專(zhuān)利名稱(chēng)：利用三坐標(biāo)機(jī)測(cè)量定方向孔徑的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種產(chǎn)品的孔徑測(cè)量方法。
背景技術(shù)：
根據(jù)現(xiàn)有三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)原程序設(shè)置的測(cè)量孔徑的原理，其測(cè)量孔徑的方法為在同一個(gè)圓截面上采若干個(gè)點(diǎn)(可以根據(jù)實(shí)際需要設(shè)置)，由這些點(diǎn)擬合成一個(gè)最小二乘圓(如圖1中的直徑為φ的圓)，三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)處理程序?qū)炎钚《藞A的直徑作為被測(cè)孔的直徑。通過(guò)這種方法得出的孔的直徑實(shí)際上是該孔在這一截面上的平均直徑，這與孔在某一規(guī)定方向的實(shí)際直徑有偏差，這種偏差在實(shí)際應(yīng)用中有時(shí)會(huì)導(dǎo)致不可忽視的測(cè)量誤差。如圖1所示，對(duì)于同一個(gè)圓，用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)原程序檢測(cè)出的直徑值為φ(即最小二乘圓直徑)，而實(shí)際需要檢測(cè)的直徑在φ′(或φ″)的位置，其直徑值應(yīng)為φ′(或φ″)，兩者會(huì)產(chǎn)生一個(gè)誤差φ-φ′(或φ-φ″)，這種誤差值最大可達(dá)被測(cè)孔的圓度誤差，比如孔的圓度誤差為8μm，則測(cè)量直徑的最大誤差可達(dá)8μm。被測(cè)孔的圓度誤差越大，這種測(cè)量方法產(chǎn)生的誤差就越大。
隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異，代表著先進(jìn)技術(shù)領(lǐng)域的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)制造業(yè)制造水平在不斷提高，同時(shí)出現(xiàn)了許多在線的高、精、尖檢測(cè)設(shè)備，在這些檢測(cè)設(shè)備的嚴(yán)格把關(guān)下，發(fā)動(dòng)機(jī)的品質(zhì)不斷提高。從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，高精度檢測(cè)設(shè)備不僅提高了檢測(cè)的準(zhǔn)確率，而且大大提高了工作效率，降低了發(fā)動(dòng)機(jī)制造成本，同時(shí)它還代表了發(fā)動(dòng)機(jī)制造廠的水平。
高精度檢測(cè)設(shè)備在各發(fā)動(dòng)機(jī)制造廠的生產(chǎn)線上得到了越來(lái)越多的應(yīng)用，如國(guó)際著名的在線檢測(cè)設(shè)備著名生產(chǎn)廠家意大利MARPOSS(馬波斯)公司生產(chǎn)的缸體、缸蓋在線檢測(cè)儀，德國(guó)HOMMELWERKE(霍梅爾)公司生產(chǎn)的缸蓋在線檢測(cè)儀等。
隨著高精度檢測(cè)設(shè)備在生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用，如何認(rèn)定檢測(cè)設(shè)備本身的精度是否符合工藝要求，給計(jì)量部門(mén)提出了新的課題。由于這些設(shè)備都是專(zhuān)用設(shè)備，結(jié)構(gòu)和檢測(cè)原理特殊，且精度高，傳統(tǒng)的量值傳遞方式對(duì)其存在一定的局限性。
以意大利MARPOSS公司的M125型電感檢測(cè)機(jī)為例，該檢測(cè)機(jī)精度高，儀器的不確定度小于或等于4μm，為全自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備。其測(cè)量原理如圖2所示在圓柱測(cè)頭的直徑兩端分別布置成對(duì)的傳感器，當(dāng)測(cè)量工作進(jìn)行時(shí)，圓柱測(cè)頭進(jìn)入孔內(nèi)，傳感器與內(nèi)孔接觸，通過(guò)1號(hào)和2號(hào)傳感器檢測(cè)出上圓截面的直徑，3號(hào)和4號(hào)傳感器檢測(cè)出中間圓截面的直徑，5號(hào)和6號(hào)傳感器檢測(cè)出下圓截面的直徑，根據(jù)需求取相應(yīng)的圓截面的直徑值。
要確認(rèn)其檢測(cè)精度是否符合要求，只能采用常用的計(jì)量器具量值傳遞方法——比對(duì)法，即借助一個(gè)工件，將電感檢測(cè)機(jī)測(cè)量得出的值與計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)儀器測(cè)量同一工件得出的值進(jìn)行比對(duì)，其差值是否在誤差范圍內(nèi)。由于電感檢測(cè)機(jī)的不確定度小于或等于4μm，根據(jù)量值傳遞原則，用于量值比對(duì)的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)儀器的不確定度應(yīng)小于1.3μm。雖然象萬(wàn)能工具顯微鏡、測(cè)長(zhǎng)儀、測(cè)長(zhǎng)機(jī)、孔徑測(cè)量?jī)x等精密計(jì)量?jī)x器精度能滿足要求，但是由于測(cè)量范圍的限制，用都無(wú)法對(duì)工件實(shí)現(xiàn)測(cè)量，而計(jì)量型三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)雖然測(cè)量范圍能夠滿足，但由于測(cè)量原理的不同，會(huì)產(chǎn)生不可忽視的方法誤差(如前面的描述)，從而無(wú)法滿足檢測(cè)設(shè)備量值傳遞的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提出一種三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量定方向孔徑的方法，提高測(cè)量精度，適應(yīng)在線高精度檢測(cè)設(shè)備的量值傳遞要求。
本方法是用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)分別測(cè)量被測(cè)孔在規(guī)定方向上的直徑的兩端點(diǎn)，再連接兩端點(diǎn)之間的距離，得出孔在規(guī)定方向上的直徑(部分三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)需進(jìn)行測(cè)頭補(bǔ)償)，即點(diǎn)對(duì)點(diǎn)測(cè)量。這種方法的關(guān)鍵在于合理建立坐標(biāo)系，在三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)上測(cè)量?jī)?nèi)孔最小二乘圓的直徑時(shí)，對(duì)建立坐標(biāo)系沒(méi)有特殊要求，但是三坐標(biāo)測(cè)量定方向孔徑時(shí)，如果坐標(biāo)系建立不正確，測(cè)量的可能不是孔的直徑，而可能是圓的弦長(zhǎng)，或者是橢圓的直徑或弦長(zhǎng)。
本測(cè)量方法的步驟如下1、首先在待側(cè)孔中建立空間坐標(biāo)系(1)將測(cè)量的空間坐標(biāo)系空間坐標(biāo)Z軸建立在被測(cè)元素(即被測(cè)量孔)的軸線上；(2)將坐標(biāo)原點(diǎn)建立在被測(cè)圓的圓心上，被測(cè)圓的圓心可以通過(guò)孔的軸線和圓柱孔的端面相交得到；(3)讓X軸通過(guò)被測(cè)圓的圓心；(4)根據(jù)已經(jīng)確立的Z軸、X軸和坐標(biāo)原點(diǎn)自動(dòng)生成Y軸，即組成一個(gè)固定的空間坐標(biāo)系；2、通過(guò)三坐標(biāo)機(jī)的程序設(shè)置，讓三坐標(biāo)探針沿X軸方向移動(dòng)，分別檢測(cè)孔徑的兩個(gè)端點(diǎn)A1點(diǎn)和B1點(diǎn)，通過(guò)三坐標(biāo)數(shù)據(jù)處理程序，連接A1和B1的距離，即為孔在X方向的直徑。
根據(jù)空間坐標(biāo)原理可知，在某一坐標(biāo)系內(nèi)，任意一個(gè)空間點(diǎn)都可以用空間坐標(biāo)(x，y，z)表示，當(dāng)坐標(biāo)系發(fā)生變化時(shí)，其坐標(biāo)值x，y，z也將發(fā)生變化。在我們的測(cè)量過(guò)程中，首先考慮建立坐標(biāo)系的Z軸坐標(biāo)，一旦Z軸確定了，在三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)程序內(nèi)與Z軸垂直的XY平面就自動(dòng)生成了，因?yàn)槿鴺?biāo)探針是沿著坐標(biāo)平面和坐標(biāo)軸移動(dòng)的，因此如果Z軸偏離至Z′，如圖3A和圖3B所示，將導(dǎo)致XY平面傾斜，測(cè)量得出的結(jié)果將不是圓截面，而是橢圓截面，從而得出的直徑也不是圓的直徑，而是橢圓的軸，即在建立Z軸時(shí)，要避免垂直度誤差，在本三坐標(biāo)測(cè)量定方向孔徑方法中，解決的辦法是將測(cè)量的空間坐標(biāo)系空間坐標(biāo)Z軸建立在被測(cè)元素上，能非常有效的避免垂直度誤差；再考慮X軸的建立，如圖4所示，建立的X軸不可以發(fā)生平移，如果發(fā)生平移，三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的探針沿著X軸測(cè)量出的將不是圓的直徑，而是弦長(zhǎng)，在三坐標(biāo)測(cè)量定方向孔徑方法中，解決的辦法是讓X軸通過(guò)被測(cè)圓的圓心；同時(shí)將坐標(biāo)原點(diǎn)建立在被測(cè)圓的圓心上，三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)將根據(jù)已經(jīng)確立的Z軸，X軸、坐標(biāo)原點(diǎn)自動(dòng)生成Y軸，組成一個(gè)固定的坐標(biāo)系。
可見(jiàn)，原來(lái)在三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)上檢測(cè)孔徑時(shí)，測(cè)量結(jié)果為孔的平均直徑，有時(shí)與實(shí)際需求狀態(tài)有較大差異；而本三坐標(biāo)測(cè)量定方向孔徑方法，在合理建立坐標(biāo)系的情況下，可以根據(jù)實(shí)際需要，準(zhǔn)確地檢測(cè)孔在任意方向上的直徑。
將本方法使用在線高精度檢測(cè)設(shè)備的量值傳遞工作，分別用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)和在線高精度檢測(cè)設(shè)備對(duì)同一工件進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，能夠正確計(jì)算在線高精度檢測(cè)設(shè)備的不確定度，從而判定設(shè)備是否符合工藝要求。通過(guò)三坐標(biāo)測(cè)量定方向孔徑方法，有效地消除了以上量值傳遞中的方法誤差。
經(jīng)申請(qǐng)人對(duì)本方法的可靠性進(jìn)行考核顯示分別用不確定度小于1.2μm的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)和不確定度小于0.5μm的精密孔徑儀測(cè)量同一個(gè)環(huán)規(guī)同一個(gè)位置的直徑，比較兩個(gè)測(cè)量結(jié)果，其差值在允許的誤差范圍內(nèi)。


圖1是三坐標(biāo)機(jī)測(cè)量最小二乘圓孔徑和定方向孔徑原理比較2是意大利MARPOSS公司的M125型電感檢測(cè)機(jī)檢測(cè)原理3A和圖3B是測(cè)量誤差分析4是測(cè)量過(guò)程示意圖具體實(shí)施方式
這里以三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)檢測(cè)三缸發(fā)動(dòng)機(jī)缸體缸孔直徑為例，來(lái)說(shuō)明三坐標(biāo)測(cè)量定方向孔徑方法的具體過(guò)程。
如圖4所示，測(cè)量第一個(gè)缸孔X方向的直徑時(shí)，首先測(cè)量一個(gè)圓柱(即缸孔1)，得出缸孔1的軸線，作為坐標(biāo)Z軸；在缸孔1內(nèi)測(cè)量一個(gè)圓，投影在XY平面上，用同一方法再在缸孔2(或者缸孔3)內(nèi)測(cè)量一個(gè)圓，連接O1和O2(或O3)成一條直線，作為X軸；把坐標(biāo)原點(diǎn)O建立在缸孔1的軸線上，儀器將自動(dòng)生成檢測(cè)缸孔1孔徑的坐標(biāo)系。通過(guò)程序設(shè)置，讓三坐標(biāo)探針沿X軸方向移動(dòng)，分別檢測(cè)A1點(diǎn)和B1點(diǎn)，通過(guò)三坐標(biāo)數(shù)據(jù)處理程序，連接A1和B1的距離，即為缸孔1在X方向的直徑。
如果需要測(cè)量其它任意一個(gè)方向的直徑，只要將坐標(biāo)系圍繞Z軸旋轉(zhuǎn)所需要的角度，在新坐標(biāo)系下用以上方法即可實(shí)現(xiàn)測(cè)量。
權(quán)利要求
1.利用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量定方向孔徑的方法，測(cè)量步驟如下(1)首先在待側(cè)孔中建立空間坐標(biāo)系將測(cè)量的空間坐標(biāo)系空間坐標(biāo)Z軸建立在被測(cè)量孔的軸線上；將坐標(biāo)原點(diǎn)建立在被測(cè)圓的圓心上，被測(cè)圓的圓心通過(guò)被測(cè)量孔的軸線和孔的端面相交得到；讓X軸通過(guò)被測(cè)圓的圓心；根據(jù)已經(jīng)確立的Z軸、X軸和坐標(biāo)原點(diǎn)自動(dòng)生成Y軸，即組成一個(gè)固定的空間坐標(biāo)系；(2)通過(guò)三坐標(biāo)機(jī)的程序設(shè)置，讓三坐標(biāo)探針沿X軸方向移動(dòng)，分別檢測(cè)孔徑的兩個(gè)端點(diǎn)A1點(diǎn)和B1點(diǎn)，計(jì)算連接A1和B1的距離，即為孔在X方向的直徑。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種利用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量定方向孔徑的方法，測(cè)量步驟如下(1)首先在待側(cè)孔中建立空間坐標(biāo)系將測(cè)量的空間坐標(biāo)系空間坐標(biāo)Z軸建立在被測(cè)量孔的軸線上；將坐標(biāo)原點(diǎn)建立在被測(cè)圓的圓心上，被測(cè)圓的圓心通過(guò)被測(cè)量孔的軸線和孔的端面相交得到；讓X軸通過(guò)被測(cè)圓的圓心；根據(jù)已經(jīng)確立的Z軸、X軸和坐標(biāo)原點(diǎn)自動(dòng)生成Y軸，即組成一個(gè)固定的空間坐標(biāo)系；(2)通過(guò)三坐標(biāo)機(jī)的程序設(shè)置，讓三坐標(biāo)探針沿X軸方向移動(dòng)，分別檢測(cè)孔徑的兩個(gè)端點(diǎn)A
文檔編號(hào)G01B21/02GK1737495SQ20051005716
公開(kāi)日2006年2月22日 申請(qǐng)日期2005年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月12日
發(fā)明者曾祥麗, 吳永華 申請(qǐng)人:長(zhǎng)安汽車(chē)(集團(tuán))有限責(zé)任公司