[发明专利]一种大型凸轮轴凸轮相位角及轮廓的非接触测量方法

权利要求书

1.一种大型凸轮轴凸轮相位角及轮廓的非接触测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)、利用已知尺寸的四面棱体建立起凸轮轴上定位销以及各凸轮之间的旋转角度关系；

(2)、利用激光位移传感器对凸轮轴上定位销、凸轮以及四面棱体进行位移变化监测及数据采集；所述步骤(2)的具体步骤包括：使用激光位移传感器同时检测四面棱体与定位销和凸轮上的几何特征：使第一激光位移传感器正对定位销，并调整第一激光位移传感器的示值在合适范围；使第二激光位移传感器正对待测凸轮，并调整第二激光位移传感器的示值在合适范围；使第三激光位移传感器正对四面棱体，并调整第三激光位移传感器的示值在合适范围；低速转动凸轮轴，使激光位移传感器可连续且同时采集四面棱体侧面及凸轮的特征表面在旋转过程中的位移变化量，则当第一激光位移传感器测到定位销最高点M时，同时第三激光位移传感器会测到四面棱体上的M₁位置的位移数据；当第二激光位移传感器测到凸轮最高点N时，同时第三激光位移传感器会测到四面棱体的N₁位置的位移数据；

(3)、对采集数据进行分析，识别并提取特征点的位移数据，基于角度传递、尺寸传递和几何原理，利用四面棱体的几何特征尺寸及其位移变化数据，求解出第三激光位移传感器的零点位置与轴心的相对位置；

(4)、根据几何原理，对特征点位移数据进行补偿修正，再求解所对应的相位角；

(5)、最后反向定位轮廓特征数据，进行极坐标系下的轮廓拟合。

2.根据权利要求1所述的一种大型凸轮轴凸轮相位角及轮廓的非接触测量方法，其特征在于，所述步骤(1)的具体步骤包括：根据凸轮轴轴颈直径，设计相应的四面棱体；凸轮轴的一轴端具有定位销，该定位销为凸轮轴的定位基准，四面棱体同轴固定于凸轮轴的另一轴端或凸轮轴的任一轴段上，四面棱体的侧面为被测量表面；凸轮轴旋转时，定位销、每一凸轮与四面棱体沿着轴线同时进行刚性旋转，通过角度与尺寸传递，建立起凸轮轴上定位销以及各凸轮之间的旋转角度关系。

3.根据权利要求2所述的一种大型凸轮轴凸轮相位角及轮廓的非接触测量方法，其特征在于，所述步骤(3)的具体步骤包括：首先分析四面棱体的位移数据，识别并提取出四面棱体侧面对应的最高点的位移数据x_A,x_B,x_C,x_D与最低点的位移数据x_E,x_F,x_G,x_H；四面棱体的长l_AB和宽l_BC是已知的，根据四面棱体的几何特征关系，可得公式(1)：

解公式(1)可求得第三激光位移传感器的零点位置与旋转中心的垂直方向距离d和第三激光位移传感器零点位置与旋转中心的水平距离r₀的值，第三激光位移传感器零点位置与旋转中心的直线距离r可以通过公式(2)求得：

4.根据权利要求3所述的一种大型凸轮轴凸轮相位角及轮廓的非接触测量方法，其特征在于，所述步骤(4)的具体步骤包括：从四面棱体上的M₁点到第三激光位移传感器测量的旋转中心O的距离ρ_M1通过公式(3)求得：

以四面棱体上E点为0°起点，则获取与M₁点相对应的旋转角度α_M1，可由公式(4)求得：

与N₁点相对应的距离ρ_N1和旋转角度α_N1，可由公式(5)求得：

那么四面棱体上的点M₁与点N₁之间的角度α，则可由公式(6)求得：

α＝|α_N1-α_M1| (6)

而与点M₁与点N₁对应时刻的定位销上的M点与凸轮上的N点之间的角度θ与角度α为：θ＝α，则凸轮轴的相位角即为角度θ。

5.根据权利要求4所述的一种大型凸轮轴凸轮相位角及轮廓的非接触测量方法，其特征在于，所述步骤(5)的具体步骤包括：最后通过凸轮轴轮廓设计升程要求，使用凸轮设计的理论升程角度α_s和回程角度α_e，代入公式(4)可以求得对应时刻四面棱体上点的理论位移值x'_Ns和x'_Ne，即公式(7)：

依据理论位移值采用分割逼近法对实际测量的位移数据进行反向定位，提取出凸轮上实际测量的位移值x_s和x_e；

最后根据曲率或升程要求选择适当的角度间隔，定位与提取出凸轮上所需要的位移点，并计算出对应的角度，再在极坐标系下进行轮廓拟合。