一种同轴度偏差测量数显装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及的是一种测量数显装置，特别是涉及一种同轴度偏差测量数显装 置。
【背景技术】
[0002] 在现有技术中，公知的技术有：位移传感器可以测量机械位移并将机械位移量转 化为电子数据信号，常用位移传感器有电位器式、电容式、差动电感式、电阻应变式、差动变 压器式、涡流式、霍尔式、光栅、容栅、磁栅、感应同步器和激光位移传感器等。目前各种数显 表(数显杠杆表、数显百分表、数显千分表等)、线性测微计、容栅测微计、光栅尺等各种位移 传感器通过测量触头可以精确测量出被测物体的位移，并可以将位移数值显示或输出。激 光位移传感器可精确非接触测量被测物体的位置、位移等变化，主要应用于检测物的位移、 厚度、振动、距离、直径等几何量的测量。按照测量原理，激光位移传感器原理分为激光三角 测量法和激光回波分析法，激光三角测量法一般适用于高精度、短距离的测量，而激光回波 分析法则用于远距离测量。
[0003] 在机械加工中为了确定工件坐标系与机床坐标系之间的空间位置关系，可利用工 件上的某一个特征来找正机床主轴的位置，现有的找正方法有利用寻边器探测工件上的两 个平面，得到机床主轴相对于工件的X、Y坐标位置，或者利用杠杆表、百分表、千分表测量 工件上的一个轴、销或者孔来找正机床主轴的位置，通常做法是把杠杆表(或百分表、千分 表）用磁力表座固定在机床主轴上，并手动旋转机床主轴，使杠杆表(或百分表、千分表）测 头多次反复测量孔或轴、销的内、外圆，根据测量过程中杠杆表(或百分表、千分表）读数的 变化多次调整机床主轴位置，最终使杠杆表在测量孔或轴、销的内、外圆过程中读数变化值 趋于零，从而认为机床主轴中心轴线与孔或轴、销同轴，得到机床主轴相对于工件的X、Y坐 标位置。
【发明内容】
[0004] 本实用新型涉及一种同轴度偏差测量数显装置及一种空间中两个特征点在一个 坐标系下位置偏差的计算方法。
[0005] 本实用新型涉及的一种空间中两个特征点在一个坐标系下位置偏差的计算方法， 原理是：众所周知一个任意三角形，如果已知其中两边长a、b及底边长D可利用勾股定理结 合数学方程式计算得出此三角形的高H和高的垂足到底边两点的距离D1、D2。根据三角形 形状不同，对于底边上其中一个顶点到垂足的距离D2及高H的计算，可归纳出以下三种： [0006] 形状一（附图1):
[0007]
[0008] 形状二（附图2):
[0010] 形状三（附图3):
[0012] 根据三种计算结果可知，在三角形形状为一和二时，D2结果为
，当 形状为三时，D2结果为
，其中当三角形为直角三角形时计算同样适用。
[0013] 现将三角形的底边和高视为一个坐标系的X、Y轴，根据以上计算可知三角形三个 顶点在此坐标系下的相对位置值。即可转化为空间中两个特征点在一个平面坐标系下相对 位置偏差值的计算方法：在空间中，利用一个特征点在两个不同位置时与另一个特征点之 间的两个距离值及这两个位置之间的距离值，根据勾股定理结合数学方程式计算得出两个 特征点在一个平面P上的已知坐标系下的相对位置偏差值，此已知坐标系为过这两个不同 位置点的直线X和过另一个特征点且垂直于直线X的直线Y在平面P上的投影所构成的坐 标系，此三个距离值为在平面P上的投影值。
[0014] 当将三角形的底边和高视为一个坐标系的X、Y轴时，对于其中底边上一个顶点到 垂足的距离D2及高H的计算可视为两个特征点在一个平面坐标系下相对位置偏差值的计 算，可将公式转换为：
[0015]
[0016] 其中可利用Lx计算结果的正负来判断特征点1在X轴上的位置，当Lx计算结果 为正值时，即三角形为形状三时（附图3)，表示在B位置上的特征点1位于X轴的负轴上， 当Lx计算结果为负值时，即在三角形形状为一和二时（附图1、附图2)，表示在B位置上的 特征点1位于X轴的正轴上。
[0017] 针对现有机床主轴在相对于工件的位置上的找正方法繁琐、耗时长、对于无经验 的加工人员不易掌握的问题，利用以上发明的计算方法，可迅速准确的找到机床主轴相对 于工件的坐标位置。解决技术问题的技术方案是：假设机床上坐标系为X、Y、Z三个轴组成， 机床主轴中心轴线方向为机床坐标系的Z轴，如果需要调整机床主轴中心点相对于工件在 X、Y轴上的位置，只需要首先测量出机床主轴在位置A上时主轴中心点与工件上一个特征 点在机床XY坐标平面上的距离a，然后将机床主轴沿X(或Y)轴方向移动一个距离D后到 达位置B，再次测量机床主轴中心点与此一个特征点在机床XY坐标平面上的距离b，即可根 据a、b、D三个距离值，利用勾股定理结合数学方程式推算出的公式
[0020] 计算得出机床主轴在位置B上时主轴的中心点与工件上此特征点在机床XY平面 坐标系下的位置偏差Lx、Ly，机床操作者利用Lx、Ly这两个数值可迅速准确的将机床主轴 定位到工件上此特征点的位置上(其中当Lx为正值时，表示需按照移动方向沿X(或Y)轴 移动主轴Lx距离，当Lx为负值时，表示需按照移动方向的相反方向沿X(或Y)轴移动主轴 Lx距离)。此方法不仅只限用于机床主轴在工件上的定位，任何空间中两个特征点在一个坐 标系下的相对位置计算都可采用此方法。
[0021] 本实用新型一种同轴度偏差测量数显装置，可被安装于机床主轴上，针对现有机 床主轴在相对于工件的位置上的找正方法繁琐、耗时长、对于无经验的加工人员不易掌握 的问题，解决技术问题所采取的技术方案是：
[0022] 主要部件包括电子测量装置、测量数据处理电路、显示屏、电源、夹持柄及装置主 体，其中电子测量装置、夹持柄、装置主体三个部件，可以是各自分开的独立部件并且三者 之间刚性连接，可以是任意两个部件结合为一体并且与第三个部件刚性连接，可以是三者 结合为一体；测量数据处理电路、显示屏、电源等部件直接或间接连接于装置主体上，使之 连为一个整体；测量数据处理电路用于储存和计算电子测量装置测量所得的数据，测量数 据处理电路与电子测量装置的电路可以结合为一体，也可以为两个单独电路并通过传输线 连接；测量数据处理电路中包含控制按钮；显示屏用于显示测量数据处理电路输出的数据 结果；电源用于装置电器部件的供电，可以采用装置内部电池供电，也可采用外部电源供 电；电子测量装置为能够测量出位移或距离并将测量值转化为电子信号的装置，电子测量 装置能够测量出工件上点、线、面特征与夹持柄中心轴线之间的相对位移或距离并将测量 值转化为电子信号。
[0023] 电子测量装置可利用位移传感器，结合测头、测杆等部件来实现。根据位移传感器 及测头测杆形式不同，电子测量装置可以有多种实现方式。位移传感器可采用电位器式、电 容式、差动电感式、电阻应变式、差动变压器式、涡流式、霍尔式、光栅、容栅、磁栅、感应同步 器和激光位移传感器等形式，测头形式可根据需要更改不同形状，测杆可有直线式、杠杆式 等形式，当采用非接触式测量形式时(如激光位移传感器等)可以无测头、测杆等部件。电子 测量装置也可以完全或部分采用现有已制成产品如带数据输出功能的电子杠杆表、电子百 分表、电子千分表、线性测微计、容栅测微计、光栅尺等来实现。电子测量装置的电路和测量 数据处理电路可以结合为一体，也可以为两个单独电路并通过传输线连接，用于数据和电 量传输。
[0024] 方案原理是：
[0025] 利用一个特征点在两个不同位置时与另一个特征点之间的两个距离值及这两个 位置之间的距离值，根据勾股定理结合数学方程式计算得出两个特征点在一个平面P上的 已知坐标系下的相对位置值，此已知坐标系为过这两个不同位置点的直线X和过另一点且 垂直于直线X的直线Y在平面P上的投影所构成的坐标系，此三个距离值为在平面P上的 投影值。
[0026] 假设机床上坐标系为X、Y、Z三个轴组成，机床主轴中心轴线方向为机床坐标系的 Z轴，如果需要调整机床主轴中心点相对于工件在X、Y轴上的位置，只需要首先测量出机床 主轴在位置A上时主轴中心点与工件上一个特征点在XY平面上的距离a，然后将机床主轴 沿X(或Y)轴方向移动一个距离D后到达位置B，再次测量机床主轴中心点与此一个特征 点在XY平面上的距离b，即可根据a、b、D三个距离值，利用勾股定理结合数学方程式推算 出的公式
[0029] 计算得出机床主轴在位置B上时主轴的中心点与工件上此特征点在机床XY坐标 系下的位置偏差Lx、Ly，机床操作者利用Lx、Ly这两个数值可迅速准确的将机床主轴定位 到工件上此特征点的位置上(其中当Lx为正值时，表示需按照移动方向沿X(或Y)轴移动 主轴Lx距离，当Lx为负值时，表示需按照移动方向的相反方向沿X(或Y)轴移动主轴Lx 距离)。
【附图说