專利名稱：活塞中凸型線和橢圓曲線的非接觸測量系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種測量儀器，特別是一種活塞中凸型線和橢圓曲線的非接觸測量系統(tǒng)。
背景技術：
目前，對于工件外表面的凸型輪廓和橢圓圓周回轉線的測量，較為先進的測量方法是采用三坐標測量機和圓度儀進行。中凸變橢圓截面的加工和測量在機械制造中最常見的是發(fā)動機的活塞。交通運輸工具的不斷發(fā)展使得內燃機活塞零件在實際生產和生活中得到了越來越廣泛的應用。為了降低噪聲，提高熱能效應等要求，目前的活塞改變了傳統(tǒng)的設計，代之為活塞裙部呈中凸的非圓截面的復雜形狀。這種中凸變橢圓的活塞零件型線復雜、輪廓加工精度高，因此對活塞的精密測量也提出了很高的要求。采用三坐標測量機和圓度儀這種高精度的儀器測量活塞，雖然已經有軟件商供應使用，但是它的操作很復雜，調整時間長。而且儀器設備價格昂貴、操作需要專業(yè)人員，一般生產廠家和人員很難問經。而且它也不適宜生產車間使用和批量測量。利用千分表、千分卡尺或特殊形式千分尺測量方法，需要輔助配件以及細致的調整操作，一般測量精度低、操作、記錄和計算都非常煩瑣，其效率低下，很少被人采用。利用萬能工具顯微鏡測量活塞，雖然測量精度可以保證，但是人工瞄準操作、調整、記錄、計算復雜繁瑣。而且它也不適宜生產車間環(huán)境下進行大批量的測量。
另外是電學測量方法，該方法大多是使用電感式微位移傳感器作為測量頭，與被測工件外表面相接觸，通過移動探頭達到測量目的。這種測量方法對中精度很難保證，因此操作調整復雜，測量中存在著阿貝測量誤差和偏心誤差，而且由于它的頻率響應差，影響了系統(tǒng)響應速度。還有采取多測頭的測量方法，將多個測頭相并聯(lián)，然而它們仍然解決不了偏心誤差、操作調整困難、頻率響應低等問題。僅僅是企圖依靠增加經濟投入來換取測量速度的提高。

發(fā)明內容
本發(fā)明和目的在于提供一種可克服上述不足，操作簡單、測量精確的活塞中凸型線和橢圓曲線的非接觸測量系統(tǒng)。
本發(fā)明的目地是這樣實現(xiàn)的活塞中凸型線和橢圓曲線的非接觸測量系統(tǒng)，包括有平行光照明裝置，成像、光電接收裝置，步進電機驅動器A，步進電機驅動器B，控制電路及計算機，其特征在于還設有二維機械裝置共同構成；具體連接為作為光照射部分的平行光照明裝置和作為投影接收部分的成像、光電接收裝置分別位于被測物件的兩側，控制電路與成像、光電接收裝置相連，控制電路還分別與步進電機驅動器A、步進電機驅動器B及計算機相連接，步進電機驅動器A連接二維機械裝置的旋轉電機，步進電機驅動器B連接二維機械裝置的升降電機。
本發(fā)明為測量活塞的專用儀器，可以自動測量活塞裙部的中凸型線和橢圓曲線，并且可以顯示活塞中凸型線和橢圓曲線的圖形、打印出所測量的數(shù)據(jù)及偏差。本發(fā)明以菜單的形式顯示其工作性能有活塞中凸曲線和橢圓曲線的“自動測量”、活塞“裙部中凸型線測量”、活塞特定截面高度的“橢圓曲線測量”。還可以“設置”活塞裙部中凸型線測量點位置和個數(shù)、可以“設置”活塞橢圓曲線的特定截面高度的測量位置和個數(shù)。本系統(tǒng)還可采用手動控制方法使活塞旋轉和升降到任意的角度和位置進行測量。由于活塞裙部的測量應用了光學非接觸測量方法，從而避免了測量中的表面損傷和劃痕，提高了測量的響應速度。


圖1是本發(fā)明整體結構示意2是二維機械裝置的結構示意圖具體實施方式
如圖1所示活塞中凸型線和橢圓曲線的非接觸測量系統(tǒng)，包括有平行光照明裝置，成像、光電接收裝置，步進電機驅動器A，步進電機驅動器B，控制電路，計算機，還設有二維機械裝置共同構成；具體連接為作為光照射部分的平行光照明裝置和作為投影接收部分的成像、光電接收裝置分別位于被測物件的兩側，控制電路與成像、光電接收裝置相連，控制電路還分別與步進電機驅動器A、步進電機驅動器B及計算機相連接，步進電機驅動器A連接二維機械裝置中的旋轉電機(1)，步進電機驅動器B連接二維機械裝置中的升降電機(19)。本系統(tǒng)還設有交流電源和直流電源，其中交流電源與步進電機驅動器A、B相連，直流電源與控制電路相連。
其中平行光照明裝置是由光源、集光鏡、調整鏡、光欄、聚光鏡依次設置構成；成像、光電接收裝置是由投影物鏡、光欄、CCD光敏元依次設置構成。
如圖2所示二維機械裝置是由旋轉電機(1)、主齒輪(2)、螺釘(3、18)、卡具(4)、套筒(5)、上法蘭盤(6)、軸承(7、16)、副齒輪(8)、旋轉軸(9)、連接盤(10、17)、滑套(11)、絲杠軸(12)、鍵(13)、下法蘭盤(14)、螺母(15)、升降電機(19)共同構成；上法蘭盤(6)與下法蘭盤(14)相連構成外殼體，套筒(5)置于上法蘭盤(6)頂部的凹槽內，套筒(5)的底部通過連接盤(10)與位于上、下法蘭盤(6、14)內的滑套(11)相連，套筒(5)中心與滑套(11)相通，旋轉軸(9)置于套筒(5)內中心處、兩端通過軸承(7)與套筒(5)的頂部和底部相連，其中旋轉軸(9)的上端通過螺釘(3)與位于套筒(5)頂部的卡具(4)固定相連，旋轉電機(1)帶動主齒輪(2)，使主齒輪(2)與固定在旋轉軸(9)上的副齒輪(8)相嚙合，在上法蘭盤(6)的壁上設有用于控制滑套(11)方向的鍵(13)，螺母(15)固定于滑套(11)底部、并與位于滑套(11)內的絲杠軸(12)螺扣相連，絲杠軸(12)通過軸承(16)與下法蘭盤(14)相連，且其底端通過連接盤(17)及螺釘(18)與位于下法蘭盤(14)底部的升降電機(19)相連。
活塞中凸型線和橢圓曲線的非接觸測量系統(tǒng)得到的被測活塞直徑是根據(jù)公式D＝D0＋K×(N＋N′)獲得，其中D是測得的活塞直徑，D0為活塞直徑中間的固定值，K為光學放大比率與測量系統(tǒng)脈沖當量之積，N、N′分別為CCD輸出光敏元數(shù)值。
上述光學放大比率與測量系統(tǒng)脈沖當量之積為K＝S×L′/L其中S為CCD光敏元的中心間距，L′為光學物距，L為光學像距。
本系統(tǒng)的測量范圍是95mm、360°；分辨率是0.0005mm、0.5°；測量精度是±0.002mm；測量條件是溫度20℃±5℃、濕度85％以下、在車間環(huán)境、標準大氣壓狀態(tài)下。
權利要求
1.一種活塞中凸型線和橢圓曲線的非接觸測量系統(tǒng)，包括有平行光照明裝置，成像、光電接收裝置，步進電機驅動器A，步進電機驅動器B，控制電路及計算機，其特征在于還設有二維機械裝置共同構成；具體連接為作為光照射部分的平行光照明裝置和作為投影接收部分的成像、光電接收裝置分別位于被測物件的兩側，控制電路與成像、光電接收裝置相連，控制電路還分別與步進電機驅動器A、步進電機驅動器B及計算機相連接，步進電機驅動器A連接二維機械裝置的旋轉電機，步進電機驅動器B連接二維機械裝置的升降電機。
2.根據(jù)權利要求1所述的活塞中凸型線和橢圓曲線的非接觸測量系統(tǒng)，其特征在于，二維機械裝置是由旋轉電機、主齒輪、螺釘、卡具、套筒、上法蘭盤、軸承、副齒輪、旋轉軸、連接盤、滑套、絲杠軸、鍵、下法蘭盤、螺母、連接盤、升降電機共同構成；上法蘭盤與下法蘭盤相連構成外殼體，套筒置于上法蘭盤頂部的凹槽內，套筒的底部通過連接盤與位于上、下法蘭盤內的滑套相連，套筒中心與滑套相通，旋轉軸置于套筒內中心處、兩端通過軸承與套筒的頂部和底部相連，其中旋轉軸的上端通過螺釘與位于套筒頂部的卡具固定相連，旋轉電機帶動主齒輪，使主齒輪與固定在旋轉軸上的副齒輪相嚙合，在上法蘭壁上設有用于控制滑套方向的鍵，螺母固定于滑套底部、并與位于滑套內的絲杠軸螺扣相連，絲杠軸通過軸承與下法蘭相連，且其底端通過連接盤及螺釘與位于下法蘭底部的升降電機相連。
3.根據(jù)權利要求1所述的活塞中凸型線和橢圓曲線的非接觸測量系統(tǒng)，其特征在于，系統(tǒng)得到的被測活塞直徑是根據(jù)公式D＝D0＋K×(N＋N′)獲得，其中D是測得的活塞直徑，D0為活塞直徑中間的固定值，K為光學放大比率與測量系統(tǒng)脈沖當量之積，N、N′分別為CCD輸出光敏元數(shù)值。
4.根據(jù)權利要求3所述的活塞中凸型線和橢圓曲線的非接觸測量系統(tǒng)，其特征在于，光學放大比率與測量系統(tǒng)脈沖當量之積為K＝S×L′/L其中S為CCD光敏元的中心間距，L′為光學物距，L為光學像距。
5.根據(jù)權利要求1所述的活塞中凸型線和橢圓曲線的非接觸測量系統(tǒng)，其特征在于，本系統(tǒng)還設有交流電源和直流電源，其中交流電源與步進電機驅動器相連，直流電源與控制電路相連。
全文摘要
活塞中凸型線和橢圓曲線的非接觸測量系統(tǒng),具體構成是:作為光照射部分的平行光照明裝置和作為投影接收部分的成像、光電接收裝置分別位于被測物件的兩側,控制電路與成像、光電接收裝置相連,控制電路還分別與步進電機驅動器A、步進電機驅動器B及計算機相連接,步進電機驅動器A連接二維機械裝置的旋轉電機,步進電機驅動器B連接二維機械裝置的升降電機。本發(fā)明可以自動測量活塞裙部的中凸型線和橢圓曲線,顯示活塞中凸型線和橢圓曲線的圖形、打印出所測量的數(shù)據(jù)及偏差。本系統(tǒng)還可采用手動控制方法使活塞旋轉和升降到任意的角度和位置進行測量。由于活塞裙部的測量應用了光學方法,從而避免了測量中的表面損傷和劃痕,提高了測量的響應速度。
文檔編號G01B11/24GK1332363SQ01130809
公開日2002年1月23日 申請日期2001年8月24日 優(yōu)先權日2001年8月24日
發(fā)明者樊玉銘 申請人:天津大學