CN112179280B

CN112179280B - 一种柱状零件内外径测量装置的测量方法

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Publication number: CN112179280B
Application number: CN202011374466.XA
Authority: CN
Inventors: 李阳; 佃松宜; 牛增渊; 陈任寰; 霍德鸿; 丁辉
Original assignee: Jiangsu Jijingkai High End Equipment Technology Co ltd
Current assignee: Jiangsu Jijingkai High End Equipment Technology Co ltd
Priority date: 2020-12-01
Filing date: 2020-12-01
Publication date: 2021-03-02
Anticipated expiration: 2040-12-01
Also published as: CN112179280A

Abstract

本发明涉及一种柱状零件内外径测量装置的测量方法，所述柱状零件内外径测量装置包括底板、垂直设置于所述底板的立柱、设置在所述立柱上的垂直运动组件、设置于所述底板上的转动组件、设置于所述转动组件上的工件夹具、设置于所述垂直运动组件上的测量组件、直驱线性电机、高精度位移传感器，所述直驱线性电机驱动垂直运动组件。本发明有效降低柱状零件在装夹过程中的偏心误差对内外径测量结果的影响；降低零件定位面圆柱度、零件定位面与被测面同轴度误差对柱状零件内外径测量结果的影响；非接触式测量在保证测量效率的同时，不对被测面有任何的干扰和损伤；并使柱状零件内外径的测量精度提升到亚微米级。

Description

一种柱状零件内外径测量装置的测量方法

技术领域

本发明涉及内外径检测领域，尤其涉及一种柱状零件内外径测量装置的测量方法。

背景技术

目前柱状零件内外径的测量主要有用塞规(通规、止规)的方法和用三坐标测量机的方法等。用塞规时，通规和止规联合使用，当通规可以通过被测物而止规无法通过时，则证明被测物尺寸介于通规和止规之间。三坐标测量机为通用测量设备，除柱面特征外亦可用来测量线性、平面、位置特征，测量柱面时，测量头通过接触柱面圆周方向上的不同点来感知位置信息，而后通过内置软件的处理，输出相应的内外径测量结果。

现有柱状零件内外径测量方法基本属于接触式测量，测量过程中有损伤被测件表面的风险。塞规测量效率低，测量精度有限；三坐标测量机测量过程中需采集被测件表面诸多点位，测量效率低下。

发明内容

本发明的目的就是针对上述问题，提供一种柱状零件内外径测量装置的测量方法。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种柱状零件内外径测量装置的测量方法，所述柱状零件内外径测量装置包括底板、垂直设置于所述底板的立柱、设置在所述立柱上的垂直运动组件、设置于所述底板上的转动组件、设置于所述转动组件上的工件夹具、设置于所述垂直运动组件上的测量组件、直驱线性电机、高精度位移传感器，所述直驱线性电机驱动垂直运动组件，所述测量组件用于测量垂直运动组件的位移，所述高精度位移传感器用于测量柱状零件的内外径，该测量方法为：

S1、柱状零件内径测量方法：高精度位移传感器插入柱状零件内部，高精度位移传感器中心线到工件夹具中心线的距离为d，被测柱状零件的内径为r，被测柱状零件中心线与工件夹具中心线重合，则测量结果为M=d+r；被测柱状零件在工件夹具内偏于一侧，误差间隙记为e，此时的测量结果为 M1=d+r+e；将零件旋转180°后，被测柱状零件在工件夹具内的偏转变为相反方向，此时的测量结果为M2=d+r-e，此时，(M1+M2)/2=d+r，误差间隙e消除，即被测柱状零件的内径r=(M1+M2)/2-d；

对于起始测量高度时，d为固定值，测出起始测量高度处的r值，通过d=(M1+M2)/2-r，得到起始高度的d值，记为d0，此时，被测柱状零件的内径r=(M1+M2)/2-d0；

高精度位移传感器在高度方向上移动时，(M1+M2)/2中包含了垂直运动组件行走的直线度误差和转动组件在停顿两点的径向跳动误差，记垂直运动组件行走时相对于测量起始点的直线度误差为Δl，转动组件在停顿两点的径向跳动误差为Δw，则可以得到随高度变化的内径r=(M1+M2)/2-d0-Δl-Δw；

S2、柱状零件外径测量方法：高精度位移传感器位于被测柱状零件，高精度位移传感器中心线到工件夹具中心线的距离为d，被测柱状零件的外径为R，被测柱状零件中心线与工件夹具中心线重合，则测量结果为M=d-R；被测柱状零件在工件夹具内偏于一侧，误差间隙记为e，此时的测量结果即为M3=d+e-R；将零件旋转180°后，被测柱状零件在工件夹具内的偏转变为相反方向，此时的测量结果为M4=d-e-R，此时，(M3+M4)/2=d-R，误差间隙e消除，即被测柱状零件的外径R=d-(M3+M4)/2；

对于起始测量高度时，d为固定值，测出起始测量高度处的R值，通过d=R+(M3+M4)/2，得到起始高度的d值，记为d0，此时，被测柱状零件的外径R=d0-(M3+M4)/2；

高精度位移传感器在高度方向上移动时，(M3+M4)/2中包含了垂直运动组件行走的直线度误差和转动组件在停顿两点的径向跳动误差，记垂直运动组件行走时相对于测量起始点的直线度误差为Δl，转动组件在停顿两点的径向跳动误差为Δw，则可以得到随高度变化的外径R=d0-(M3+M4)/2+Δl+Δw。

进一步具体的，所述底板上设置有手动调台，用于调整转动组件的位置。

进一步具体的，所述垂直运动组件包括设置于所述立柱上的基座、设置在所述基座上的导轨、设置在所述导轨上的滑座，设置在所述滑座上的位移传感器夹具，所述位移传感器夹具夹住高精度位移传感器。

进一步具体的，所述直驱线性电机包括定子和动子，所述定子设置在基座上，所述动子设置在滑座上。

进一步具体的，所述测量组件包括读数头、光栅尺和高精度位移传感器，所述读数头设置在基座上，所述光栅尺设置在滑座上。

进一步具体的，所述转动组件包括转接盘、直驱力矩电机，所述直驱力矩电机设置在手动调台上，所述转接盘设置在直驱力矩电机上，所述直驱力矩电机驱动转接盘转动，所述工件夹具固定在转接盘上，所述工件夹具用于夹持被测柱状零件。

进一步具体的，所述垂直运动组件上设置有断电保护组件，所述断电保护组件包括配重弹簧和弹簧支架，所述固定支架设置在基座的顶部，所述配重弹簧一端固定于弹簧支架上，另一端固定于滑座上。

进一步具体的，所述高精度位移传感器为光谱共焦探头。

本发明的有益效果是：采用上述结构之后，有效降低柱状零件在装夹过程中的偏心误差对内外径测量结果的影响；降低零件定位面圆柱度、零件定位面与被测面同轴度误差对柱状零件内外径测量结果的影响；非接触式测量在保证测量效率的同时，不对被测面有任何的干扰和损伤；并使柱状零件内外径的测量精度提升到亚微米级。

附图说明

图1是本发明的结构示意图一；

图2是本发明的结构示意图二；

图3是本发明内径测量装置截面示意图；

图4是本发明理想情况下内径测量装置截面示意图；

图5是本发明偏在一侧内径测量装置截面示意图；

图6是本发明旋转180°后内径测量装置截面示意图；

图7是本发明理想情况下外径测量装置截面示意图；

图8是本发明偏在一侧外径测量装置截面示意图；

图9是本发明旋转180°后外径测量装置截面示意图。

图中：1、底板；2、立柱；3、手动调台；41、基座；42、导轨；43、滑座；44、位移传感器夹具；51、直驱线性电机；52、直驱力矩电机；511、定子；512、动子；61、读数头；62、高精度位移传感器；71、转接盘；72、工件夹具；73、被测柱状零件；81、配重弹簧；82、弹簧支架。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细的描述。

如图1和图2所示一种柱状零件内外径测量装置，所述柱状零件内外径测量装置包括底板1、垂直设置于所述底板的立柱2、设置在所述立柱2上的垂直运动组件、设置于所述底板1上的转动组件、设置于所述转动组件上的工件夹具72、设置于所述垂直运动组件上的测量组件、直驱线性电机51、高精度位移传感器62，所述直驱线性电机51驱动垂直运动组件，所述测量组件用于测量垂直运动组件的位移，所述高精度位移传感器62用于测量柱状零件的内外径。

所述底板1上设置有手动调台3，用于调整高精度位移传感器62在被测柱状零件73内孔中的前后位置。

所述垂直运动组件包括设置于所述立柱2上的基座41、设置在所述基座41上的导轨42、设置在所述导轨42上的滑座43，设置在所述滑座43上的位移传感器夹具44。导轨42对垂直运动组件中的运动部件起导向作用，保证高精度位移传感器62在行走时的直线度。

所述直驱线性电机51包括定子511和动子512，所述定子511设置在基座41上，所述动子512设置在滑座43上。

所述测量组件包括读数头61、光栅尺和高精度位移传感器62，所述读数头61设置在基座41上，所述光栅尺设置在滑座43上。读数头61配合光栅尺一起实现垂直运动组件位置信息的测量。

所述转动组件包括转接盘71、直驱力矩电机52，所述直驱力矩电机52设置在手动调台3上，所述转接盘71设置在直驱力矩电机52上，所述直驱力矩电机52驱动转接盘71转动，所述工件夹具72固定在转接盘71上，所述工件夹具72用于夹持被测柱状零件73。转接盘71连接固定工件夹具72和直驱力矩电机52，将直驱力矩电机52的旋转运动传递给工件夹具72，进而驱动被测柱状零件73旋转。

所述垂直运动组件上设置有断电保护组件，所述断电保护组件包括配重弹簧81和弹簧支架82，所述固定支架设置在基座41的顶部，所述配重弹簧81一端固定于弹簧支架82上，另一端固定于滑座43上。配重弹簧81用于抵消运动部件的自重，起到断电保护的作用，弹簧支架82用于固定配重弹簧81。

所述高精度位移传感器62为光谱共焦探头，其出光方式为侧面出光。

如图3所示的一种柱状零件内外径测量装置的测量方法，该测量方法为，

S1、柱状零件内径测量方法：如图4所示，高精度位移传感器62插入柱状零件内部，高精度位移传感器62中心线到工件夹具72中心线的距离为d，被测柱状零件73的内径为r，理想情况下，被测柱状零件73中心线与工件夹具72中心线重合，则测量结果为M=d+r；如图5所示，由于安装间隙的存在，被测柱状零件73在工件夹具72内往往偏于一侧，误差间隙记为e，此时的测量结果为 M1=d+r+e；如图6所示，将零件旋转180°后，被测柱状零件73在工件夹具72内的偏转变为相反方向，此时的测量结果为M2=d+r-e。此时，(M1+M2)/2=d+r，误差间隙e消除，即被测柱状零件73的内径r=(M1+M2)/2-d。

对于起始测量高度时，d为固定值，通过其他测量手段(三坐标等)测出起始测量高度处的r值，通过d=(M1+M2)/2-r，得到起始高度的d值，记为d0，此时，被测柱状零件73的内径r=(M1+M2)/2-d0。

光谱共焦探头在高度方向上移动时，(M1+M2)/2中包含了导轨42行走的直线度误差和直驱力矩电机52在停顿两点的径向跳动误差，这两部分误差可视为重复误差，通过相关仪器可以测出。记导轨42行走时相对于测量起始点的直线度误差为Δl，直驱力矩电机52在停顿两点的径向跳动误差为Δw，则可以得到随高度变化的内径r=(M1+M2)/2-d0-Δl-Δw。

S2、柱状零件外径测量方法：如图7所示，高精度位移传感器62位于被测柱状零件73外部，高精度位移传感器62中心线到工件夹具72中心线的距离为d，被测柱状零件73的外径为R，理想情况下，被测柱状零件73中心线与工件夹具72中心线重合，则测量结果为M=d-R；如图8所示，由于安装间隙的存在，被测柱状零件73在工件夹具72内往往偏于一侧，误差间隙记为e，此时的测量结果即为M3=d+e-R；如图9所示，将零件旋转180°后，被测柱状零件73在工件夹具72内的偏转变为相反方向，此时的测量结果为M4=d-e-R。此时，(M3+M4)/2=d-R，误差间隙e消除，即被测柱状零件73的外径R=d-(M3+M4)/2。

对于起始测量高度时，d为固定值，通过其他测量手段(三坐标等)测出起始测量高度处的R值，通过d=R+(M3+M4)/2，得到起始高度的d值，记为d0，此时，被测柱状零件73的外径R=d0-(M3+M4)/2。

光谱共焦探头在高度方向上移动时，(M3+M4)/2中包含了导轨42行走的直线度误差和直驱力矩电机52在停顿两点的径向跳动误差，这两部分误差可视为重复误差，通过相关仪器可以测出。记导轨42行走时相对于测量起始点的直线度误差为Δl，直驱力矩电机52在停顿两点的径向跳动误差为Δw，则可以得到随高度变化的外径R=d0-(M3+M4)/2+Δl+Δw。

综上，本发明有效降低柱状零件在装夹过程中的偏心误差对内外径测量结果的影响；降低零件定位面圆柱度、零件定位面与被测面同轴度误差对柱状零件内外径测量结果的影响；非接触式测量在保证测量效率的同时，不对被测面有任何的干扰和损伤；并使柱状零件内外径的测量精度提升到亚微米级。

需要强调的是：以上仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims

1.一种柱状零件内外径测量装置的测量方法，所述柱状零件内外径测量装置包括底板（1）、垂直设置于所述底板的立柱（2）、设置在所述立柱（2）上的垂直运动组件、设置于所述底板（1）上的转动组件、设置于所述转动组件上的工件夹具（72）、设置于所述垂直运动组件上的测量组件、直驱线性电机（51）、高精度位移传感器（62），所述直驱线性电机（51）驱动垂直运动组件，所述测量组件用于测量垂直运动组件的位移，所述高精度位移传感器（62）用于测量柱状零件的内外径，其特征在于，该测量方法为：

S1、柱状零件内径测量方法：高精度位移传感器（62）插入柱状零件内部，高精度位移传感器（62）中心线到工件夹具（72）中心线的距离为d，被测柱状零件（73）的内径为r，被测柱状零件（73）中心线与工件夹具（72）中心线重合，则测量结果为M=d+r；被测柱状零件（73）在工件夹具（72）内偏于一侧，误差间隙记为e，此时的测量结果为 M1=d+r+e；将零件旋转180°后，被测柱状零件（73）在工件夹具（72）内的偏转变为相反方向，此时的测量结果为M2=d+r-e，此时，(M1+M2)/2=d+r，误差间隙e消除，即被测柱状零件（73）的内径r=(M1+M2)/2-d；

对于起始测量高度时，d为固定值，测出起始测量高度处的r值，通过d=(M1+M2)/2-r，得到起始高度的d值，记为d0，此时，被测柱状零件（73）的内径r=(M1+M2)/2-d0；

高精度位移传感器（62）在高度方向上移动时，(M1+M2)/2中包含了垂直运动组件行走的直线度误差和转动组件在停顿两点的径向跳动误差，记垂直运动组件行走时相对于测量起始点的直线度误差为Δl，转动组件在停顿两点的径向跳动误差为Δw，则可以得到随高度变化的内径r=(M1+M2)/2-d0-Δl-Δw；

S2、柱状零件外径测量方法：高精度位移传感器（62）位于被测柱状零件（73）外部，高精度位移传感器（62）中心线到工件夹具（72）中心线的距离为d，被测柱状零件（73）的外径为R，被测柱状零件（73）中心线与工件夹具（72）中心线重合，则测量结果为M=d-R；被测柱状零件（73）在工件夹具（72）内偏于一侧，误差间隙记为e，此时的测量结果即为M3=d+e-R；将零件旋转180°后，被测柱状零件（73）在工件夹具（72）内的偏转变为相反方向，此时的测量结果为M4=d-e-R，此时，(M3+M4)/2=d-R，误差间隙e消除，即被测柱状零件（73）的外径R=d-(M3+M4)/2；

对于起始测量高度时，d为固定值，测出起始测量高度处的R值，通过d=R+(M3+M4)/2，得到起始高度的d值，记为d0，此时，被测柱状零件（73）的外径R=d0-(M3+M4)/2；

高精度位移传感器（62）在高度方向上移动时，(M3+M4)/2中包含了垂直运动组件行走的直线度误差和转动组件在停顿两点的径向跳动误差，记垂直运动组件行走时相对于测量起始点的直线度误差为Δl，转动组件在停顿两点的径向跳动误差为Δw，则可以得到随高度变化的外径R=d0-(M3+M4)/2+Δl+Δw。

2.根据权利要求1所述的柱状零件内外径测量装置的测量方法，其特征在于，所述底板（1）上设置有手动调台（3），用于调整转动组件的前后位置。

3.根据权利要求2所述的柱状零件内外径测量装置的测量方法，其特征在于，所述垂直运动组件包括设置于所述立柱（2）上的基座（41）、设置在所述基座（41）上的导轨（42）、设置在所述导轨（42）上的滑座（43），设置在所述滑座（43）上的位移传感器夹具（44），所述位移传感器夹具（44）夹住高精度位移传感器（62）。

4.根据权利要求3所述的柱状零件内外径测量装置的测量方法，其特征在于，所述直驱线性电机（51）包括定子（511）和动子（512），所述定子（511）设置在基座（41）上，所述动子（512）设置在滑座（43）上。

5.根据权利要求3所述的柱状零件内外径测量装置的测量方法，其特征在于，所述测量组件包括读数头（61）、光栅尺，所述读数头（61）设置在基座（41）上，所述光栅尺设置在滑座（43）上。

6.根据权利要求2所述的柱状零件内外径测量装置的测量方法，其特征在于，所述转动组件包括转接盘（71）、直驱力矩电机（52），所述直驱力矩电机（52）设置在手动调台（3）上，所述转接盘（71）设置在直驱力矩电机（52）上，所述直驱力矩电机（52）驱动转接盘（71）转动，所述工件夹具（72）固定在转接盘（71）上，所述工件夹具（72）用于夹持被测柱状零件（73）。

7.根据权利要求3所述的柱状零件内外径测量装置的测量方法，其特征在于，所述垂直运动组件上设置有断电保护组件，所述断电保护组件包括配重弹簧（81）和弹簧支架（82），所述弹簧支架（82）设置在基座（41）的顶部，所述配重弹簧（81）一端固定于弹簧支架（82）上，另一端固定于滑座（43）上。

8.根据权利要求1所述的柱状零件内外径测量装置的测量方法，其特征在于，所述高精度位移传感器（62）为光谱共焦探头。