[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

说明书

本发明公开了一种大型凸轮轴凸轮相位角及轮廓的非接触测量方法，包括如下步骤：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；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；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；对特征点位移数据进行补偿修正，再求解所对应的相位角。本发明使高精度的加工精度检测过程直接在加工现场上进行，非接触测量避免了对加工工件的损伤和检测仪器的损耗，同时还避免多次装夹所带来的定位误差。

技术领域

本发明涉及加工领域中轴类工件的测量方法，尤其涉及一种大型凸轮轴凸轮相位角及轮廓的非接触测量方法。

背景技术

船用柴油机的凸轮轴是活塞发动机的部件，其作用是控制气门的开启和闭合，凸轮轴的主体是一根与气缸组长度近似相同的圆柱形棒体，上面有若干个轴颈以及轴颈间套有若干个凸轮，用于驱动气门。相位角误差是凸轮轴常见误差，相位角的作用是精准控制燃油机喷油嘴以及进气门与排气门的开合。相位角加工误差大，会严重影响燃油机的正常运转。因此，能否在加工现场快速准确地测量凸轮轴的相位角已成为提高加工质量的重要环节。而传统光学机械量仪、三坐标机测量仪器及样板测量效率极低且多数需要离线进行，无法适应当今高精高效规模化生产模式的需要。

因此，亟待解决上述问题。

发明内容

发明目的：本发明的目的提供一种可避免加工工件损伤和检测仪器损耗，同时还可避免多次装夹所带来的定位误差的大型凸轮轴凸轮相位角及轮廓的非接触测量方法。

本发明公开了一种大型凸轮轴凸轮相位角及轮廓的非接触测量方法，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；

(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。

其中，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。

优选地，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零件上的几何特征：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。