专利名称：可消除零件定位误差的复杂回转体轮廓测量方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明专利属于测量仪器制造及测量技术领域，特别是一种可消 除零件定位误差的回转体轮廓测量方法及装置。
背景技术：
本发明提出一种通用的测量复杂回转体轮廓的快速测量方法，主 要用于复杂回转体轮廓的快速测量。
对于复杂回转体轮廓，其快速、准确测量一直是一个比较难以解 决的问题。现有的回转体轮廓测量方法大致分为三种
1. 轮廓样板法该方法只能判断回转体轮廓合格与否，不能给出 误差大小。同时该方法受操作人员的影响，测量精度低、效率也不高。
2. 影像法利用投影仪器将被测零件的实际轮廓投影到影屏上， 然后将实际轮廓的影像与预先绘制好且放大倍数与影像一致的极限 轮廓相比较，实际轮廓的影像若能位于极限轮廓范围内，则表示合格。 该方法与工件的放置方向和位置有直接的关系，要求回转体轴心和预 先绘制的图形轮廓轴心重合，否则对测量结果有很大的影响。该方法 同样只能判定零件合格与否，不能给出具体的误差值，测量效率低。
3. 坐标法利用坐标测量仪器或装置测取被测回转体的轮廓各测 点的坐标值，然后把这些坐标值进行数据处理，求出回转体轮廓的误 差值。该方法需要的数据量大，算法复杂，测量效率低，不能应用于大批量生产的快速测量。
综上所述，已有的回转体轮廓测量方法，都存在着各种各样的缺 点，无法满足大批量生产时快速准确测量回转体轮廓的需要。
如图1所示，回转体零件的设计基准为中心轴线A。由于回转体 的设计基准为一个理论空间直线，实际上难以找到。在对回转体工件 进行测量时，通常将工件放置在工作台上，回转体的端平面B就成 为定位基准，也就是测量基准。如图2所示，由于测量基准和设计基 准不一致，实际的定位基准B和设计基准A不可能完全垂直，而且 难以将工件中心A和回转台中心C完全重合，在测量回转体廓形时， 定位误差必然对测量数据产生影响1)回转体中心轴线A与回转工 作台中心有一定偏离S; 2)回转体中心轴线A和回转工作台中心有 一定的倾斜角度a。为了消除回转体零件测量时定位误差的影响，回 转体零件特别是没有中心孔定位的零件，由于零件的定位基准和零件 的设计加工基准不一致，在进行测量时往往需要对零件的安装定位进 行找正，以尽量满足测量基准和工件的设计基准一致。
为了解决这一问题，零件轮廓测量机安全监测系统的设计(机械 工程学报42 (2) 212 215)专门设计了一个偏心调整机构，以减少 被测件和回转轴之间的偏心。但是，这样的系统调整起来比较困难， 需要较长的调整时间，工作效率不高；同时，这样的调整机构不能消 除中心轴线和理论轴线之间的倾斜误差。
为了克服已有技术的不足，本发明提出了一种可以同时测量回转 体两条纵截面轮廓线的测量方法，并通过对轮廓线中心轴线的调整，自动寻找中心轴线，实现对回转体轮廓的测量，判断被测回转体轮廓 的合格状态，并给出各个轴向位置的误差值。
发明内容
为了克服上述已有方法与技术存在的局限和不足，本发明提出一 种可消除回转体零件定位误差的复杂回转体轮廓测量方法及装置，能 够消除由于回转体零件测量定位基准与设计基准不一致时产生的测 量误差，快速测量回转体的轮廓误差。
本发明的技术解决方案是 一种可消除零件定位误差的复杂回转 体轮廓测量方法，包括以下步骤
1. 选定被测回转体N个测量纵截面，N为自然数，沿回转体轴 向进行纵向测量，在第一个纵截面，第一个测量头依次得到 回转体的径向轮廓数据，第二个测量头同时也依次测得回转 体的对侧径向轮廓数据，高度方向的数据由光栅尺给出。
2. 根据已经测得的纵截面两条轮廓线的数据，计算该纵截面的 中心轴线位置；
3. 将该纵截面以轴线和选定的特征点构造直角坐标系，重新计 算轮廓点在新坐标系中的坐标值；
4. 将回转体绕回转轴依次旋转规定的角度间隔，测得回转体的 若干个纵截面数据，并计算每个截面的中心轴线，构造新的 坐标系，进行数据变换；
5. 将测得的各个纵截面形状按照中心轴线重合方式，根据选定 的轴向基准以测量时的角度间隔进行回转体的空间三维重构；
6.将重构的三维形状和规定的理论形状进行比较，以评定回转 体的廓形误差，就得到了消除了回转体定位误差的回转体轮 廓度。
本发明还提供了一种可消除回转体定位误差的复杂回转体轮廓 测量装置，包括第一测量头和第二测量头，回转工作台、基座、滑动 架和立式导轨组成的立式导轨系统，回转体工件置于回转工作台上， 可随回转工作台回转，第一测量头1和第二测量头2随滑动架沿立式 导轨上下运动，且第一测量头1和第二测量头2在被测回转体工件的 两侧径向对称分布。 有益效果
可消除由于回转体零件设计加工基准和测量基准不一致带来的 测量误差，误差分离依靠计算机程序自动实现，解决了已有技术不能 有效分离以上误差的不足，这是区别现有技术的创新点之一；
通过两个由平行光源和CCD构成的测量头，能够同时测量回转 体廓形的两条轮廓线，从而可以计算其中心对称轴线，消除由于回 转轴心和回转体工件不重合带来的安装位置误差，省去了大量的找 正时间，提髙了测量效率，这是本发明的创新点之二。
本发明在测量过程中，只有测量头的上下运动和工作台的旋转运 动，且这两种运动分开进行，控制更加容易，测量步骤简单，安装省 时，易于程序化自动执行，数据处理简捷易用。
图1为本发明测量的回转体的设计基准和定位基准示意图
图2为回转体中心轴线和回转工作台中心不重合的误差示意图 (误差进行了夸大)
图3为本发明装置双测量头纵向布置的结构示意图
图4为本发明装置双测量头横向布置的结构示意图
图5为本发明装置的一个实施例的结构示意图
图6为本发明装置测量被测件的一个包含定位误差的纵截面示
图7为本发明装置测量被测件的一个消除了定位误差的截面示 意图
图中1第一测量头、2第二测量头、3被测回转体、4回转工作 台、5基座、6立式导轨、7光栅尺、8浮动架、9回转主轴、10 轴套、11、电机驱动系统、12编码器
具体实施例方式
将这种可消除零件定位误差的回转体轮廓测量方法与装置结合 实施例及附图详细说明如下
参见图5，被测件3放置在回转工作台上，回转工作台4安装在 仪器基座5上且和仪器主轴9相连接，仪器主轴9与轴套10构成了 精密回转轴系；第一测量头1和第二测量头2安装在导轨浮动架8 和立式导轨6构成的立式导轨系统的同一高度上，且第一测量头1 和第二测量头2在被测件3的两侧径向对称分布，可以纵向对称设 置，也可以横向对称设置。测量前，先对测量头之间的距离作标定，且使两测量头对称于回转台中心。
当第一测量头1和第二测量头2测量图1所示的被测件的某个 纵截面时，沿纵截面依次测得两条轮廓线的相对于两个测量头的数 据，由于回转体的定位误差，测量得到的数据可能产生如图6所示 的截面图形，这个图形中包含了由于零件定位误差产生的中心偏移 和轴线倾斜。
消除误差的基本原理如下
如图6所示，在测量得到一个回转体零件的纵截面数据后，其 在该平面内的平面坐标系中的数据由于存在定位误差，导致纵截面 图形存在轴线偏移和倾斜。由于回转体纵截面上的轮廓线是相对于 中心轴线对称的，因此求得两条实测轮廓线的中心轴线。如图7所 示，以所求得的中心线和选定的特征点建立新的直角坐标系，并将 实测数据进行平移和旋转转换，就可以求得该纵截面下实测轮廓线 的变换数据。经过这样的数据转换，就消除了该纵截面数据中定位 误差的影响。
将回转工作台依次旋转规定的角度，就可以得到若干个回转体 纵截面的轮廓数据，经过和上面所述相同的转换，就求得若干消除 了定位误差的纵截轮廓数据。由于回转体的中心轴线只有一条，各 个纵截面的轴线是相互重合的，这样按照确定的角度间隔，可以建 立回转体的三维廓形，将其和已知的理论数据相比较，就能够求得 回转体消除了定位误差后的轮廓误差。
因此采用上述方法和装置，可以有效地消除测量数据中定位误差的影响，同时还可以降低仪器和环境产生的随机误差和漂移对回 转体测量的影响。该发明可以提高回转体的测量精度。
以上结合附图对本发明的具体实施方式
作了说明，但这些说明 不能被理解为限制了本发明的范围，本发明的保护范围由随附的权 利要求书限定，任何在本发明权利要求基础上进行的改动都是本发 明的保护范围。
权利要求
1.一种可消除零件定位误差的复杂回转体轮廓测量方法，其特征在于该方法包括以下步骤①.将被测回转体零件放置在回转工作台上，测量头发射器发射的可见平行光，照射在被测回转体的表面，测量头接收器中的高精度线阵CCD安装在回转体相对位置，回转体遮挡住部分平行光，使得回转体边缘在CCD上成像，光学成像系统输出一个回转体的径向数据。②.浮动架沿立式导轨运动，两个测量头分别输出两组径向数据，光栅尺同时输出高度数据，得到被测回转体工件的两条轮廓曲线。③.对以上测得的数据进行处理，求出这两条轮廓曲线的中心线，并对数据进行变换，就得到了回转体的实际轮廓中心线。④.将回转体回转一定角度，测量另一个测量截面，依次得到n组数据。⑤.将这些数据进行重组，即可以得到被测回转体的三维回转轮廓。将之和已知的设计规范进行对比，得到该回转体的三维轮廓误差。
2. —种权利要求1所述的可消除零件定位误差的复杂回转体轮廓测量方法使用 的装置，包括由可发射平行光幕的发射器和高精度线阵CCD构成的接收器组 成的第一测量头和第二测量头、回转工作台、基座、立式导轨和浮动架组成 的立式导轨系统。其特征在于被测工件置于回转工作台上，其可随回转工作 台回转。第一测量头和第二测量头沿回转工作台中心对称分布，和浮动架刚 性连接，可浮动架沿立式导轨上下运动。
3. 根据权利要求2所述的装置，其特征在于两测量头纵向垂直于回转工作台回 转轴线。
4. 根据权利要求2所述的装覽，其特征在于两测量头横向垂直于回转工作台回 转轴线。
5. 根据权利要求2所述的装置，其特征在于两个测量头的测量范围大于被测回 转体的半径变化量。
全文摘要
本发明属于测量仪器制造及测量技术领域，特别是一种可消除零件定位误差的复杂回转体轮廓测量方法及装置。本发明的装置包括由可发射平行光幕的发射器和高精度线阵CCD构成的接收器组成的第一测量头和第二测量头、回转工作台、基座、立式导轨和浮动架组成的立式导轨系统。被测回转体零件置于回转工作台上，第一测量头和第二测量头可随浮动架沿立式导轨上下运动，且第一测量头和第二测量头在被测回转体工件的两侧径向对称分布，测量头的测量范围大于被测回转体的半径变化量。使用该方法和装置测量复杂回转体时，能够有效地自动消除零件定位误差的影响，快速测量复杂回转体的轮廓尺寸和轮廓度误差。
文档编号G01B11/245GK101629816SQ20091014833
公开日2010年1月20日 申请日期2009年6月16日 优先权日2009年6月16日
发明者冯忠伟, 周世圆, 孟凡武, 妍 尚, 徐春广, 肖定国, 贾玉平, 赵新玉, 娟 郝 申请人:北京理工大学