[发明专利]圆柱工件的轴心线校正方法及其分段截面的直径测量方法

说明书

本发明涉及一种圆柱工件的轴心线校正方法，首先基于工件端面参考点C₀的设计来确定工件在测量坐标系下的空间相对位置，然后利用工件定位截面Z_A、Z_B上两组对称相关的补偿点实现定位截面在X与Y轴偏差的首次修正Δx与Δy，接着通过对定位截面Z_A、Z_B轮廓的再次采样获取并拟合计算出中心点O′_A、O′_B，以中心点O′_A与中心点O′_B确定的直线作为圆柱工件的基准轴线φ，建立与参考点C₀的几何关系并求解，实现基准轴线φ与测量坐标系Z轴相对偏差角θ的校准修正。本发明还提供一种圆柱工件分段截面的直径测量方法：建立定位截面修正值Δx与Δy与被测截面的几何关系，得出线性补偿值Δx_i与Δy_i，计算探针针对采样点的坐标，形成对被测截面轮廓一体化自动采样，最后利用空间投影和拟合算法对采样数据处理求出直径量值。

技术领域

本发明涉及一种对圆柱工件进行轴心线校正的方法，还涉及一种对圆柱工件上各分段圆柱截面的直径进行测量的方法。

背景技术

具有圆柱特征的工件被广泛应用在航空航天、船舶、高铁、汽车、家庭产品等先进工业制造领域，其几何尺寸对于最终的产品装配合成与性能质量至关重要。随着中国制造产品质量的提升，在设计加工圆柱工件时，对其多个几何特征的测量精度要求越来越高，例如用于校准发动机的曲轴标准棒，其不同部位的截面直径必须满足相应主轴颈或连杆轴颈的要求，这使得圆柱工件的几个尺寸检测已不局限于传统的圆度和圆柱度形位误差测量，而必须包括了对圆柱工件各个截面几个特征的高精度测量。当前针对中等/大尺寸圆柱工件分段截面直径的高精度检测，主要采用装配高分辨率转台的接触式三坐标测量机(CMM)，利用圆柱工件的回转和直线运动的探针传感器的逐步扫描采样来实现测量，这使得在测量过程中对这三部分技术有严格的要求：中心轴线的高精度定位、被测截面相对于轴线的姿态偏差以及合理的扫描探针空间路径规划。上述三个关键技术的解决直接影响圆柱工件多个几何特制的测量精度与效率。

理想状态下，被测圆柱工件轴心线平行于测量坐标系(OXYZ)的Z轴，实际工件由于安装偏心、形状要素等原因，使得各个被测截面很难保持轴心一致(轴心线共线)。因此，客观准确的评价各截面直径误差，同时降低圆柱工件的相对位姿(被测截面轴心线相对于测量坐标系Z轴的偏差)，对于测量结果的准确性和精度的提高十分重要。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足，本发明提供一种圆柱工件的轴心线校正方法，解决现有技术中对圆柱工件的轴心线校正精度不高的技术问题，能够拟合出更加接近圆柱工件真实倾斜程度的虚拟轴心线，为圆柱工件几何特征的精确测量打下基础。

为解决上述技术问题，本发明采用了如下技术手段：一种圆柱工件的轴心线校正方法，包括以下步骤：

步骤101：将待测圆柱工件安装在接触式三坐标测量机的转台上：圆柱工件竖直放置，其上下两端分别被上顶尖、下顶尖固定；以位于圆柱工件下端面下方并在下顶尖轴心线上的任一点作为测量坐标系的原点o，以下顶尖轴线作为Z轴；待测圆柱工件的名义长度l以及上端面名义半径r₀为已知量；

步骤102：在三坐标测量机上输入预设的参考点C₀(x_c0,y_c0,z_c0)，探针从参考点C₀逐渐移动到圆柱工件上端面的定位点C′₀处；读取探针的定位坐标值C′₀(x′_c0,y′_c0,z′_c0)；设圆柱工件的起点坐标为Q(x₀,y₀,z₀)，起点Q为圆柱工件轴心线与其下端面Z₀的交点；