[发明专利]基于双传感器误差分离的细长内孔直径与圆柱度测量方法

摘要

本发明公开了一种基于双传感器误差分离的细长内孔直径与圆柱度测量方法。以标准环规作为校准件套装于双传感器测头，采用消一次谐波逼近法校准双传感器测头，将被测工件内孔套装于双传感器测头，沿内孔轴向和周向进行逐截面整周扫描测量，通过分别对两个传感器在每个截面的距离测量数据求取平均值并作差，实现对各截面处直线进给误差的计算与分离，再结合各截面的偏心误差分离，将最终处理后的测量数据转换到直角坐标系下，并在各截面的数据点中叠加入对应截面的偏心误差，从而还原出被测内孔的轮廓，采用最小二乘法求取内孔轮廓的直径，并利用圆柱度评价方法进行圆柱度计算。本发明能够实现单向电子测头的校准，并且有效地分离导轨直线进给误差和工件内孔各截面的偏心误差，大幅度提高细长内孔直径与圆柱度的检测精度。

主权项

1.一种基于双传感器误差分离的细长内孔直径与圆柱度测量方法，所述方法采用双传感器测头，双传感器测头安装在沿导轨运动的竖直升降机构上，其特征在于方法包括以下步骤：(1)以标准环规作为校准件套装于双传感器测头，采用消一次谐波逼近法校准双传感器测头；(2)将被测工件内孔套装于双传感器测头，沿内孔轴向和周向进行逐截面整周扫描测量：选定被测工件内孔沿轴向的m个不同截面，每个截面测量时旋转工件一周，通过测头两侧对称的双传感器进行整周扫描测量，采集n对距离测量值作为测量数据，双传感器各自的距离测量值分别为S1i(θj)、S2i(θj),i＝1,2,...,m,j＝1,2,...,n，i表示截面的序数，j表示每个截面下距离测量值的序数，θj表示每个截面下第j个距离测量值对应的角度，S1i(θj)表示第一个传感器第i个截面下第j个距离测量值，S2i(θj)表示第二个传感器第i个截面下第j个距离测量值；(3)将步骤(2)获得的距离测量数据进行处理，分离出导轨直线进给误差；(4)分离工件内孔各截面的偏心误差：选取经步骤(3)分离后的单个传感器的距离测量数据，通过消一次谐波法计算各截面的偏心误差，再分离出工件内孔各截面偏心误差；所述步骤(4)具体是：利用消一次谐波法分离各截面的偏心误差，选取一个传感器的数据进行被测内孔偏心误差的分离，以S′1i(θj)为例：(4.1)通过下式计算求取各截面的偏心量Xi和Yi：其中，Xi表示沿截面x方向的偏心量，Yi表示沿截面y方向的偏心量，x方向和y方向分别为在截面所在平面的两个相垂直的方向；S′1i(θj)表示其中一个传感器分离出导轨直线进给误差后的距离测量值，θj表示每个截面下第j个距离测量值对应的角度；(4.2)再通过下式将偏心误差从距离测量值中分离：S″1i(θj)＝S″1i(θj)‑Xicosθj+YisinθjS″2i(θj)＝S″2i(θj)‑Xicos(θj+π)+Yisin(θj+π)其中，S″1i(θj)、S″2i(θj)分别表示两个传感器分离出偏心误差后的距离测量值；(5)还原被测内孔轮廓：将分离了导轨直线进给误差和工件内孔各截面偏心误差后的测量数据转换到直角坐标系下，并将步骤(4)分离出的各截面偏心误差叠加入各对应截面的测量数据中，从而还原出被测内孔的轮廓；(6)求取内孔直径与圆柱度误差：采用最小二乘法求取内孔轮廓的直径，并利用圆柱度评价方法进行圆柱度计算；所述步骤(1)具体为：(1.1)首先将测头放置在回转台上，将测头中心和回转台中心重合，再选取圆度误差小于所要求检测精度的标准环规安装在回转台上，将测头伸入标准环规中；(1.2)测头保持固定不动，标准环规随着回转台旋转一周，通过双传感器采集距离测量数据；(1.3)用消一次谐波法对距离测量数据进行计算求出标准环规的圆心相对于回转台中心的偏心误差，然后根据偏心误差调整标准环规在回转台上的位置，使得标准环规的圆心和回转台中心更接近重合；(1.4)重复步骤(1.2)再次进行测量，通过双传感器采集距离测量数据，判断各传感器在扫描一周中测量的读数变动量是否小于距离变动阈值，若是则完成校准，并以标准环规的标准直径之半作为各传感器的标定半径值，若否则重复步骤(1.3)再次调整。