CN113008191B - 轴状工件内孔直线度的测量方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种轴状工件内孔直线度的测量方法，属于机械加工领域。所述测量方法包括：确定待测工件的基准轴线，确定所述待测工件的多个测量截面，在所述测量截面内标定十字线，基于所述测量截面与对应的所述十字线，确定所述外圆检测点，检测各所述外圆检测点对应的外圆跳动值，检测各所述外圆检测点处的实际壁厚；基于各所述外圆跳动值和所述实际壁厚，计算得到各所述测量截面的外圆中心偏移值，基于各所述外圆中心偏移值，得到所述待测工件的内孔的直线度。本公开通过该测量方法能够方便简单的对轴状工件内孔的直线度进行测量。

Description

轴状工件内孔直线度的测量方法

技术领域

本公开属于机械加工领域，特别涉及一种轴状工件内孔直线度的测量方法。

背景技术

直线度测量是几何计量领域里的一个基本项目，尤其是细长轴工件的内孔的直线度检测。

相关技术中，一般采取两种方式来测量轴状工件的内孔直线度，其中一种为使用检测杆，在检测杆上布置千分表，将检测杆伸入内孔，使得千分表的表头接触工件的内孔壁，然后拖曳检测杆，通过观察千分表读数变化确定内孔直线度。另一种是在内孔中设有可移动的光靶，通过光学原理，使得光靶在内孔移动，然后观察光靶的反射光是否在标定的落点范围，依此确定内孔直线度。

然而，采用上述方法对细长轴内孔进行检测，若轴状工件的内径极小，就没有办法容纳检测杆和光靶，所以导致无法测量出直线度。

发明内容

本公开实施例提供了一种轴状工件内孔直线度的测量方法，可以通过该检测方法简单的对轴状工件的内孔的直线度进行测量。所述技术方案如下：

本公开实施例提供了一种用于细长轴内孔的直线度的测量方法，所述测量方法包括：

确定待测工件的基准轴线，所述基准轴线为所述待测工件的两个端面的中心之间的连线，所述基准轴线与所述端面垂直；

确定所述待测工件的多个测量截面，各所述测量截面沿所述待测工件的基准轴线依次间隔排布，且垂直于所述待测工件的基准轴线；

在所述测量截面内标定十字线，所述十字线包括相互垂直的第一直线段和第二直线段，所述第一直线段和所述第二直线段的交点与所述基准轴线相交；

基于所述测量截面与对应的所述十字线，确定外圆检测点，所述外圆检测点为所述十字线与所述测量截面的外边缘的交点；

检测各所述外圆检测点对应的外圆跳动值，所述外圆跳动值为所述外圆检测点与所述基准轴线之间的距离，和所述端面的半径之间的偏差值；

检测各所述外圆检测点处的实际壁厚；

基于各所述外圆跳动值和所述实际壁厚，计算得到各所述测量截面的外圆中心偏移值，所述外圆中心偏移值为所述测量截面的实际圆心到所述基准轴线与所述测量截面的交点之间的距离；

基于各所述外圆中心偏移值，得到所述待测工件的内孔的直线度。

在本公开的又一种实现方式中，所述基于各所述外圆跳动值和所述实际壁厚，计算得到各所述测量截面的外圆中心偏移值，包括：

确定所述第一直线段的中点和所述第二直线段的中点；

分别计算各所述测量截面在所述第一直线段方向和所述第二直线段方向的单向偏移值，所述单向偏移值为在所述测量截面内，所述第一直线段或所述第二直线段的中点与所述待测工件的基准轴线之间的距离；

基于所述单向偏移值，计算得到各所述测量截面的外圆中心偏移值。

在本公开的又一种实现方式中，所述分别计算各所述测量截面在所述第一直线段方向和所述第二直线段方向的单向偏移值，包括：

通过以下公式进行计算所述单向偏移值：

其中，X_中心为各个所述测量截面沿所述第一直线段所在方向的单向偏移值，Y_中心为各个所述测量截面沿所述第二直线段所在方向的单向偏移值；A、B、C、D为各所述测量截面对应的外圆检测点；A_壁厚、B_壁厚、C_壁厚、D_壁厚分别为A、B、C、D四个所述外圆检测点对应的所述实际壁厚，A_跳动、B_跳动、C_跳动、D_跳动分别为A、B、C、D四个所述外圆检测点对应的所述外圆跳动值。

在本公开的又一种实现方式中，所述基于所述单向偏移值，计算得到各所述测量截面的外圆中心偏移值，包括：

利用勾股定理和各所述测量截面的所述单向偏移值，计算得到所述外圆中心偏移值。

在本公开的又一种实现方式中，所述基于各所述外圆中心偏移值，得到所述待测工件的内孔的直线度，包括：

基于所述十字线和所述外圆中心偏移值，确定各所述测量截面的实际中心点；

连接分别靠近所述待测工件两端的所述测量截面的实际中心点，得到所述待测工件的实际轴线；

基于各所述测量截面的实际中心点以及所述实际轴线，得到所述待测工件的内孔的直线度。

在本公开的又一种实现方式中，所述基于各所述测量截面的实际中心点以及所述实际轴线，得到所述待测工件的内孔的直线度，包括：

计算各所述测量截面的实际中心点到所述实际轴线的距离；

将各所述测量截面的实际中心点到所述实际轴线的距离中的最大值，作为所述待测工件的内孔直线度。

在本公开的又一种实现方式中，所述检测各所述外圆检测点对应的外圆跳动值，包括：

提供千分表；

利用所述千分表对所述测量截面上的各外圆检测点进行检测，记录各所述外圆检测点对应的外圆跳动值。

在本公开的又一种实现方式中，所述检测各所述外圆检测点对应的实际壁厚，包括：

提供超声波壁厚检测仪；

利用所述超声波壁厚检测仪对所述外圆检测点进行检测，得到各所述外圆检测点所处位置的实际壁厚。

在本公开的又一种实现方式中，利用所述超声波壁厚检测仪对所述外圆检测点进行检测之前，还包括：

对所述超声波壁厚检测仪进行校正。

在本公开的又一种实现方式中，所述对所述超声波壁厚检测仪进行校正，包括：

提供标准检测样品；

对所述标准检测样品进行检测，使得所述标准检测样品的实际值与所述超声波壁厚检测仪检测值相同。

本公开实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过本公开实施例提供的测量方法在对轴状工件内孔进行检测时，由于该测量方法首先是对工件的基准轴线进行确定，这样便可以为后续确定各测量截面的外缘中心偏移值找好基准点。接着，确定各个测量截面，以便为后续计算直线度提供数据依据，然后，在测量截面内标定十字线，并得到外圆检测点，使得每个测量截面可以对应得到4个外圆检测点，这样以便为后续实际检测提供确切的位置。

然后对各个外圆检测点进行检测，得到外圆跳动值，这样便可根据各个外圆检测点的对应的外圆跳动值，确定出测量截面对应的外边缘与端面的外边缘之间的偏离，以便为了后续计算直线度提供数据支持。接着，检测各个外圆检测位点处对应的实际壁厚，以便通过实际壁厚为后续计算直线度提供数据支持。紧接着，便可根据每个外圆检测点对应的该外圆跳动值与实际壁厚，计算出测量截面的外圆偏移值，进而得到该细长轴工件的直线度。

本公开实施例提供的测量方法，简单易懂，操作方便。同时通过检测实际壁厚和外圆跳动值之间的换算，将内孔直线度测量转换为壁厚+外圆跳动检测，解决拖曳法的内孔空间不足、光靶检测环境苛刻的问题。该测量方法可适用于各种细长轴深孔直线度检测。相对于现有技术，解决了检测受限问题，同时适用范围广，具有较强的实用性。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例中的技术方案，下面将对实施例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公开的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本公开实施例提供的一种轴状工件的截面图；

图2是本公开实施例提供的一种轴状工件内孔直线度的测量方法的流程图；

图3是本公开实施例提供的另一种轴状工件内孔直线度的测量方法的流程图；

图4是本公开实施例提供的待测工件的测量截面的标定示意图；

图5是本公开实施例提供的测量截面的十字线的划取示意图；

图6是本公开实施例提供的测量截面的外圆中心偏移值的计算示意图；

图7是本公开实施例提供的待测工件的内孔实际轴线示意图；

图8是本公开实施例提供的待测工件的内孔沿第一直线段的偏移曲线；

图9是本公开实施例提供的待测工件的内孔沿第二直线段的偏移曲线。

具体实施方式

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本公开实施方式作进一步地详细描述。

为了更清楚的介绍本公开实施例提供的用于轴状工件内孔直线度的测量方法，先介绍一下该轴状工件。

图1是本公开实施例提供的一种轴状工件的截面图，属于细长轴类工件，该轴状工件呈圆柱状结构件，内部具有孔径为32mm的圆孔，且孔深为2000mm。

该轴状工件一般作为复位缸缸筒，用于弹射装置的传动件。在实际使用时，一般要求该轴状工件的内孔直线度要求≤0.1mm。

本公开实施例提供了一种轴状工件内孔直线度的测量方法，如图2所示，测量方法包括：

S201：确定待测工件的基准轴线，基准轴线为待测工件的两个端面的中心之间的连线，基准轴线与端面垂直。

S202：确定待测工件的多个测量截面，各测量截面沿待测工件的基准轴线依次间隔排布，且垂直于待测工件的基准轴线。

S203：在测量截面内标定十字线，十字线包括相互垂直的第一直线段和第二直线段，第一直线段和第二直线段的交点与基准轴线相交。

S204：基于测量截面与对应的十字线，确定外圆检测点，外圆检测点为十字线与测量截面的外边缘的交点。

S205：检测各外圆检测点对应的外圆跳动值，外圆跳动值为外圆检测点与基准轴线之间的距离，和端面的半径之间的偏差值。

S206：检测各外圆检测点处的实际壁厚。

S207：基于各外圆跳动值和实际壁厚，计算得到各测量截面的外圆中心偏移值，外圆中心偏移值为测量截面的实际圆心到基准轴线与测量截面的交点之间的距离值。

S208：基于各外圆中心偏移值，得到待测工件的内孔的直线度

通过本公开实施例提供的测量方法在对轴状工件内孔进行检测时，由于该测量方法首先是对工件的基准轴线进行确定，这样便可以为后续确定各测量截面的外缘中心偏移值找好基准点。接着，确定各个测量截面，以便为后续计算直线度提供数据依据，然后，在测量截面内标定十字线，并得到外圆检测点，使得每个测量截面可以对应得到4个外圆检测点，这样以便为后续实际检测提供确切的位置。

然后对各个外圆检测点进行检测，得到外圆跳动值，这样便可根据各个外圆检测点的对应的外圆跳动值，确定出测量截面对应的外边缘与端面的外边缘之间的偏离，以便为了后续计算直线度提供数据支持。接着，检测各个外圆检测位点处对应的实际壁厚，以便通过实际壁厚为后续计算直线度提供数据支持。紧接着，便可根据每个外圆检测点对应的该外圆跳动值与实际壁厚，计算出测量截面的外圆偏移值，进而得到该细长轴工件的直线度。

本公开实施例提供的测量方法，简单易懂，操作方便。同时通过检测实际壁厚和外圆跳动值之间的换算，将内孔直线度测量转换为壁厚+外圆跳动检测，解决拖曳法的内孔空间不足、光靶检测环境苛刻的问题。该测量方法可适用于各种细长轴深孔直线度检测。相对于现有技术，解决了检测受限问题，同时适用范围广，具有较强的实用性。

图3是本公开实施例提供的另一种轴状工件内孔直线度的测量方法的流程图，结合图3，测量方法包括：

S301：确定待测工件的基准轴线，基准轴线为待测工件的两个端面的中心之间的连线，基准轴线与端面垂直。

在上述实现方式中，基准轴线的确认可以为后续确定测量截面的外圆中心偏移值提供基准位置，即基准轴线与各个测量截面的交点便是各测量截面的基准中心点。外圆中心偏移值便是测量截面的实际圆心与基准中心点之间的距离(具体可参见后续步骤S307)。

S302：确定待测工件的多个测量截面，各测量截面沿待测工件的基准轴线依次间隔排布，且垂直于待测工件的基准轴线。

示例性地：在确定待测工件的多个测量截面时，可以预先将工件沿其轴向进行等距离分段。

如图4所示，本实施例中，对工件的轴向进行等距离分段，得到7个测量截面。

S303：在测量截面内标定十字线，十字线包括相互垂直的第一直线段和第二直线段，第一直线段和第二直线段的交点与基准轴线相交。

在上述实现方式中，通过对各个测量截面划取十字线，可以通过十字线为后续得到外圆检测点提供依据。

S304：基于测量截面与对应的十字线，确定外圆检测点，外圆检测点为十字线与测量截面的外边缘的交点。

需要说明的是，这里所说的外边缘是指工件的外表面。因为工件内部具有内孔，所以各测量截面为环形，具有内边缘和外边缘。

在上述实现方式中，通过划取的十字线，这样便可对应得到4个外圆检测点作为代表点，来模拟出工件外圆的实际情况。

如图5所示，十字线在划取时，第一直线段和第二直线段可以对应为竖直方向和水平方向。

本实施例中，4个外圆检测点分别为A、B、C、D，其中，A和B之间的连线为第一直线段，C和D之间的连线为第二直线段。

S305：检测各外圆检测点对应的外圆跳动值，外圆跳动值为外圆检测点与基准轴线之间的距离，和端面的半径之间的偏差值。

示例性地，步骤S305可以根据以下方式得到：

5.1：提供千分表。

在上述实现方式中，千分表能够方便快速的检测出各个外圆检测点的外圆跳动值。

5.2：利用千分表对测量截面上的各外圆检测点进行检测，记录各外圆检测点对应的外圆跳动值。

本实施例中，在通过千分表测量待测工件的外圆跳动值时，首先将待测工件固定在机床上，然后将千分表安装在通用表架上，并将表架连接在机床的刀座上，接着，通过控制机床，使得待测工件和千分表之间发生相对移动，这样便可通过千分表检测出待测工件的各个外圆检测点的外圆跳动值。

本实施例中，外圆跳动值需遵循外圆放大趋势为加，外圆缩小趋势为减。

需要说明的是，本实施例中，为了方便计算，将各个测量截面的外圆跳动值中其中某一个外圆检测点的外圆跳动值设置为0，也就是将该检测点作为外圆跳动基准，其余各个测量截面的其他外圆检测点，即为相对该外圆检测点的外圆跳动值。

比如，本实施例中，将各个测量截面的A点作为外圆跳动基准，即各个测量截面的A点的外圆跳动值均为0。

S306：检测各外圆检测点处的实际壁厚。

示例性地，步骤S306可以根据以下方式得到：

6.1：提供超声波壁厚检测仪。

在上述实现方式中，超声波壁厚检测仪能够方便快速的检测出各个外圆检测点处对应的工件的壁厚。

6.2：对超声波壁厚检测仪进行校正。

步骤6.2能够通过以下方式得到：

首先，提供标准检测样品；

然后，对标准检测样品进行检测，使得标准检测样品的实际值与超声波壁厚检测仪检测值相同。

在上述实现方式中，使用超声波壁厚检测仪，在检测前，首先需要通过标准试块(标准检测样品)，对该超声波壁厚检测仪进行标定，使得该超声波壁厚检测仪的检测值为实际工件的壁厚，这样可以确保超声波壁厚检测仪的检测精度。

6.3：利用超声波壁厚检测仪对外圆检测点进行检测，得到各外圆检测点所处位置的实际壁厚。

需要说明的是，实际壁厚为外圆检测点沿第一直线段或者第二直线段方向到待测工件内壁的距离。

在上述实现方式中，通过对各个外圆检测点所处的位置进行壁厚检测，可以得到实际壁厚，这样为后续计算直线度提供数据支持。

S307：基于各外圆跳动值和实际壁厚，计算得到各测量截面的外圆中心偏移值，外圆中心偏移值为测量截面的实际圆心到基准轴线与测量截面的交点之间的距离。

示例性地，步骤S307可以根据以下方式得到：

7.1：确定第一直线段的中点和第二直线段的中点。

7.2：分别计算各测量截面在第一直线段方向和第二直线段方向的单向偏移值，单向偏移值为在测量截面内，第一直线段或第二直线段的中点与待测工件的基准轴线之间的距离。

步骤7.2通过以下公式进行计算：

其中，X_中心为各个测量截面沿第一直线段所在方向的单向偏移值，Y_中心为各个测量截面沿第二直线段所在方向的单向偏移值，A、B、C、D为各测量截面对应的外圆检测点，A_壁厚、B_壁厚、C_壁厚、D_壁厚、分别点A、B、C、D四个外圆检测点对应的壁厚，A_跳动、B_跳动、C_跳动、D_跳动分别点A、B、C、D四个外圆检测点对应的外圆跳动值。

7.3：基于单向偏移值，计算得到各测量截面的外圆中心偏移值。

步骤7.3通过以下方式进行计算：

利用勾股定理和各测量截面的单向偏移值，计算得到外圆中心偏移值。

示例性地，依次计算出AB、CD方向的单向偏移值，通过勾股定理，得出外圆检测点的偏斜值(内孔截面圆心偏移值)。

示例性地，如图6所示，对于任一个测量截面，当计算得到两个单向偏移值后(d₁和d₂)，将这两个单向偏移值通过勾股定理进行叠加，便可对应得到外圆中心偏移值(d₀)。

S308：基于十字线和外圆中心偏移值，确定各测量截面的实际中心点。

S309：连接分别靠近待测工件两端的测量截面的实际中心点，得到待测工件的实际轴线。

在上述实现方式中，当计算出各个测量截面的外圆中心偏移值后，便可根据十字线的交点与外圆中心偏移值，确定出各个测量截面的实际中心点，然后将位于首末两端的测量截面的实际中心点进行连线，便可对应得到待测工件的实际轴线。

如图7所示，当然，为了计算方便，可以将各个测量截面的外圆中心偏移值在坐标系中直接进行标定，即将各个测量截面的位置在待测工件的轴向位置作为横坐标，各个测量截面的外圆中心偏移值作为纵坐标，然后直接将位于首末两端的测量截面对应的外圆中心偏移值所在的坐标点进行连线，即可得到待测工件的实际轴线。

S310：基于各测量截面的实际中心点以及实际轴线，得到待测工件的内孔的直线度。

示例性地，步骤S310通过以下方式得到：

首先，计算各测量截面的实际中心点到实际轴线的距离。

接着，将各测量截面的实际中心点到实际轴线的距离中的最大值，作为待测工件的内孔直线度。

示例性地，为了简化计算，如图7所示，当实际轴线m后，将各个测量截面对应的外圆中心偏移值所在的坐标点直接对着实际轴线m做垂线段，并记录各个垂线段的距离d，选取垂线段的距离的最大值，便可对应得到待测工件的内孔直线度。

下面结合具体实例对本公开实施例提供的测量方法进行说明：

首先，将待测工件装夹在机床上，使用粉笔，将待测工件沿其轴线均分为7段，得到7个测量截面。

接着，对7个测量截面各划取十字线，得到对应的外圆检测点。

然后，将千分表固定在机床刀座上，通过千分表检测各个外圆检测点对应的外圆跳动值。

再然后，使用超声波测量仪，测量各个外圆检测点的实际壁厚，将得到的数值记录如下：

表1各个外圆检测位的实际检测数据

然后将以上数据通过软件EXCEL处理。

然后根据上述数据，利用公式(1-3)计算得到各测量截面对应的外圆偏移值。具体结果可参见下表2。

表2各个外圆检测位的对应的偏移值

编号(外圆检测位)	AB/2(mm)	CD/2(mm)
			1	0.095	0.045
2	0.03	0.05
			3	0.01	0.01
4	0.01	-0.01
			5	0.01	0.005
6	0.015	-0.005
			7	0.015	-0.005

接着，通过在EXCEL中绘制折线图，快速得到AB和CD两个方向的单向偏移值，如图8和图9。

最后，通过上述折线图即可得到AB、CD方向的内孔直线度。

当然，如果不需要计算AB、CD方向的内孔直线度，上述步骤可以省去，直接在得到单向偏移值后直接拟合得到外圆中心偏移值，然后根据外圆中心偏移值确定待测工件的内孔直线度。

以上仅为本公开的可选实施例，并不用以限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种轴状工件内孔直线度的测量方法，其特征在于，所述测量方法包括：

确定待测工件的基准轴线，所述基准轴线为所述待测工件的两个端面的中心之间的连线，所述基准轴线与所述端面垂直；

确定所述待测工件的多个测量截面，各所述测量截面沿所述待测工件的基准轴线依次间隔排布，且垂直于所述待测工件的基准轴线；

在所述测量截面内标定十字线，所述十字线包括相互垂直的第一直线段和第二直线段，所述第一直线段和所述第二直线段的交点与所述基准轴线相交，所述第一直线段和所述第二直线段对应为竖直方向和水平方向；

基于所述测量截面与对应的所述十字线，确定外圆检测点，所述外圆检测点为所述十字线与所述测量截面的外边缘的交点；

检测各所述外圆检测点对应的外圆跳动值，所述外圆跳动值为所述外圆检测点与所述基准轴线之间的距离，和所述端面的半径之间的偏差值；

检测各所述外圆检测点处的实际壁厚；

确定所述第一直线段的中点和所述第二直线段的中点；

分别计算各所述测量截面在所述第一直线段方向和所述第二直线段方向的单向偏移值，所述单向偏移值为在所述测量截面内，所述第一直线段或所述第二直线段的中点与所述待测工件的基准轴线之间的距离；

所述单向偏移值通过以下公式进行计算：

其中，X_中心为各个所述测量截面沿所述第一直线段所在方向的单向偏移值，Y_中心为各个所述测量截面沿所述第二直线段所在方向的单向偏移值；A、B、C、D为各所述测量截面对应的外圆检测点，A和B为所述第一直线段与所述测量截面的外边缘的交点，C和D为所述第二直线段与所述测量截面的外边缘的交点；A_壁厚、B_壁厚、C_壁厚、D_壁厚分别为A、B、C、D四个所述外圆检测点对应的所述实际壁厚，A_跳动、B_跳动、C_跳动、D_跳动分别为A、B、C、D四个所述外圆检测点对应的所述外圆跳动值；

利用勾股定理和各所述测量截面的所述单向偏移值，计算得到所述外圆中心偏移值，所述外圆中心偏移值为所述测量截面的实际圆心到所述基准轴线与所述测量截面的交点之间的距离；

将各个所述测量截面的外圆中心偏移值在坐标系中进行标定，包括：将各个所述测量截面的位置在所述待测工件的轴向位置作为横坐标，各个所述测量截面的外圆中心偏移值作为纵坐标；

将位于首末两端的所述测量截面对应的外圆中心偏移值所在的坐标点进行连线，从而得到所述待测工件的实际轴线；

在所述坐标系中，将各个所述测量截面的外圆中心偏移值所在的坐标点相对于所述实际轴线做垂线段，并记录各个所述垂线段的距离；

选取各所述垂线段的距离中的最大值，以作为所述待测工件的内孔直线度。

2.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述检测各所述外圆检测点对应的外圆跳动值，包括：

提供千分表；

利用所述千分表对所述测量截面上的各外圆检测点进行检测，记录各所述外圆检测点对应的外圆跳动值。

3.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述检测各所述外圆检测点对应的实际壁厚，包括：

提供超声波壁厚检测仪；

利用所述超声波壁厚检测仪对所述外圆检测点进行检测，得到各所述外圆检测点所处位置的实际壁厚。

4.根据权利要求3所述的测量方法，其特征在于，利用所述超声波壁厚检测仪对所述外圆检测点进行检测之前，还包括：

对所述超声波壁厚检测仪进行校正。

5.根据权利要求4所述的测量方法，其特征在于，所述对所述超声波壁厚检测仪进行校正，包括：

提供标准检测样品；

对所述标准检测样品进行检测，使得所述标准检测样品的实际值与所述超声波壁厚检测仪检测值相同。