CN115540778B - 一种大型轴、孔类零件弯曲度测量方法 - Google Patents

一种大型轴、孔类零件弯曲度测量方法

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Abstract

本发明公开了一种大型轴、孔类零件偏移量测量方法，该方法通过激光头、激光固定座、定位孔板、成像屏幕、摄像头及图像分析计算机等装置，利用激光光路的直线性，将因轴、孔弯曲所产生的中心偏移位移反应为成像膜激光距参考点的位移偏移，利用摄像头对光斑进行检测并通过计算机分析实际中心点，从而计算得到实际的弯曲度大小。该方法实现成本低且准确性高，可根据轴孔类零件实际环境进行安装拆卸，解决了现有人工检测的高成本、精确性差的问题。

Description

一种大型轴、孔类零件弯曲度测量方法
技术领域
本发明涉及机械结构弯曲度测量技术领域，尤其涉及一种大型轴、孔类零件弯曲度测量方法。
背景技术
当今船舶、重工设备对大型轴类、孔类零件的精度要求越来越高，而在实际生产和现场加工中，对于正在加工的大型主轴、内孔弯曲度误差很难测算，也没有一种可靠的方法可以精确的计算出弯曲度误差。通常大型主轴或孔类零件长度达到数米以上，有的大型主轴甚至超过数十米，有的孔类零件不连续，但孔的中心需要尽可能在一条直线上。当加工装置在作业时，由于轴类孔类零件过长，在加工过程中会有加工误差从而导致弯曲度误差而这弯曲度误差是不可忽略的，往往会对精度造成很大影响。由于体积庞大，并且实际弯曲度量级很小，通常为毫米级，测量并补偿有加工误差所产生的弯曲度误差十分困难。传统的方法为专业的测量工匠利用光学手法通过肉眼观测以及手工测量来进行弯曲度的测量，但是这种测量方法的人力成本高，并且测量精度无法得到有效保障，大大影响了加工精度与成本。
在现有技术中的弯曲度测量装置及方法只是针对实心的大型装置进行弯曲度的测量，并不适用于对孔类零件以及一些非连续性的零件进行弯曲度的测量。因此，本专利针对轴孔类零件以及一些非连续性零件进行了弯曲度测量方法的设计。该方法采用的装置简便并且精确，同时可以重复利用的轴类孔类零件弯曲度的测量方法，以代替现有的人工测量方式以及市面上所拥有的一些弯曲度测量方法。
发明内容
本发明目的在于针对现有技术的缺陷，提供一种高精度的大型轴类孔类零件弯曲度的测量方法及装置，该方法解决了现有测量方式中测量精度不高，操作繁琐，人力需求大，以及无法快速测量、自动化测量的缺点，极大的改善了大型工件加工过程中弯曲度补偿的精度。
为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：
一种大型轴、孔类零件偏移量测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤10：在待测零件的前端设置第一定位孔板，中间位置设置第二定位孔版，末端设置成像屏幕，所述第一定位孔板、第二定位孔板、成像屏幕与待测零件的轴线处于同一平面，第一定位孔板上的第一定位孔、第二定位孔板上的第二定位孔和成像屏幕上的中心点到待测零件表面的距离相等；
步骤20：沿着待测零件的轴向发射激光，调整激光光路，使其刚好依次穿过第一定位孔和第二定位孔后落在成像屏幕上；
步骤30：采集成像屏幕上激光光斑的位置，测量激光光斑到中心点的距离，得到待测零件末端在该方向上的偏移量；
步骤40：分别在待测零件的上下左右四个正交方向位置上重复上述步骤进行测量，得到待测零件在四个不同方向上的偏移量。
进一步的，当待测零件为轴类零件时，还包括：
步骤50：通过三角形相似定理，得到第二定位孔板处待测零件的偏移量；
步骤60：根据公式Ymax＝8pl3÷(384EI)＝pl3÷(48EI)计算待测零件的弯曲度，式中Ymax为主轴零件的弯曲度，p为各个集中载荷标准值之和，E为待测零件的弹性模量，I为待测零件的界面惯距，l为第二定位孔板处待测零件的偏移量。
进一步的，所述第一定位孔板和第二定位孔板采用定位面磁性吸附的方式固定在待测零件上。
进一步的，所述步骤30中，通过摄像头和图像处理计算机采集并计算成像屏幕上激光光斑到中心点的距离。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、该方法测量简便灵活，结构简单易拆卸，具有体积小、便于携带储存，可以适应在工业现场的不同测量情况。2、该方法通过光斑图像采集以及上位机分析可直接得到测量结果，测量过程方便，可快速测量。3、该方法采用多方向测量的方式，可以准确的得到实际弯曲度的方向以及任意方向的弯曲度分量值。
附图说明
图1为本发明实施例一对大型轴类弯曲度进行测量的示意图；
图2为本发明实施例二对孔类零件偏移度进行测量的示意图；
图3为本发明实施例二中四组激光正交得到基准同轴线的示意图；
图4为本发明第一定位孔板结构示意图；
图5为本发明成像屏幕结构示意图；
其中：1-第一定位孔板，2-第二定位孔板，3-成像屏幕，4-激光头，5-激光光斑，6-摄像头，7-计算机，8-主轴零件，9-准直激光光路，10-第一加工孔，11-第二加工孔，12-第三加工孔，13-孔类零件轴线，101-第一定位孔，201-第二定位孔，301-中心点，801-主轴零件轴线。
具体实施方式
为了加深本发明的理解，下面我们将结合附图对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
实施例一：
本实施例为大型主轴零件弯曲度的测量方法，包括如下步骤：
步骤10：如图4所示，第一定位孔板1上设置有第一定位孔101，第二定位孔板2的结构与第一定位孔板1一样，其上设置有第二定位孔201。将第一定位孔板1、第二定位孔板2、成像屏幕3分别安装到主轴零件8始端、中间位置和末端，如图1所示，通过高精度定位面定位，以磁吸附的方式固定于主轴零件8的外圆表面，定位面必须保证第一定位孔101、第二定位孔201和成像屏幕3上的中心点301距主轴零件8外圆面的距离是恒定且精确，第一定位孔板1、第二定位孔板2的连线尽可能平行于主轴零件轴线801。
步骤20：调整激光头4位置，使其发射的激光能够同时穿过第一定位孔101和第二定位孔201后落在成像屏幕3上。此时，准直激光光路9应近似平行于主轴零件轴线801。
步骤30：图像采集工业摄像头6从侧方正对成像屏幕3，通过固定架固定于地面，该摄像头6可采集激光光斑5在成像幕布3上的位置。如图5所示，成像屏幕3的中心具有标识，此中心点301位置和定位孔板上的定位孔位置相同。通过摄像头6和图像处理计算机7采集并计算成像屏幕3上激光光斑5到中心点301的距离，即可确定该主轴零件8在末端相对拟定的主轴零件轴线801的偏移。
步骤40：重复以上步骤，在主轴零件8的上、下、左、右四个正交方向重复测量，可以得到四组与主轴零件轴线801近似平行的激光射线，而这四组射线组成的正交面交线即为主轴零件轴线801。同时，利用上述步骤中的投影方法，还可以得到待测主轴零件8在四个不同方向上距离主轴零件轴线801的偏移距离。
步骤50：通过三角形相似定理，得到第二定位孔板2处主轴零件8的偏移量；
步骤60：根据公式Ymax＝8pl3÷(384EI)＝pl3÷(48EI)计算主轴零件8的弯曲度，式中Ymax为主轴零件8的弯曲度，p为各个集中载荷标准值之和，E为主轴零件8的弹性模量，I为主轴零件8的界面惯距，l为第二定位孔板2处主轴零件8的偏移量。
由上述技术方案可知，本测量装置通过定位孔板的位置沉降或抬升的距离来反映主轴零件8的弯曲度，因为主轴零件8弯曲度发生了变化导致高精度准直激光光路9成像在成像屏幕3上的激光光斑5发生了偏移，与中心点301产生了距离。由摄像头6采集激光光斑5，计算机7图像分析得到光斑偏移距离，由四组装置测得的激光偏移量可计算出主轴零件8在水平、垂直方向的弯曲度分量，最终测得弯曲度。
实施例二：
本实施例为孔类零件偏移量的测量方法，包括如下步骤：
步骤10：采用和实施例一相同的第一定位孔板1、第二定位孔板2、成像屏幕3。如图2所示，将第一定位孔板1、第二定位孔板2、成像屏幕3分别安装到第一加工孔10、第二加工孔11、第三加工孔12内的左端面处，通过高精度定位面定位，以磁吸附的方式固定于内孔表面上，定位面必须保证第一定位孔101、第二定位孔201和成像屏幕3上的中心点301距各加工孔轴线的距离是恒定且精确。
步骤20：调整激光头4位置，使其发射的激光能够同时穿过第一定位孔101和第二定位孔201后落在成像屏幕3上。此时，准直激光光路9应近似平行于孔类零件轴线13。
步骤30：图像采集摄像头6从侧方正对成像屏幕3，通过固定架固定于地面，该摄像头3可采集激光光斑5在成像幕布3上的位置。如图5所示，成像屏幕3的中心具有标识，此中心点301位置和定位孔板上的定位孔位置相同。通过摄像头6和图像处理计算机7采集并计算成像屏幕3上激光光斑5到中心点301的距离，即可确定第三加工孔12相对以第一加工孔和第二加工孔拟定的孔类零件轴线13的偏移。
步骤40：重复以上步骤，在加工孔的上、下、左、右四个正交方向重复测量，可以得到四组与孔类零件轴线13平行的激光射线，而这四组射线组成的正交面交线即为孔类零件轴线13。同时，利用上述步骤中的投影方法，还可以得到第三加工孔12在四个不同方向上距离孔类零件轴线13的偏移距离。
由于第一加工孔10和第二加工孔11的距离足够远，定位孔板安装的误差于激光调节的误差将不会被放大。故可以以此激光光路作为孔类零件轴线13的参照之一。
上述具体实施方式，仅为说明本发明的技术构思和结构特征，目的在于让熟悉此项技术的相关人士能够据以实施，但以上内容并不限制本发明的保护范围，凡是依据本发明的精神实质所作的任何等效变化或修饰，均应落入本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种大型轴、孔类零件偏移量测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤10：在待测零件的前端设置第一定位孔板(1)，中间位置设置第二定位孔板(2)，末端设置成像屏幕(3)，所述第一定位孔板(1)、第二定位孔板(2)、成像屏幕(3)与待测零件的轴线(4)处于同一平面，第一定位孔板(1)上的第一定位孔(101)、第二定位孔板(2)的第二定位孔(201)和成像屏幕(3)上的中心点(301)到待测零件表面的距离相等；
步骤20：沿着待测零件的轴向发射激光，调整激光光路，使其刚好依次穿过第一定位孔(101)和第二定位孔(201)后落在成像屏幕(3)上；
步骤30：采集成像屏幕(3)上激光光斑(5)的位置，测量激光光斑(5)到中心点(301)的距离，得到待测零件末端相对待测零件轴线的偏移量；
步骤40：分别在待测零件的上下左右四个正交方向位置上重复上述步骤进行测量，得到待测零件在四个不同方向上的偏移量。
2.根据权利要求1所述一种大型轴、孔类零件偏移量测量方法，其特征在于：当待测零件为轴类零件时，还包括：
步骤50：通过三角形相似定理，得到第二定位孔板(2)处待测零件的偏移量；
步骤60：根据公式Ymax＝8pl3÷(384EI)＝pl3÷(48EI)计算待测零件的弯曲度，式中Ymax为主轴零件的弯曲度，p为各个集中载荷标准值之和，E为待测零件的弹性模量，I为待测零件的界面惯距，l为第二定位孔板处待测零件的偏移量。
3.根据权利要求1所述一种大型轴、孔类零件偏移量测量方法，其特征在于：所述第一定位孔板(1)和第二定位孔板(2)采用定位面磁性吸附的方式固定在待测零件上。
4.根据权利要求1所述一种大型轴、孔类零件偏移量测量方法，其特征在于：所述步骤30中，通过摄像头(6)和图像处理计算机(7)采集并计算成像屏幕(3)上激光光斑(5)到中心点(301)的距离。
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