准轴1同轴度为e1，基准测量孔3一一垂直对应且同轴设置的实际测量孔4同轴度为e2，则累计误差为Δ1+Δ2+e1+e2。采用精密加工可以将累计误差控制在相邻两个所述实际测量孔4的孔径尺寸差值的一半或者足够小的范围内。
实施例3
本实施例所述测量细长工件同轴度的方法，基于附图1-3所示的测量装置和结构进行，具体包括如下步骤：
(1)取待测量的细长工件9，将其精密加工的基准端5与同样经过精密加工的所述基准轴1进行同轴安装；
(2)将安装后的所述细长工件9穿过所述基座2最左侧位置处(即对应孔径尺寸最小的所述实际测量孔4)的所述基准测量孔3，并在所述基准轴1的带动下在所述基准测量孔3内沿轴向移动，至所述细长工件另一端的待测端6接近与之对应的所述实际测量孔4，此时，进一步移动所述细长工件9并观察所述待测端6是否可以穿过所述实际测量孔4；
(3)若所述待测端6正好可以穿过所述实际测量孔4，则判断所述细长工件9的同轴度为0；若所述待测端6无法穿过所述实际测量孔4，则将所述基准轴1和所述细长工件取出，并将其继续穿过下一个与其相邻的所述实际测量孔，并继续观察所述待测端6此次是否可以穿过所述实际测量孔4；重复上述测量过程，直至找到所述待测端6无法穿过的最大孔径尺寸的所述实际测量孔4和可以穿过的最小孔径尺寸的所述实际测量孔4；
(4)计算上述无法穿过的最大孔径尺寸的所述实际测量孔4的孔径尺寸与所述待测端6的直径差值即为所述同轴度范围的最小值；计算上述可以穿过的最小孔径尺寸的所述实际测量孔4的孔径尺寸与所述待测端6的直径差值即为所述同轴度范围的最大值。
考虑到测量中所用基座，心轴存在的形状位置误差，所测同轴度范围的最大值和最小值还应包含累计误差；
基准轴1与基准测量孔3直径差值为Δ1，实际测量孔4的直径公差为Δ2，基准轴1同轴度为e1，基准测量孔3一一垂直对应且同轴设置的实际测量孔4同轴度为e2，则累计误差为Δ1+Δ2+e1+e2。采用精密加工可以将累计误差控制在相邻两个所述实际测量孔4的孔径尺寸差值的一半或者足够小的范围内。
实施例4
本实施例所述测量细长工件同轴度的方法，基于附图1-3所示的测量装置和结构进行，具体包括如下步骤：
(1)取待测量的细长工件9，将其精密加工的基准端5与同样经过精密加工的所述基准轴1进行同轴安装；
(2)将安装后的所述细长工件9穿过所述基座2最右侧位置处(即对应孔径尺寸最大的所述实际测量孔4)的所述基准测量孔3，并在所述基准轴1的带动下在所述基准测量孔3内沿轴向移动，至所述细长工件另一端的待测端6接近与之对应的所述实际测量孔4，此时，进一步移动所述细长工件9并观察所述待测端6是否可以穿过所述实际测量孔4；
(3)若所述待测端6无法穿过所述实际测量孔4，则判断所述细长工件9的同轴度数值超出允许的范围值，并进行相应的记录和处理；
若所述待测端6可以穿过所述实际测量孔4，则将所述基准轴1和所述细长工件取出，并将其继续穿过下一个与其相邻的所述实际测量孔，并继续观察所述待测端6此次是否可以穿过所述实际测量孔4；重复上述测量过程，直至找到所述待测端6无法穿过的最大孔径尺寸的所述实际测量孔4和可以穿过的最小孔径尺寸的所述实际测量孔4；
(4)计算上述无法穿过的最大孔径尺寸的所述实际测量孔4的孔径尺寸与所述待测端6的直径差值即为所述同轴度范围的最小值；计算上述可以穿过的最小孔径尺寸的所述实际测量孔4的孔径尺寸与所述待测端6的直径差值即为所述同轴度范围的最大值。
考虑到测量中所用基座，心轴存在的形状位置误差，所测同轴度范围的最大值和最小值还应包含累计误差；
基准轴1与基准测量孔3直径差值为Δ1，实际测量孔4的直径公差为Δ2，基准轴1同轴度为e1，基准测量孔3一一垂直对应且同轴设置的实际测量孔4同轴度为e2，则累计误差为Δ1+Δ2+e1+e2。采用精密加工可以将累计误差控制在相邻两个所述实际测量孔4的孔径尺寸差值的一半或者足够小的范围内。
实验例
取任意待测量的形状细长工件9，经初步测得其待测端直径为1.62mm，测量结果显示其能通过的最大实测孔直径为φ1.77mm，不能通过的最小实测孔直径为1.71mm，则该工件的同轴度起始值范围为0.09mm-0.15mm，考虑到基准轴1与基准测量孔3直径差值为0.01mm，基准轴1的同轴度为0.005mm，基准测量孔3一一垂直对应且同轴设置的实际测量孔4的同轴度为0.005mm，则细长工件9的实际同轴度变化量最大值为0.02mm。最后计算得实际同轴度范围最小值为起始值最小值和最大变化量之差为0.07mm，实际同轴度范围最大值为起始值最大值和最大变化量之和0.17mm。
对此次测量的细长工件9，用专业CCD式光学同轴度测量仪对其同轴度进行复测，测得同轴度为0.113mm。由此可见，同轴度真实值落在采用此种方法测量得出的同轴度范围值之内，接近真实值。可见，本发明所述测量装置不仅操作简便且测量准确度较高。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种测量细长工件同轴度的装置，其特征在于，包括测量基座(2)以及与所述测量基座(2)配合使用的可模拟待测量细长工件(9)心轴的基准轴(1)；
所述测量基座(2)上成型有平行设置的顶面(7)和底面(8)；所述顶面(7)上成型有至少两个基准测量孔(3)，所述底面(8)上成型有分别与各个所述基准测量孔(3)一一垂直对应且同轴设置的实际测量孔(4)；
各个所述基准测量孔(3)的孔径尺寸相同，各个所述实际测量孔(4)的孔径尺寸各不相同；
所述基准测量孔(3)的尺寸以能够与所述基准轴(1)可进行精密配合且可在所述基准测量孔(3)内沿轴向精密移动为准，所述基准测量孔(3)的数量依据待测量的所述细长工件(9)的直径尺寸进行相应的设置；
相邻两个所述实际测量孔(4)的孔径尺寸呈规律性增加或减小，相邻两个所述实际测量孔(4)的孔径尺寸差值为0.05mm；
控制孔径尺寸最小的所述实际测量孔(4)的孔径尺寸为所述细长工件(9)的待测端(6)的直径尺寸；
控制孔径尺寸最大的所述实际测量孔(4)和孔径尺寸最小的所述实际测量孔(4)之间的孔径尺寸差值为所述细长工件(9)允许的同轴度最大数值；所述基准轴(1)可与所述基准测量孔(3)精密配合且可在所述基准测量孔(3)内沿轴向精密移动；且所述基准轴(1)与待测量的细长工件(9)的基准端(5)可进行精密的同轴安装。
2.根据权利要求1所述的测量细长工件同轴度的装置，其特征在于，所述顶面(7)和底面(8)之间的垂直距离大于所述细长工件(9)的长度且小于所述基准轴(1)和所述细长工件(9)的长度之和。
3.根据权利要求1或2所述的测量细长工件同轴度的装置，其特征在于，所述基准测量孔(3)在所述顶面(7)处呈规律性排列，所述实际测量孔(4)在所述底面(8)处沿一一对应的位置呈规律性排列。
4.根据权利要求3所述的测量细长工件同轴度的装置，其特征在于，所述基准测量孔(3)在所述顶面(7)处呈直线型排列，所述实际测量孔(4)在所述底面(8)处沿一一对应的位置呈直线排列。
5.根据权利要求4所述的测量细长工件同轴度的装置，其特征在于，所述基准测量孔(3)在所述顶面(7)处呈等间距排列，所述实际测量孔(4)在所述底面(8)处沿一一对应的位置呈等间距排列。
6.一种基于权利要求1-5任一项所述装置测量细长工件同轴度的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)取待测量的细长工件(9)，将其基准端(5)与所述基准轴(1)进行同轴安装；
(2)将所述细长工件(9)穿过任一所述基准测量孔(3)，并在所述基准轴(1)的带动下在所述基准测量孔(3)内沿轴向移动，至所述细长工件(9)另一端的待测端(6)接近与之对应的所述实际测量孔(4)，观察所述待测端(6)是否可以穿过所述实际测量孔(4)；
(3)若所述待测端(6)可以穿过所述实际测量孔(4)，则将所述基准轴(1)和所述细长工件(9)取出，并将其继续穿过孔径尺寸小于且最接近于前一个所述实际测量孔(4)的孔径尺寸的所述实际测量孔(4)，并继续观察所述待测端(6)此次是否可以穿过所述实际测量孔(4)；重复上述测量过程，直至找到所述待测端(6)无法穿过的最大孔径尺寸的所述实际测量孔(4)和可以穿过的最小孔径尺寸的所述实际测量孔(4)；
若所述待测端(6)无法穿过所述实际测量孔(4)，则将所述基准轴(1)和所述细长工件(9)取出，并将其继续穿过孔径尺寸大于且最接近于前一个所述实际测量孔(4)的孔径尺寸的所述实际测量孔(4)，并继续观察所述待测端(6)此次是否可以穿过所述实际测量孔(4)；重复上述测量过程，直至找到所述待测端(6)无法穿过的最大孔径尺寸的所述实际测量孔(4)和可以穿过的最小孔径尺寸的所述实际测量孔(4)；
(4)计算上述无法穿过的最大孔径尺寸的所述实际测量孔(4)的孔径尺寸与所述待测端(6)的直径差值即为所述同轴度范围的最小值；计算上述可以穿过的最小孔径尺寸的所述实际测量孔(4)的孔径尺寸与所述待测端(6)的直径差值即为所述同轴度范围的最大值。
7.根据权利要求6所述的测量细长工件同轴度的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述细长工件(9)沿孔径尺寸从小到大或者从大到小的顺序，依次通过各个所述实际测量孔(4)进行同轴度测量。
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