基于激光位移傳感器的軸頸軸心測(cè)量裝置及測(cè)量標(biāo)定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種軸類零件軸頸的軸心測(cè)量裝置。特別是涉及一種基于激光位移傳 感器的軸頸軸心測(cè)量裝置及測(cè)量標(biāo)定方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 軸類零件是機(jī)械行業(yè)的典型零件，它主要用來(lái)支撐傳動(dòng)零部件，傳遞扭矩和承受 載荷。軸類零件的各部分軸頸的相互位置精度和幾何形狀誤差都將直接決定傳動(dòng)零部件的 配合、旋轉(zhuǎn)精度，導(dǎo)致摩擦、振動(dòng)和噪聲等現(xiàn)象，影響軸類零件的壽命及系統(tǒng)能耗。
[0003] 在軸類零件的軸頸以及幾何形狀誤差測(cè)量上，可以通過(guò)游標(biāo)卡尺、通止規(guī)、氣動(dòng)量 儀等儀器設(shè)備進(jìn)行快速檢測(cè)，技術(shù)成熟可靠。在軸頸彼此間的相互位置精度測(cè)量上，軸頸的 軸心位置測(cè)量是其中的關(guān)鍵步驟。相對(duì)于軸頸直徑、圓度等幾何量，軸心位置近乎是一種虛 擬存在，無(wú)法直接測(cè)量，通常依靠測(cè)量軸頸外圓表面來(lái)間接獲得圓心的相對(duì)位置。
[0004] 外圓表面測(cè)量有影像、接觸式測(cè)頭、氣動(dòng)測(cè)量等手段。影像測(cè)量受制于光學(xué)景深， 測(cè)量精度較差;接觸式測(cè)頭的測(cè)量力易造成被測(cè)軸類零件的軸頸表面劃傷，且不便于在生 產(chǎn)線中的在機(jī)測(cè)量;氣動(dòng)量測(cè)量方式的測(cè)量精度高但量程范圍小，且對(duì)測(cè)量環(huán)境要求高。
[0005] 目前獲得軸類零件外部直徑的測(cè)量方法很多，就軸類零件的相對(duì)位置度精度要求 而言，軸類零件的圓度誤差可以忽略不計(jì)。在工業(yè)生產(chǎn)線的實(shí)際測(cè)量中，把軸頸外表圓面視 作理想圓，其所求解的軸心位置度在誤差范圍內(nèi)是可以接受的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種在已知被測(cè)軸類零件軸頸直徑，且圓度 誤差忽略不計(jì)前提下，能夠?qū)崿F(xiàn)一種測(cè)量范圍大、通用性強(qiáng)、測(cè)量精度高的基于激光位移傳 感器的軸頸軸心測(cè)量裝置及測(cè)量標(biāo)定方法。
[0007] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種基于激光位移傳感器的軸頸軸心測(cè)量裝置，包 括有用于設(shè)置在已固定好的軸類零件的軸頸側(cè)邊用于對(duì)軸類零件的軸頸進(jìn)行測(cè)量的測(cè)量 架，所述的測(cè)量架是由具有水平平面的橫向支架和具有非水平平面的豎向支架一體連接構(gòu) 成，所述橫向支架的水平平面與所述豎向支架的非水平平面形成有大于〇度小于180度的夾 角，所述橫向支架的水平平面上設(shè)置有第一激光位移傳感器，所述豎向支架的非水平平面 上設(shè)置有第二激光位移傳感器。
[0008] 所述第一激光位移傳感器的激光射線和第二激光位移傳感器的激光射線相交于 一點(diǎn)。
[0009] 所述第一激光位移傳感器的激光射線和第二激光位移傳感器的激光射線相交形 成的平面與軸類零件的軸頸的軸向中心線相垂直。
[0010]所述第一激光位移傳感器的激光射線和第二激光位移傳感器的激光射線的相交 點(diǎn)距被測(cè)軸類零件的軸頸的軸心0 - lmm處。
[0011] -種基于激光位移傳感器的軸頸軸心測(cè)量裝置的測(cè)量方法，是在已知被測(cè)軸類零 件軸頸的直徑d，且軸頸圓度誤差忽略不計(jì)的前提下，包括如下步驟：
[0012] 1)根據(jù)被測(cè)軸類零件的尺寸調(diào)整測(cè)量裝置，使測(cè)量裝置上的兩個(gè)激光位移傳感器 的出射激光線臨近被測(cè)軸類零件軸心的設(shè)定位置；
[0013] 2)將測(cè)量裝置中測(cè)量架的水平面和非水平面的交點(diǎn)作為坐標(biāo)系原點(diǎn)0,測(cè)量架的 水平面作為坐標(biāo)系X軸，設(shè)經(jīng)過(guò)坐標(biāo)系原點(diǎn)0并與X軸垂直的直線為坐標(biāo)系Y軸；
[0014] 3)分別讀取兩個(gè)激光位移傳感器的測(cè)量值；
[0015] 4)通過(guò)步驟3)的測(cè)量值，得到被測(cè)軸類零件的軸頸外圓表面的兩個(gè)坐標(biāo)；
[0016] 5)設(shè)被測(cè)軸類零件的軸頸軸心點(diǎn)為K，軸心點(diǎn)K在測(cè)量架坐標(biāo)系內(nèi)的坐標(biāo)為（Xk， yk)；
[0017] 6)位于被測(cè)軸類零件軸頸外圓表面的光斑點(diǎn)A、B兩點(diǎn)與所述軸頸的軸心點(diǎn)K滿足 以下計(jì)算關(guān)系：
[0018] (Xk-Lx-Licosθi) 2+(yk~Lisin9i)2 =d2/4
[0019] (1)
[0020] (xk~L2sin02)2+(yk-Ly+L2C〇sΘ2)2 =d2/4
[0021] 上式中，。^…乂是經(jīng)標(biāo)定得到的常數(shù)川是已知的被測(cè)軸類零件軸頸直徑，!^、 L2是激光位移傳感器的測(cè)量值，在安裝好的測(cè)量裝置中被測(cè)軸類零件軸頸軸心的初步位置 已知，并作為軸心點(diǎn)K在測(cè)量架坐標(biāo)系內(nèi)的坐標(biāo)(Xk，yk)的預(yù)值及取值范圍，求解出被測(cè)軸類 零件軸心點(diǎn)K在測(cè)量架坐標(biāo)系內(nèi)的坐標(biāo)(Xk，yk)，即以測(cè)量架為基準(zhǔn)的被測(cè)軸類零件軸頸的 相對(duì)圓心位置。
[0022] 步驟1)所述的設(shè)定位置是距被測(cè)軸類零件軸心的0 - 1mm處。
[0023]步驟4)所述的被測(cè)軸類零件的軸頸外圓表面的兩個(gè)坐標(biāo)的獲得是：
[0024](1)設(shè)測(cè)量架水平面上的激光位移傳感器和非水平面上的激光位移傳感器的兩條 激光射線在被測(cè)軸類零件的軸頸外圓表面打出的光斑點(diǎn)分別對(duì)應(yīng)為A和B;
[0025] (2)設(shè)測(cè)量架水平面上的激光位移傳感器的激光射線與X軸的交點(diǎn)為A'，交點(diǎn)A'距 坐標(biāo)系原點(diǎn)〇的距離為L(zhǎng)x，激光射線在順時(shí)針?lè)较蛏吓cX軸夾角為0:，該激光位移傳感器測(cè)得 光斑點(diǎn)A與交點(diǎn)A'間距離為1^，得光斑點(diǎn)A點(diǎn)坐標(biāo)設(shè)測(cè)量架非水平面 上的激光位移傳感器的激光射線與Y軸的交點(diǎn)B'，交點(diǎn)B'距坐標(biāo)系原點(diǎn)0的距離為L(zhǎng)y，激光 射線在順時(shí)針?lè)较蛏吓cY軸夾角為92，該激光位移傳感器測(cè)得光斑點(diǎn)B與交點(diǎn)B'間距離為L(zhǎng)2， 得光斑點(diǎn)13點(diǎn)坐標(biāo)(L2sin02，Ly-L2C〇s02)。
[0026] 一種基于激光位移傳感器的軸頸軸心測(cè)量裝置的標(biāo)定方法，是在測(cè)量裝置中測(cè)量 架的水平面和非水平面相垂直的前題下，包括如下步驟：
[0027] 1)將測(cè)量裝置中測(cè)量架的水平面和垂直面的交點(diǎn)作為坐標(biāo)系原點(diǎn)0,測(cè)量架的水 平面作為坐標(biāo)系X軸，測(cè)量架的垂直面作為坐標(biāo)系Y軸；
[0028]2)選擇一個(gè)與待測(cè)軸類零件軸頸直徑相同，數(shù)值已知的針規(guī)固定在測(cè)量位置處；
[0029] 3)用其他測(cè)量位置的儀器測(cè)出針規(guī)圓心在測(cè)量架坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值KUk，yk);
[0030] 4)調(diào)整水平面上的激光位移傳感器，使所述激光位移傳感器出射激光線與測(cè)量架 的水平面相垂直；
[0031] 5)水平移動(dòng)步驟4)中所述的激光位移傳感器，當(dāng)所述的激光位移傳感器測(cè)量值最 小時(shí)，即豎直激光射線正好過(guò)針規(guī)的軸心，固定激光位移傳感器，此時(shí)測(cè)量激光射線出射點(diǎn) 與坐標(biāo)系原點(diǎn)0的距離Lx即是預(yù)標(biāo)定值，并獲得測(cè)量值1^，即針規(guī)外表面與坐標(biāo)系X軸的距 離；
[0032] 6)調(diào)整垂直面上的激光位移傳感器，使所述激光位移傳感器出射激光線與測(cè)量架 的垂直面相垂直；
[0033] 7)水平移動(dòng)步驟6)中所述的激光位移傳感器，當(dāng)所述的激光位移傳感器測(cè)量值最 小時(shí)，即水平激光射線正好過(guò)針規(guī)的軸心，固定激光位移傳感器，此時(shí)測(cè)量激光射線出射點(diǎn) 與坐標(biāo)系原點(diǎn)0的距離Ly即是預(yù)標(biāo)定值，并獲得測(cè)量值1^2，即針規(guī)外表面與坐標(biāo)系Y軸的距 離；
[0034] 8)將測(cè)量值LjPL2代入下式，即解出Lx、Ly，
[0035] (Xk-Lx)2+(yk_Li)2 =d2/4
[0036] (2)
[0037] (xk-L2)2+(yk-Ly) 2= d2/4
[0038] 至此測(cè)量架全部參數(shù)已知，完成標(biāo)定。
[0039]本發(fā)明的基于激光位移傳感器的軸頸軸心測(cè)量裝置及測(cè)量標(biāo)定方法，測(cè)量范圍 大、通用性強(qiáng)、測(cè)量精度高。能夠克服影像、接觸式測(cè)頭、氣動(dòng)測(cè)量等方法存在的問(wèn)題，方便 工業(yè)在線、在機(jī)測(cè)量使用。本發(fā)明有益效果如下：
[0040] 1、測(cè)量的通用性:通過(guò)修改測(cè)量架高度及傳感器位置，該測(cè)量裝置可以適應(yīng)不同 尺寸和形狀的軸頸，測(cè)量范圍大通用性強(qiáng)。
[0041] 2、測(cè)量的安全性:本方案采用的是非接觸式測(cè)量，通過(guò)激光位移傳感器的測(cè)量射 線提取被測(cè)軸頸的表面坐標(biāo)信息。相對(duì)于接觸式測(cè)量檢測(cè)，不存在劃傷工件的缺陷，也不會(huì) 因不同測(cè)量人員的測(cè)量力不同而產(chǎn)生額外的隨機(jī)誤差。
[0042] 3、測(cè)量的精確性:采用高精度激光位移傳感器作為測(cè)量射線，能夠快速、精確地測(cè) 出被測(cè)軸到