專利名稱：孔對平面垂直度的檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及孔對平面垂直度的檢測領(lǐng)域，更具體地說，是涉及由計算機進行數(shù)據(jù)采集處理，利用芯軸和傳感器測量孔對平面垂直度的技術(shù)領(lǐng)域。
傳統(tǒng)的孔對平面垂直度的測量方法，如附圖1所示。用一個傳感和一個芯軸進行測量，傳感器通過軸系可繞芯軸轉(zhuǎn)動地安置在芯軸的一端，芯軸插入被測孔中，傳感器與被測平面接觸，使傳感器繞芯軸轉(zhuǎn)動一周，從傳感器得到兩個讀數(shù)值，即最大讀數(shù)值△max和最小讀數(shù)值△min，再由操作人員計算出這兩讀數(shù)值的差值，即△＝△max-△min，誤差值就是孔對平面的垂度。這種測量方法的優(yōu)點是，只采用了一個傳感器，根據(jù)這種方法所設(shè)計的測量設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、成本低。但其不足的地方是，軸系的誤差，操作人員的技術(shù)水平都會直接影響測量結(jié)果，檢測精度不高。且對繼續(xù)表面測量較困難，并容易劃傷表面。
本發(fā)明的目的在于避免已有技術(shù)的不足之處，而提供一種由計算機進行數(shù)據(jù)采集、處理，能同時顯示打印測量結(jié)果，并能對測量結(jié)果診斷報警，被測平面可以是斷續(xù)平面，測量過程中不會劃傷被測平面，測量精度高，迅速簡便的孔對平面垂直度的測量方法。
本發(fā)明的目的可通過采取以下技術(shù)措施得到實現(xiàn)1、以被測孔為定位基準，被測平面為測量要素;
2、用三個傳感器配合一個芯軸實施測量;
3、將各傳感器校正在同一平面內(nèi)，且使該平面垂直于芯軸的軸線，即建立起測量孔對平面垂直度的參考坐標系;
4、將上述各傳感器的初始坐標值存入計算機貯存器;
5、芯軸插入被測孔中，使各傳感器與被測平面接觸，將各傳感器測得的被測平面的坐標值輸入計算機;
6、計算機按照下面的公式計算出孔對平面的垂直度(以角值表示)θ=A1A2+B1B2+C1C2A21+B2A+C21·A22+B22+C22]]>其中A1，B1，C1是三個傳感器初始坐標所確定的平面法線矢量的模。
A2，B2，C2是三個傳感器測得被測平面的坐標值所確定的平面法線矢量的模。
7、顯示打印測量結(jié)果，診斷報警。
為了使本發(fā)明的目的得到更有利的實現(xiàn)，還可采取以下技術(shù)措施。
將三個傳感器的初始值調(diào)節(jié)到零存入計算機貯存器。
將三個傳感器等距離地設(shè)置在同一圓周上。
當被測平面的平面度誤差過大時，在該被測平面上設(shè)置一個體現(xiàn)該被測平面的標準平板，芯軸穿過標準平板插入被測孔中，各傳感器與標準平板接觸，通過該標準平板測取被測平面的坐標值。
本發(fā)明的核心思想是把孔對平面垂直度的測量轉(zhuǎn)換成為兩個平面法線夾角的測量，通過測量兩個平面的法線夾角來實現(xiàn)孔對平面垂直度的測量，本發(fā)明測量原理如下。
從空間解析幾何可知，過空間任意三點可確定一平面。當平面的位置一確定，則該平面的法線也就隨之而定。因此，便可設(shè)計一個基準平面，用該平面和它的法線作為測量孔對平面垂直度的參考坐標系，這就把孔對平面垂直度的測量轉(zhuǎn)換成為對兩平面法線夾角的測量。為此，設(shè)基準平面和被測平面的方程分別為A1x+B1y+C1z+D1＝0A2x+B2y+C2z+D2＝0則兩平面的法線向量夾角為θ=arc cosA1A2+B1B2+C1C2A21+B2A+C21A22+B22+C22]]>若已知基準平面上三點的坐標為a1(x1，y1，z1)，b1(x2，y2，z2)，c2(x3，y3，z3)，則根據(jù)求向量方程的公式，基準平面的法線向量為
同理可求得被測平面的法線向量m2＝｛A2，B2，C2｝將求得的A1，B1，C1和A2，B2，C2代入上述求解兩平面法線夾角的公式，即可求得孔對平面垂直度的誤差。
在本發(fā)明的技術(shù)方案中，測量前先將三個傳感器校正在同一平面內(nèi)且垂直于芯軸的軸線，也就建立起測量孔對平面垂直度的參考坐標系。三個傳感器的初始坐標值(零或等值)所確定的平面即為上述所說的基準平面，芯軸的軸線即為該平面的法線。當芯軸插入被測孔中，則芯軸的軸線就體現(xiàn)被測孔的軸線，三個傳感器與被測平面接觸，測得被測平面三個點的坐標值，由這三個點的坐標即可求得被測平面的法線，進而就可求得這兩平面的法線夾角θ，也就是求得了被測孔對被測面的垂直度，當θ值為零，表明被測孔完全垂直于被測平面;θ值不等于零，則表明被測孔與被測平面不垂直。這就實現(xiàn)了孔對平面垂直度的測量。
本發(fā)明與已有技術(shù)相比，具有以下比較突出的優(yōu)點1、測量過程中的數(shù)據(jù)采集、分析、處理，以及故障診斷等均由計算機完成，自動化程度高。
2、被測平面不連續(xù)，或者被測平面的平面度不符要求，不影響本發(fā)明的測量效果，因此使用范圍廣。并且在測量過程中不會劃傷被測平面。
3、已有技術(shù)中的軸系誤差，操作人員的工作經(jīng)驗都會直接影響測量結(jié)果，是導致已有技術(shù)測量精度不高的主要原因。本發(fā)明省卻了軸系結(jié)構(gòu)，測量結(jié)果不受操作人員的技術(shù)水平的影響，減少了誤差環(huán)節(jié)，因而大大提高了測量精度。
4、采用本發(fā)明的方法，將芯軸插入被測孔中，傳感器與被測平面一接觸，就得到了測量結(jié)果，方法迅速簡便。
5、采用本發(fā)明的方法，在測量過程中，測量與顯示打印同時進行，并能對測量結(jié)果診斷報警。
下面結(jié)合


，通過實施例再對本發(fā)明作進一步的說明。
附圖1是傳統(tǒng)測量方法的示意圖。采用一個傳感器(4)和一個芯軸(5)進行測量。傳感器通過軸系(3)可繞芯軸轉(zhuǎn)動地安裝在芯軸的一端，芯軸插入被測孔(1)中，傳感器與被測平面(2)接觸。測量時，操作人員將傳感器繞芯軸轉(zhuǎn)動一周，從傳感器上獲得最大讀數(shù)值△max和最小讀數(shù)值△min，再通過計算求出兩者的差值，即測得了孔對平面垂直度的誤差。
附圖2是本發(fā)明的測量方法示意圖，也是本發(fā)明的一個具體實施例，用于測量汽車發(fā)動機缸體挺桿孔對缸體底平面的垂直度。(1)是被測的挺桿孔，(2)是被測的缸體底平面，由于缸體底平面的平面度不符合測量要求，所以在缸體底平面上設(shè)置了一個體現(xiàn)被測平面的標準平板(7)。(6)是傳感器(4)的定位板，三個傳感器(4)等距離地安置在定位板(6)的同一圓周上。芯軸穿過標準平板的孔插入到挺桿孔中，傳感器的觸頭與標準平板接觸。測量時，先將三個傳感器校正在同一平面內(nèi)，該平面且垂直于芯軸的軸線，并將三個傳感器的初始值調(diào)節(jié)到零輸入到計算機貯存;再將芯軸插入被測的挺桿孔，使三個傳感器都與標準平板接觸，獲得體現(xiàn)缸體底平面的三點坐標值，并同時輸入計算機供計算使用，計算機經(jīng)過運算，計算出兩個平面的法線矢量的模，進而按照公式θ=arc cosA1A2+B1B2+C1C2A21+B2A+C21A22+B22+C22]]>求出兩平面的法線夾角，即求出挺桿孔對缸體底平面的垂直度，同時由顯示打印裝置。顯示打印出測量結(jié)果，并且對測量結(jié)果診斷報警。
本發(fā)明不限于實施例所述的這一種方式。
權(quán)利要求
1.一種以被測孔為定位基準，被測平面為測量要素，利用芯軸和傳感器測量孔對平面垂直度的方法，其特征在于(1)用三個傳感器配合一個芯軸實施測量；(2)將各傳感器校正在同一平面內(nèi)，且使該平面垂直于芯軸的軸線；(3)將上述各傳感器的初始坐標值存入計算機貯存器；(4)芯軸插入被測孔，使各傳感器與被測平面接觸，將各傳感器測得的被測平面的坐標值輸入計算機；(5)計算機按照下面的公式計算出孔對平面的垂直度(以角值表示)θ=arc cosA1A2+B1B2+C1C2A21+B2A+C21·A22+B22+C22]]>其中A1，B1，C1是三個傳感器初始坐標所確定的平面法線矢量的模；A2，B2，C2是三個傳感器測得的三組坐標所確定的平面法線矢量的模；(6)顯示打印測量結(jié)果，診斷報警。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量孔對平面垂直度的方法，其特征在于將三個傳感器的初始值調(diào)節(jié)到零存入計算機貯存器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的測量孔對平面垂直度的方法，其特征在于三個傳感器等距設(shè)置在同一園周上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的測量孔對平面垂直度的方法，其特征在于，當被測平面的平面度誤差過大，則在該被測平面上設(shè)置一個體現(xiàn)該被測平面的標準平板，芯軸穿過標準平板搖入被測孔中，各傳感器與標準平板接觸，通過該標準平板測取被測平面的坐標值。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的測量孔對平面垂直度的方法，其特征在于，當被測平面的平面度誤差過大，測在該被測平面上設(shè)置一個體現(xiàn)該被測平面的標準平板，芯軸穿過標準平板插入被測孔中，各傳感器與標準平板接觸，通過該標準平板測取被測平面的坐標值。
全文摘要
本發(fā)明是以計算機控制測量過程，用三個傳感器和一個芯軸測量孔對平面垂直度的方法。本發(fā)明的核心是將孔對平面垂直度的測量轉(zhuǎn)換成為對兩個平面法線夾角的測量。方法的主要內(nèi)容是先將傳感器校正在垂直于芯軸軸線的同一平面內(nèi)，芯軸插入被測孔中，由傳感器測得被測平面三點的坐標值，計算機根據(jù)傳感器的初始值和測取值，計算出兩平面法線的夾角，即完成了孔對平面垂直度的測量。特點是測量精度高，方法迅速、簡便、可靠。
文檔編號G01B21/24GK1067961SQ9110722
公開日1993年1月13日 申請日期1991年6月14日 優(yōu)先權(quán)日1991年6月14日
發(fā)明者黃鳳翔, 胥尚焜, 廖源, 田貴云 申請人:成都科技大學