CN112212781B - 基于基准比较的直线度测量装置及方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于基准比较的直线度测量装置及方法，包括由导线相连的检测器、零位调整部件、仪表部件、输出部件和存储记录仪以及基准体；先采用所述直线度测量装置测量所述基准体的直线度，确定所述磨床当前的误差值和直线度曲线；然后对工件的被检测面进行直线度测量，获得该工件的直线度偏差值和曲线；最后，通过在所述存储记录仪中合成上述数据来确认所述工件被检测面的直线度偏差。本发明测量精度高，达到了微米级，数据通过纸带的形式打印出来，不受人为影响，不会遗漏，具有结构简单，成本低廉，测量方便的优点，特别适用于大功率低速船用柴油机十字头销的大外圆的直线度测量。

Description

基于基准比较的直线度测量装置及方法
技术领域
本发明涉及大型低速柴油机零件加工中的精度检测，具体涉及一种基于基准比较的直线度测量装置及方法，属于机械精密检测技术领域。
背景技术
十字头销是大功率低速船用柴油机中非常重要的零件之一，其通过轴承瓦安装在连杆轴承孔中。请参阅图1，十字头销7由大外圆71和两端的小外圆72构成，属于大型圆柱类工件，以大型船用柴油机的10S90MEC型十字头销为例，其外形尺寸的最大直径为900mm，总高800mm，重量约5.5吨。在柴油机运转过程中，与十字头销7大外圆71接触的轴承瓦工作条件较差，轴承瓦承受的比压很大，因此十字头销7大外圆71的加工精度将影响轴承瓦的磨合效果，若大外圆71的母线直线度偏差超过0.005毫米，则极易造成轴承瓦磨损不均匀，导致十字头销与轴承瓦粘咬，从而降低柴油机运转的可靠性。十字头销7大外圆71在磨削加工时受工艺和外形不规则的影响，大外圆71的直线度容易产生微米级的突变，因此十字头销7大外圆71的直线度能否满足图纸要求，必须由高精度的检测技术来保证。
目前机械技术领域中常用的直线度检测方法主要分为非激光测量法和激光测量法。非激光类测量方法包括有间隙法、平板测微仪法、分段测量法等，通常采用平尺、平板等更精密的物理直线度基准作为测量基准，这种方法通常测量过程复杂且受人为因素干扰，会导致测量精度较低，容易漏检，不适用于十字头销的精密测量场合。激光类测量方法主要包括有激光干涉仪法、光电自准直仪加反射镜法和光束基准法等，该类方法准确度高，但是受测量范围小(需要多次拼接)、不能断光续接和调整激光等复杂因素的影响，其适用范围存在一定的局限性，激光测量法通常需要激光干涉仪、激光准直仪等昂贵的光学仪器及其配套的各种光学元器件等附件，从而大大增加了测量成本，同时也达不到快速测量的效果。
综上所述，现有的测量方法不适应十字头销直线度测量的现状，因此需要用于十字头销的可实现直线度高精度微米测量的小型化低成本的装置和方法，以满足生产要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提高大型低速柴油机十字头销零件磨削加工中直线度的在线检测精度，提供一种基于基准比较的直线度测量装置及方法，分别测量高精度基准体和十字头销大外圆的直线度，通过与基准平面数据的比较，实现测量数据的定量输出，将测量信息传输给存储记录仪，从而得出十字头销磨削加工后大外圆全范围内微米精度级的测量数据，同时实现测量曲线的保存、合成、打印和定量的功能。
本发明解决其技术问题采取的技术方案如下：
一种基于基准比较的直线度测量装置，安装于磨床上，该磨床包括有前导轨、后导轨和砂轮架，该前导轨与后导轨平行，所述砂轮架设置于该后导轨上且沿该后导轨移动，其特征在于：所述的直线度测量装置包括：
检测器，通过支架固定于所述砂轮架上且与被检测面接触，将该被检测面的直线度偏差所引起的测量力变化转化为电信号；
零位调整部件，与所述检测器连接，用于调整和设置测量的零点；
仪表部件，与所述零位调整部件连接，将所述检测器输出的电信号用数值量显示出来；
输出部件，与所述仪表部件连接，以直流电压值的形式将所述检测器的与测量力变化对应的电信号进行输出；
存储记录仪，与所述输出部件连接，由存储单元和热敏打印机组成，将所述输出部件输入的直流电压值存储下来，并根据需要进行实时打印；
基准体，安装于所述前导轨上，为长方体结构，精度为000级。
进一步地，所述的检测器的测量力小于0.2N，重复精度小于0.3μm，测量行程大于4mm，下死点到零点位置大于2mm。
进一步地，所述的仪表部件的显示范围为±50μm。
进一步地，所述的输出部件输出的直流电压值的范围为±1V，应答时间大于0.5秒。
进一步地，所述的存储记录仪具有合成4组波形的能力，采样速度大于1MS/S。
进一步地，所述的基准体的材质为大理石。
本发明的另一技术方案为：
一种采用上述直线度测量装置实现的基于基准比较的直线度测量方法，其特征在于：先采用所述直线度测量装置测量所述基准体的直线度，确定所述磨床当前的误差值和直线度曲线；然后对工件的被检测面进行直线度测量，获得该工件的直线度偏差值和曲线；最后，通过在所述存储记录仪中合成上述数据来确认所述工件被检测面的直线度偏差。
进一步地，所述直线度测量方法用于大功率低速船用柴油机十字头销的大外圆的直线度测量，包括以下具体步骤：
步骤1：将所述基准体安装于磨床的前导轨上，调整所述基准体的姿态，使该基准体的基准面与所述砂轮架的左右移动方向平行；
步骤2：将所述检测器通过支架安装于所述砂轮架上，使该检测器接触基准体的基准面，采用所述零位调整部件将所述仪表部件中对应的数值调到零位，打开所述存储记录仪，通过所述砂轮架的左右移动，对所述基准面进行检测，数据存入所述存储记录仪；
步骤3：所述砂轮架作前后移动，按0.01毫米以“阶梯状”轨迹移动0.03毫米，所述检测器对所述基准面进行测量，数据存入所述存储记录仪；
步骤4：十字头销磨削后，通过支架将所述检测器安装于所述砂轮架上，将该检测器接触于所述大外圆的表面上，通过所述零位调整部件将所述仪表部件中对应的数值调到零位，打开所述存储记录仪，通过所述砂轮架的左右移动，对该大外圆进行测量，数据存入所述存储记录仪；
步骤5：在所述存储记录仪中将步骤2、步骤3和步骤4中所得数据合成为一组数据，然后输出打印成纸带；
步骤6：用直尺测量所述纸带上的“阶梯状”轨迹的长度，通过比例的方式计算出0.01毫米所对应的长度，然后用直尺分别测量所述基准体的横向测量数据的高低值的长度，再换算成实际的偏差值，最后得出所述磨床在工作位置区域内前导轨的直线度偏差值和曲线；同理，得出所述十字头销的大外圆的直线度偏差值和曲线；
步骤7：比较所述十字头销的大外圆与所述基准体的基准平面的数据，判断所述大外圆的直线度偏差是否满足图纸要求。
本发明采用高精度的检测器，将测量数据转化为电信号，实现测量数据的定量输出，利用比例的方式将波形转换成直线度误差；结合存储记录仪的合成波形功能，比较十字头销大外圆与基准平面的数据，从而得出十字头销磨削加工后整个大外圆范围内纳米精度级的测量数据。
与现有技术相比，本发明取得了如下有益效果：
1、采用了与基准平面进行比较的方式，提高了测量精度，测量精度高，达到了微米级；
2、数据通过纸带的形式打印出来，不受人为影响，不会遗漏；
3、本发明的装置结构简单，成本低廉，测量方便，确保单人能够操作。
附图说明
图1是十字头销的简图。
图2是本发明的测量装置的结构简图。
图3是本发明的测量过程示意图。
图4是检测器“阶梯状”移动轨迹示意图。
图中：
1-检测器，2-零位调整部件，3-仪表部件，4-输出部件，5-存储单元，6-热敏打印机，7-十字头销，71-大外圆，72-小外圆，8-基准体，9-前导轨，10-支架，11-砂轮架，12-后导轨。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进进一步的详细说明，但不能以此限制本发明的保护范围。
请结合参阅图2和图3，所述直线度测量装置安装于磨床上，该磨床包括有前导轨9、后导轨12和砂轮架11，该前导轨9与后导轨12平行，所述砂轮架11设置于该后导轨12上且沿该后导轨12移动。
所述基于基准比较的直线度测量装置包括由导线相连的检测器1、零位调整部件2、仪表部件3、输出部件4和存储记录仪以及基准体8。
所述检测器1通过支架10固定于所述砂轮架11上，并且与被检测面接触，该检测器1将被检测面的形位偏差引起的测量力变化最终转化为电信号。该检测器1的测量力小于0.2N，重复精度小于0.3μm，测量行程大于4mm，下死点到零点位置大于2mm。
所述零位调整部件2与所述检测器1连接，用于调整和设置测量的零点，将所述检测器1在所述仪表部件3上显示的数值调零。
所述仪表部件3与所述零位调整部件2连接，将所述检测器1输出的电信号用数值定量表示出来，范围为±50μm以上。
所述输出部件4与所述仪表部件3连接，为对应检测器1测量力的输入，输出的直流电压值的范围为±1V，应答时间大于0.5秒。
所述存储记录仪与所述输出部件4连接，由存储单元5和热敏打印机6组成。该存储记录仪能将所述输出部件4输入的直流电压值存储下来，并根据需要实时打印；所述存储记录仪的采样速度大于1MS/S，具有合成4组波形的能力。
所述基准体8安装于所述前导轨9上，其为长方体结构，材质为大理石，长800mm，宽500mm，高130mm。该基准体8的精度为000级，即在800mm长度范围内误差为2微米。
本发明所述基于基准比较的直线度测量方法包括：先采用所述直线度测量装置测量所述基准体的直线度，确定所述磨床当前的偏差值和直线度曲线；然后对工件的被检测面进行直线度测量，获得该工件的直线度偏差值和曲线；最后，通过在所述存储记录仪中合成上述数据来确认所述工件被检测面的直线度偏差。
本发明可用于测量大功率低速船用柴油机十字头销的大外圆的直线度。在所述十字头销7的磨削过程中，先采用高精度的检测器1测量基准体8的直线度，将测量数据转化为电信号，实现测量数据的定量输出，确定当前机床导轨的直线度误差值和曲线；然后进行十字头销7大外圆71的直线度测量，获得工件的误差值和直线度曲线；最后结合存储记录仪的合成波形功能，采用利用比例的方式将波形转换成直线度误差，比较十字头销7大外圆71与基准体8基准平面的数据，从而得出十字头销7磨削加工后，整个大外圆71范围内纳米精度级的直线度误差。
请参阅图3，所述直线度测量方法的具体步骤如下：
步骤1:将一组或多组高精度基准体8置于当前十字头销7的磨削工作位置区域A、B内，利用磨床砂轮架11的左右移动对基准体8进行测量，同时调整基准体8的姿态，使其与砂轮架11的左右移动方向平行，误差在0.002毫米以内。
步骤2：将检测器1置于基准体8的基准平面上，通过支架10安装的方式与砂轮架11连接；正式测量前，用零位调整部件2将对应仪表部件3中的数值调到零位±0.0005毫米以内；打开存储记录仪后，利用砂轮架11的横向移动，对高精度的基准体8的基准平面进行检测，数据储存在存储记录仪中。
步骤3：检测器1置于基准体8的基准面上，利用砂轮架11做纵向移动，按0.01毫米以“阶梯状”轨迹移动0.03毫米，请参阅图4，数据保存在存储记录仪中。
步骤4：十字头销7磨削后，将检测器1置于大外圆71的表面上，通过支架10安装的方式与砂轮架11连接；正式测量前，用零位调整部件2将对应仪表部件3中的数值调到零位±0.0005毫米；打开存储记录仪后，利用砂轮架11的横向移动，对大外圆71进行检测，数据保存在存储记录仪中。
步骤5：在存储记录仪中合成上述步骤3、步骤4和步骤5得到的三组数据为一组数据，然后打印成纸带。
步骤6：用直尺测量纸带上打印出的“阶梯状”轨迹C、D之间的长度，见图4，用比例的方式算出0.01毫米所对应的长度；然后，分别测量基准体8的横向测量数据的高低值的长度，再换算成实际的误差值，最后得出磨床在工作位置区域A、B内导轨的直线度误差值和曲线；同理，得出十字头销7大外圆71的直线度误差值和曲线。
步骤7:比较十字头销7大外圆71与基准体8基准平面的数据，判断大外圆71的直线度误差是否超过图纸规定的0.005毫米。
对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以不经过创造性劳动获得显而易见的等效变换和替代方案，都应当视为属于本发明要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于基准比较的直线度测量方法，用于大功率低速船用柴油机十字头销的大外圆的直线度测量，通过直线度测量装置实现，其特征在于：
所述直线度测量装置安装于磨床上，该磨床包括有前导轨、后导轨和砂轮架，该前导轨与后导轨平行，所述砂轮架设置于该后导轨上且沿该后导轨移动，该直线度测量装置包括：
检测器，通过支架固定于所述砂轮架上且与被检测面接触，将该被检测面的直线度偏差所引起的测量力变化转化为电信号；
零位调整部件，与所述检测器连接，用于调整和设置测量的零点；
仪表部件，与所述零位调整部件连接，将所述检测器输出的电信号用数值量显示出来；
输出部件，与所述仪表部件连接，以直流电压值的形式将所述检测器的与测量力变化对应的电信号进行输出；
存储记录仪，与所述输出部件连接，由存储单元和热敏打印机组成，将所述输出部件输入的直流电压值存储下来，并根据需要进行实时打印；
基准体，安装于所述前导轨上，为长方体结构，精度为000级；
先采用所述直线度测量装置测量所述基准体的直线度，确定所述磨床当前的误差值和直线度曲线；然后对工件的被检测面进行直线度测量，获得该工件的直线度偏差值和曲线；最后，通过在所述存储记录仪中合成数据来确认所述工件被检测面的直线度偏差；
所述直线度测量方法包括以下具体步骤：
步骤1：将所述基准体安装于磨床的前导轨上，调整所述基准体的姿态，使该基准体的基准面与所述砂轮架的左右移动方向平行；
步骤2：将所述检测器通过支架安装于所述砂轮架上，使该检测器接触基准体的基准面，采用所述零位调整部件将所述仪表部件中对应的数值调到零位，打开所述存储记录仪，通过所述砂轮架的左右移动，对所述基准面进行检测，数据存入所述存储记录仪；
步骤3：所述砂轮架作前后移动，按0.01毫米以“阶梯状”轨迹移动0.03毫米，所述检测器对所述基准面进行测量，数据存入所述存储记录仪；
步骤4：十字头销磨削后，通过支架将所述检测器安装于所述砂轮架上，将该检测器接触于所述大外圆的表面上，通过所述零位调整部件将所述仪表部件中对应的数值调到零位，打开所述存储记录仪，通过所述砂轮架的左右移动，对该大外圆进行测量，数据存入所述存储记录仪；
步骤5：在所述存储记录仪中将步骤2、步骤3和步骤4中所得数据合成为一组数据，然后输出打印成纸带；
步骤6：用直尺测量所述纸带上的“阶梯状”轨迹的长度，通过比例的方式计算出0.01毫米所对应的长度，然后用直尺分别测量所述基准体的横向测量数据的高低值的长度，再换算成实际的偏差值，最后得出所述磨床在工作位置区域内前导轨的直线度偏差值和曲线；同理，得出所述十字头销的大外圆的直线度偏差值和曲线；
步骤7：比较所述十字头销的大外圆与所述基准体的基准平面的数据，判断所述大外圆的直线度偏差是否满足图纸要求。
2.根据权利要求1所述的基于基准比较的直线度测量方法，其特征在于：所述的检测器的测量力小于0.2N，重复精度小于0.3μm，测量行程大于4mm，下死点到零点位置大于2mm。
3.根据权利要求1所述的基于基准比较的直线度测量方法，其特征在于：所述的仪表部件的显示范围为±50μm。
4.根据权利要求1所述的基于基准比较的直线度测量方法，其特征在于：所述的输出部件输出的直流电压值的范围为±1V，应答时间大于0.5秒。
5.根据权利要求1所述的基于基准比较的直线度测量方法，其特征在于：所述的存储记录仪具有合成4组波形的能力，采样速度大于1MS/S。
6.根据权利要求1所述的基于基准比较的直线度测量方法，其特征在于：所述的基准体的材质为大理石。
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