CN116164687B - 一种工件尺寸的测量方法和装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了工件尺寸的测量方法和装置，用于测量工件上孔轴线与工件上下表面交点的距离，所述方法包括：在工件下表面孔周围部署多个位移传感器，检测垂直于工件下表面向上的位移量；在工件上表面孔周围部署多个位移传感器，检测垂直于工件上表面向下的位移量；在孔内部部署多个相对的位移传感器，分别检测工件移动方向上和移动方向相反的位移量；根据得到的结果计算工件上孔轴线与工件上下两个表面交点的距离。本申请的优点在于，实现了对工件上孔轴线与工件上下表面交点的距离的精确测量。

Description

一种工件尺寸的测量方法和装置

技术领域

本申请涉及机械测量技术领域，更具体地说，涉及一种工件尺寸的测量方法和装置。

背景技术

在汽车、飞机等复杂设备的装配过程中，工件多达上万个甚至几十万个，工件尺寸的精确度对设备的装配有很大影响。很多工件具有贯穿的圆柱形孔，且工件中孔的上下表面并不是平行关系，此时对孔轴线与上下表面交点距离的测量就回比较困难。特别是在测量过程中，因为装配工艺的限制，工件有可能还会在移动过程中，这更对精确的测量带来了极大的困难。

如图1所示，现有技术通常是采用两个标定好的位移传感器固定在待测工件上进行测量。一个位移传感器位于待测工件底部孔轴线与下表面的交点处，测量工件向上方向的位移T₁；一个位移传感器位于待测工件顶部孔轴线与上表面的交点处，测量工件垂直于上表面向下的位移T₂。

根据测量结果，孔轴线与工件下表面交点位移M₁为：M₁ = -T₁，

孔轴线与工件下表面交点位移M₂为：M₂ = -T₂/cosα，

其中，α为工件上下表面的夹角。最后得到孔轴线与工件上下表面交点的距离D为：D = M₁+M₂ = -T₁-T₂/cosα，

但是在实际工作中，如图2所示，孔轴线与工件上下表面的交点处并不方便于位移传感器的安装，且定位工件需要有一定的配合间隙，而间隙直接影响相关的测量稳定性。

因此，如何提高工件孔高度的测量准确性成为本领域需要解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本申请提出了一种用于工件尺寸的测量方法和装置，以实现工件孔轴线和工件上下表面交点距离的准确性并提高生产效率。

根据本申请，提出了一种工件尺寸的测量方法，用于测量工件上孔轴线与工件上下表面交点的距离，所述方法包括：

步骤1：在工件下表面孔周围部署多个位移传感器，检测垂直于工件下表面向上的位移量；

在工件上表面孔周围部署多个位移传感器，检测垂直于工件上表面向下的位移量；

在孔内部部署多个相对的位移传感器，分别检测工件移动方向上和移动方向相反的位移量；

步骤2：根据检测得到的位移量计算工件上孔轴线与工件上下两个表面交点的距离。

作为上述方法的一种改进，所述在工件下表面孔周围部署多个位移传感器，检测垂直于工件下表面向上的位移量具体包括：

在工件下表面孔周围部署3个成三角形的位移传感器T1、T2、T3，检测垂直于工件下表面向上的位移量；

位移传感器T1、T2、T3的部署位置为：在工件下表面所处平面上，设定以孔轴线与工件下表面交点为原心的直角坐标系O，该坐标系包含互相垂直的x轴和y轴；位移传感器T3位于x轴的正半轴上，位移传感器T2位于坐标系第二象限，位移传感器T1位于坐标系第三象限。

作为上述方法的一种改进，所述在工件上表面孔周围部署多个位移传感器，检测垂直于工件上表面向下的位移量具体包括：

在工件上表面孔周围部署3个成三角形的位移传感器T4、T5、T6，检测垂直于工件上表面向下的位移量；

位移传感器T4、T5、T6的部署位置为：在工件上表面所处平面上，设定直角坐标系为直角坐标系O映射到工件上表面所处平面的直角坐标系，坐标系/>的原点为孔轴线与工件上表面的交点，/>轴对应坐标系O的x轴，/>轴对应坐标系O的y轴；位移传感器T6位于/>轴的正半轴上，位移传感器T4位于坐标系/>第二象限，位移传感器T5位于坐标系/>第三象限。

作为上述方法的一种改进，所述在孔内部部署多个相对的位移传感器，分别检测工件移动方向上和移动方向相反的位移量；具体包括：

在孔内部部署两个相对的位移传感器T7和T8，分别检测工件移动方向上和移动方向相反方向的位移量。

作为上述方法的一种改进，所述步骤2具体包括：

工件孔轴线与上下两个表面交点的距离D：

，

其中，a1表示位移传感器T1到点x1的连线长度，点x1为位移传感器T1与位移传感器T2的连线与x轴的交点；b1表示位移传感器T2到点x1的连线长度；c1表示位移传感器T1到y1的连线投影到x轴的长度，y1为位移传感器T1与位移传感器T3的连线与y轴的交点；d1表示位移传感器T3到y1的连线投影到x轴的长度；S1表示位移传感器T1的测量值；S2表示位移传感器T2的测量值；S3表示位移传感器T3的测量值；a2表示位移传感器T4到点的连线长度，点/>为位移传感器T4与位移传感器T5的连线与/>轴的交点；b2表示位移传感器T5到点的连线长度；c2表示位移传感器T4到/>的连线投影到/>轴的长度，/>为位移传感器T4与位移传感器T6的连线与/>轴的交点；d2表示位移传感器T6到/>的连线投影到/>轴的长度；S4表示位移传感器T4的测量值；S5表示位移传感器T5的测量值；S6表示位移传感器T6的测量值；/>表示工件上下表面的夹角；S7表示位移传感器T7的测量值；S8表示位移传感器T8的测量值。

本申请还提供一种工件尺寸的测量装置，基于上述的方法实现，所述装置用于测量工件上孔轴线与工件上下表面交点的距离；所述装置包括：

多个位移传感器，用于测量工件上下表面和孔的位移量；和

距离计算模块，用于根据位移传感器的测量值计算孔轴线与上下两个表面交点的距离。

作为上述装置的一种改进，所述位移传感器具体包括：

位移传感器T1、T2、T3用于检测垂直于工件下表面向上的位移量；其部署位置为：在工件下表面所处平面上，设定以孔轴线与工件下表面交点为原心的直角坐标系O；位移传感器T3位于x轴的正半轴上，位移传感器T2位于坐标系第二象限，位移传感器T1位于坐标系第三象限；

位移传感器T4、T5、T6用于检测垂直于工件上表面向下的位移量；其部署位置为：在工件上表面所处平面上，设定直角坐标系为工件下表面上直角坐标系O映射到工件上表面所处平面的直角坐标系，坐标系/>的原点为孔轴线与工件上表面的交点，/>轴对应坐标系O的x轴，/>轴对应坐标系O的y轴；位移传感器T6位于/>轴的正半轴上，位移传感器T4位于坐标系第二象限，位移传感器T5位于坐标系第三象限；

位移传感器T7和T8用于检测工件移动方向上和移动方向相反方向的位移量，部署在孔内部。

作为上述装置的一种改进，所述距离计算模块的计算方法具体为：

孔轴线与上下两个表面交点的距离D：

，

其中，a1表示位移传感器T1到点x1的连线长度，点x1为位移传感器T1与位移传感器T2的连线与x轴的交点；b1表示位移传感器T2到点x1的连线长度；c1表示位移传感器T1到y1的连线投影到x轴的长度，y1为位移传感器T1与位移传感器T3的连线与y轴的交点；d1表示位移传感器T3到y1的连线投影到x轴的长度；S1表示位移传感器T1的测量值；S2表示位移传感器T2的测量值；S3表示位移传感器T3的测量值；a2表示位移传感器T4到点的连线长度，点/>为位移传感器T4与位移传感器T5的连线与/>轴的交点；b2表示位移传感器T5到点的连线长度；c2表示位移传感器T4到/>的连线投影到/>轴的长度，/>为位移传感器T4与位移传感器T6的连线与/>轴的交点；d2表示位移传感器T6到/>的连线投影到/>轴的长度；S4表示位移传感器T4的测量值；S5表示位移传感器T5的测量值；S6表示位移传感器T6的测量值；/>表示工件上下表面的夹角；S7表示位移传感器T7的测量值；S8表示位移传感器T8的测量值。

根据本申请的技术方案，本申请的优点在于，克服了工件孔无法安装位移传感器和位移传感器安装间隙对测量工件尺寸的影响，实现了对工件上孔轴线与工件上下表面交点的距离的精确测量。

本申请的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施方式及其说明用于解释本申请。在附图中：

图1为现有技术测量工件尺寸的示意图；

图2为现有技术受限于移动传感器安装间隙对测量工件尺寸的影响示意图；

图3为本申请工件尺寸的精确测量方法流程图；

图4为本申请位移传感器T1-T3部署示意图；

图5为本申请位移传感器T4-T6部署示意图；

图6为本申请位移传感器T7和T8部署示意图。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本申请的技术方案。

如图1和图2所示，本申请要解决的问题是对一种工件尺寸的精确测量，该工件具有上下两个非平行的平整表面，工件上有孔贯穿上下两个表面，需要测量的是该孔轴线与上下两个表面交点的距离。在测量的同时，工件可能会沿着下表面所在平面水平移动。

如图3所示，本申请提供的测量方法包括：

步骤1：如图4所示，在工件下表面孔周围部署3个成三角形的位移传感器T1、T2、T3，检测垂直于工件下表面向上的位移量，通过最小二次法拟合到孔轴线与工件下表面的交点，得到孔轴线与工件下表面交点的位移量M1。

本申请使用相对测量原理，位移传感器通过设计制作的带来准确值的校准件，对测量机构进行校准，校准时得到了位移传感器在测量方向上的位置信息即基准信息，位移传感器测量得到的值与基准信息相加，则得到位移传感器的最终测量结果。以位移传感器T1为例，如校准时得到T1的基准信息为10，测量后位移传感器T1返回测量值为2，则得到位移传感器T1在测量方向上的测量值为12。

位移传感器T1、T2、T3的部署位置为：在工件下表面所处平面上，设定以孔轴线与工件下表面交点为原心的直角坐标系O，该坐标系O的x轴可以为任意方向，只要固定不变即可，y轴与x轴垂直。位移传感器T3位于x轴的正半轴上，位移传感器T2位于坐标系第二象限，位移传感器T1位于坐标系第三象限。

孔轴线与工件下表面交点的位移量M1为：

，

其中，a1表示位移传感器T1到点x1的连线长度，点x1为位移传感器T1与位移传感器T2的连线与x轴的交点；b1表示位移传感器T2到点x1的连线长度；c1表示位移传感器T1到y1的连线投影到x轴的长度，y1为位移传感器T1与位移传感器T3的连线与y轴的交点；d1表示位移传感器T3到y1的连线投影到x轴的长度；S1表示位移传感器T1的测量值；S2表示位移传感器T2的测量值；S3表示位移传感器T3的测量值。

步骤2：如图5所示，在工件上表面孔周围部署3个成三角形的位移传感器T4、T5、T6，检测垂直于工件上表面向下的位移量，通过最小二次法拟合到孔轴线与工件上表面的交点，得到孔轴线与工件上表面交点的位移量M2。

位移传感器T4、T5、T6的部署位置为：在工件上表面所处平面上，设定直角坐标系为步骤1的直角坐标系O映射到工件上表面所处平面的直角坐标系，坐标系/>的原点为孔轴线与工件上表面的交点，/>轴对应坐标系O的x轴，/>轴对应坐标系O的y轴。位移传感器T6位于/>轴的正半轴上，位移传感器T4位于坐标系第二象限，位移传感器T5位于坐标系第三象限。

孔轴线与工件下表面交点的位移量M2为：

，

其中，a2表示位移传感器T4到点的连线长度，点/>为位移传感器T4与位移传感器T5的连线与/>轴的交点；b2表示位移传感器T5到点/>的连线长度；c2表示位移传感器T4到/>的连线投影到/>轴的长度，/>为位移传感器T4与位移传感器T6的连线与/>轴的交点；d2表示位移传感器T6到/>的连线投影到/>轴的长度；S4表示位移传感器T4的测量值；S5表示位移传感器T5的测量值；S6表示位移传感器T6的测量值；/>表示工件上下表面的夹角。

步骤3：如图6所示，在孔内部部署两个相对的位移传感器T7和T8，分别检测工件移动方向上和移动方向相反方向的位移量，计算因工件水平移动造成垂直方向的变量M3。

，

，

其中，S7表示位移传感器T7的测量值；S8表示位移传感器T8的测量值。

步骤4：根据上述步骤的计算结果计算孔轴线与上下两个表面交点的距离D：

，

本申请还提供一种工件尺寸的测量方法和装置，包括8个位移传感器T1-T8和距离计算模块。

其中，位移传感器T1、T2、T3的部署位置为：在工件下表面所处平面上，设定以孔轴线与工件下表面交点为原心的直角坐标系O，该坐标系的x轴可以为任意方向，只要固定不变即可，y轴与x轴垂直。位移传感器T3位于x轴的正半轴上，位移传感器T2位于坐标系第二象限，位移传感器T1位于坐标系第三象限。位移传感器T1-T3检测垂直于工件下表面向上的位移量。

位移传感器T4、T5、T6的部署位置为：在工件上表面所处平面上，设定直角坐标系为步骤1的直角坐标系O映射到工件上表面所处平面的直角坐标系，坐标系/>的原点为孔轴线与工件上表面的交点，/>轴对应坐标系O的x轴，/>轴对应坐标系O的y轴。位移传感器T6位于/>轴的正半轴上，位移传感器T4位于坐标系第二象限，位移传感器T5位于坐标系第三象限。位移传感器T4-T6检测垂直于工件上表面向下的位移量。

位移传感器T7和T8部署在孔内部，分别检测工件移动方向上和移动方向相反方向的位移量。

距离计算模块，用于根据位移传感器的测量值计算孔轴线与上下两个表面交点的距离D：

，

本申请提供的一种工件尺寸的测量方法和装置，克服了工件孔无法安装位移传感器和位移传感器安装间隙对测量工件尺寸的影响，实现了对工件上孔轴线与工件上下表面交点的距离的精确测量。

以上详细描述了本申请的优选实施方式，但是，本申请并不限于上述实施方式中的具体细节，在本申请的技术构思范围内，可以对本申请的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本申请的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本申请对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本申请的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本申请的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (2)

1.一种工件尺寸的测量方法，用于测量工件上孔轴线与工件上下表面交点的距离，所述方法包括：

步骤1：在工件下表面孔周围部署多个位移传感器，检测垂直于工件下表面向上的位移量；

在工件上表面孔周围部署多个位移传感器，检测垂直于工件上表面向下的位移量；

在孔内部部署多个相对的位移传感器，分别检测工件移动方向上和移动方向相反的位移量；

步骤2：根据检测得到的位移量计算工件上孔轴线与工件上下两个表面交点的距离；

所述在工件下表面孔周围部署多个位移传感器，检测垂直于工件下表面向上的位移量；具体包括：

在工件下表面孔周围部署3个成三角形的位移传感器T1、T2、T3，检测垂直于工件下表面向上的位移量；

位移传感器T1、T2、T3的部署位置为：在工件下表面所处平面上，设定以孔轴线与工件下表面交点为原心的直角坐标系O，该坐标系包含互相垂直的x轴和y轴；位移传感器T3位于x轴的正半轴上，位移传感器T2位于坐标系第二象限，位移传感器T1位于坐标系第三象限；

所述在工件上表面孔周围部署多个位移传感器，检测垂直于工件上表面向下的位移量；具体包括：

在工件上表面孔周围部署3个成三角形的位移传感器T4、T5、T6，检测垂直于工件上表面向下的位移量；

位移传感器T4、T5、T6的部署位置为：在工件上表面所处平面上，设定直角坐标系为直角坐标系O映射到工件上表面所处平面的直角坐标系，坐标系/>的原点为孔轴线与工件上表面的交点，/>轴对应坐标系O的x轴，/>轴对应坐标系O的y轴；位移传感器T6位于/>轴的正半轴上，位移传感器T4位于坐标系/>第二象限，位移传感器T5位于坐标系/>第三象限；

所述在孔内部部署多个相对的位移传感器，分别检测工件移动方向上和移动方向相反的位移量；具体包括：

在孔内部部署两个相对的位移传感器T7和T8，分别检测工件移动方向上和移动方向相反方向的位移量；

所述步骤2具体包括：

工件孔轴线与上下两个表面交点的距离D：

，

其中，a1表示位移传感器T1到点x1的连线长度，点x1为位移传感器T1与位移传感器T2的连线与x轴的交点；b1表示位移传感器T2到点x1的连线长度；c1表示位移传感器T1到y1的连线投影到x轴的长度，y1为位移传感器T1与位移传感器T3的连线与y轴的交点；d1表示位移传感器T3到y1的连线投影到x轴的长度；S1表示位移传感器T1的测量值；S2表示位移传感器T2的测量值；S3表示位移传感器T3的测量值；a2表示位移传感器T4到点的连线长度，点/>为位移传感器T4与位移传感器T5的连线与/>轴的交点；b2表示位移传感器T5到点的连线长度；c2表示位移传感器T4到/>的连线投影到/>轴的长度，/>为位移传感器T4与位移传感器T6的连线与/>轴的交点；d2表示位移传感器T6到/>的连线投影到/>轴的长度；S4表示位移传感器T4的测量值；S5表示位移传感器T5的测量值；S6表示位移传感器T6的测量值；/>表示工件上下表面的夹角；S7表示位移传感器T7的测量值；S8表示位移传感器T8的测量值。

2.一种工件尺寸的测量装置，基于权利要求1所述的方法实现，其特征在于，所述装置用于测量工件上孔轴线与工件上下表面交点的距离；所述装置包括：

多个位移传感器，用于测量工件上下表面和孔的位移量；和

距离计算模块，用于根据位移传感器的测量值计算孔轴线与上下两个表面交点的距离；

所述多个位移传感器具体包括：

位移传感器T1、T2、T3用于检测垂直于工件下表面向上的位移量；其部署位置为：在工件下表面所处平面上，设定以孔轴线与工件下表面交点为原心的直角坐标系O；位移传感器T3位于x轴的正半轴上，位移传感器T2位于坐标系第二象限，位移传感器T1位于坐标系第三象限；

位移传感器T4、T5、T6用于检测垂直于工件上表面向下的位移量；其部署位置为：在工件上表面所处平面上，设定直角坐标系为工件下表面上直角坐标系O映射到工件上表面所处平面的直角坐标系，坐标系/>的原点为孔轴线与工件上表面的交点，/>轴对应坐标系O的x轴，/>轴对应坐标系O的y轴；位移传感器T6位于/>轴的正半轴上，位移传感器T4位于坐标系第二象限，位移传感器T5位于坐标系第三象限；

位移传感器T7和T8用于检测工件移动方向上和移动方向相反方向的位移量，部署在孔内部；

所述距离计算模块的计算方法具体为：

孔轴线与上下两个表面交点的距离D：

，

其中，a1表示位移传感器T1到点x1的连线长度，点x1为位移传感器T1与位移传感器T2的连线与x轴的交点；b1表示位移传感器T2到点x1的连线长度；c1表示位移传感器T1到y1的连线投影到x轴的长度，y1为位移传感器T1与位移传感器T3的连线与y轴的交点；d1表示位移传感器T3到y1的连线投影到x轴的长度；S1表示位移传感器T1的测量值；S2表示位移传感器T2的测量值；S3表示位移传感器T3的测量值；a2表示位移传感器T4到点的连线长度，点/>为位移传感器T4与位移传感器T5的连线与/>轴的交点；b2表示位移传感器T5到点的连线长度；c2表示位移传感器T4到/>的连线投影到/>轴的长度，/>为位移传感器T4与位移传感器T6的连线与/>轴的交点；d2表示位移传感器T6到/>的连线投影到/>轴的长度；S4表示位移传感器T4的测量值；S5表示位移传感器T5的测量值；S6表示位移传感器T6的测量值；/>表示工件上下表面的夹角；S7表示位移传感器T7的测量值；S8表示位移传感器T8的测量值。