大型分体式螺母柱共面度检测方法

大型分体式螺母柱共面度检测方法
【专利摘要】本发明涉及大型异面曲面的检测技术，其公开了一种大型分体式螺母柱共面度检测方法，对分体式螺母柱的共面度进行准确、有效检测。该方法包括：设置测量基准，建立螺母柱工件统一坐标系，使用测量设备的扫描功能，在统一坐标系下分别对左右两侧螺纹件上对应的螺旋面进行采点，得到被测螺旋面上特征点的三维坐标值；对三维坐标值进行预处理，利用三维建模软件构造实际螺旋面，根据实际螺纹面与标准螺纹面计算单个螺旋面的共面度和分体式螺母柱的共面度。本发明适用于大型异面曲面的共面度检测。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明涉及大型异面曲面的检测技术，具体的说，是涉及一种大型分体式螺母柱 共面度检测方法。 大型分体式螺母柱共面度检测方法

【背景技术】
[0002] 对于一般尺寸的螺纹，在进行整体加工后，影响螺纹旋合、配合质量的主要参数 为：中径、螺距、牙型半角，这类工件在检测时，通常要求在圆周上均匀分布的四个位置进行 检测。而对于大型的螺母工件（如：三峡升船机螺母柱），由于加工能力限制，通常设计为分 体式，即加工过程按分体加工，将多件螺母件通过连接件、固定件组合后，再形成整体螺母。 对于这种大型的螺母工件，除了要保证单件螺母片的加工质量，更重要是保证在组合后，各 片螺母之间的相互位置和螺纹面的共面度。
[0003] 以三峡升船机螺母柱的拼装为例，在厂内采用卧式拼装的方式，每批参与拼装的 螺母柱为3节，共6片螺母片（螺纹件），如图1所示，6片螺母片组合为一段长为约15米、 小径为1. 365米、螺距为0. 45米的螺母柱；为提高生产效率和加工质量，每片螺纹件均采 用相同的结构和尺寸，单片螺纹件的螺距参数可以使用三坐标测量机等设备进行检测。组 合时，左、右两侧的螺纹件在长度方向上的起始位置需错过1/2个螺距的长度（0. 225米）， 为保证安装精度，每侧螺纹件上均设计了基准面1、基准2。安装时，首先分别将左右两边3 节螺母片基准面1的平面度调整至要求，再将起始位置差〇. 225米，保证斜面1与4共面、 斜面2与3共面，在齿顶园轴线同轴度调整完成后，需要进行螺旋面共面度和节间螺距的检 测。
[0004] 传统技术中还没有一种有效的检测方式对分体式螺母柱共面度进行检测。


【发明内容】

[0005] 本发明所要解决的技术问题是：提出一种大型分体式螺母柱共面度检测方法，对 分体式螺母柱的共面度进行准确、有效检测。
[0006] 本发明解决技术问题所采用的技术方案是：大型分体式螺母柱共面度检测方法， 包括如下步骤：
[0007] a、在分体式螺母柱的左右两侧螺纹件上分别设置基准面1、基准2、基准面3,所述 基准面1为单侧螺纹件的侧面基准，所述基准2为单侧螺纹件的齿顶圆柱轴线基准，所述基 准面3为单侧螺纹件的端面基准；
[0008] b、建立螺母柱工件统一坐标系：分别在左右两侧螺纹件的基准2上采点，使用测 量软件拟合得到螺母柱齿顶圆柱轴线，并以此作为统一坐标系的第一轴；在左侧或右侧螺 纹件的基准面1上采点，使用测量软件拟合平面，并以该平面的法线作为统一坐标系的第 二轴，坐标系的原点建立在螺母柱齿顶圆柱轴线与基准面3的交点上；
[0009] C、使用测量设备的扫描功能，在统一坐标系下分别对左右两侧螺纹件上对应的螺 旋面进行采点，得到被测螺旋面上特征点的三维坐标值；
[0010] d、对得到的特征点的三维坐标值进行预处理；
[0011] e、使用三维建模软件对经过预处理后的三维坐标值进行分析，并构造出螺纹件的 实际螺旋面；
[0012] f、计算单个螺旋面共面度：在单个实际螺旋面上选取最大值测量点和最小值测量 点，所述最大值测量点为该实际螺旋面上与标准螺旋面相比凸出程度最大的点，所述最小 值测量点为该实际螺旋面上与标准螺旋面相比凹陷程度最大的点；计算最大值测量点与标 准螺旋面上对应点之间的差值A，计算最小值测量点与标准螺旋面上对应点之间的差值B， 通过计算A与B之间的差值获得该螺旋面的共面度；
[0013] g、计算螺母柱的共面度：对构造出来的所有的实际螺旋面进行分析，在各个实际 螺旋面的最大值测量点中选取一个最大值C，并在各个实际螺旋面的最小值测量点中选取 一个最小值D，通过计算C与D之间的差值获得螺母柱的共面度。
[0014] 需要说明的是，本方案中的A、C均为正值，C、D均为负值。
[0015] 进一步，步骤c中，所述测量设备为激光扫描仪或白光扫描仪。
[0016] 进一步，步骤d中，所述对得到的特征点的三维坐标值进行预处理包括：将得到的 特征点按统计学的方法进行数据预处理，剔除测量异常值。
[0017] 本发明的有益效果是：通过测量数据采集和分析处理，得到大型分体式螺母柱螺 旋面的共面数据，可以指导螺母柱的装配，保证螺母柱装配后能正确旋合，技术指标符合要 求。

【专利附图】

【附图说明】
[0018] 图1为6片螺母片组合成的螺母柱示意图；
[0019] 图2为本发明中的共面度检测方法流程图。

【具体实施方式】
[0020] 本发明旨在提出一种大型分体式螺母柱共面度检测方法，对分体式螺母柱的共面 度进行有效检测。下面结合附图及实施例对本发明的方案作进一步的描述。
[0021] 以测量三峡升船机的螺母柱共面度为例，由于拼装后的螺纹接触面为空间曲面， 要准确测量共面度，必须先获得螺纹接触面的实际轮廓。对于实际轮廓的测量，归结为单点 测量和扫描测量两种方式，测量点数的多少，将直接影响到最终轮廓的精度，为了保证实际 轮廓测量的精度，必须选择具有连续扫描测量功能的设备进行点云数据采集。此类设备如： 激光跟踪仪扫描测头、白光扫描、激光扫描、等设备。具体设备的选用，要考虑螺母柱内测量 空间的大小、测量设备的有效测量范围（最短测量距离）和设备的测量精度。
[0022] 具体测量方式如图2所示，其包括以下实现步骤：
[0023] 步骤1、设置测量基准：在分体式螺母柱的左右两侧螺纹件上分别设置基准面1、 基准2、基准面3 (参见图1)，所述基准面1为单侧螺纹件的侧面基准，所述基准2为单侧螺 纹件的齿顶圆柱轴线基准，所述基准面3为单侧螺纹件的端面基准；
[0024] 步骤2、建立螺母柱工件统一坐标系：分别在左右两侧螺纹件的6片螺母柱齿顶圆 柱（基准2)上采点，使用测量软件拟合得到螺母柱齿顶圆柱轴线，并以此作为统一坐标系 的第一轴；在左侧或右侧螺纹件的基准面1上采点，使用测量软件拟合平面，并以该平面的 法线作为统一坐标系的第二轴，坐标系的原点建立在螺母柱齿顶圆柱轴线与基准面3的交 点上；
[0025] 步骤3、使用测量设备进行数据采集：使用测量设备的扫描功能，在统一坐标系下 分别对左右两侧螺纹件上对应的螺旋面进行采点，得到被测螺旋面上特征点的三维坐标 值；
[0026] 步骤4、对三维坐标值进行预处理：为保证测量数据的准确性，可以将得到的特征 点按统计学的方法进行数据预处理，剔除测量异常值；
[0027] 步骤5、构造实际螺纹面：利用geomegic、qualify、imageware、UG等三维建模软件 进行结构分析，构造实际螺旋面。
[0028] 步骤6、根据实际螺纹面与标准螺纹面计算相应参数：
[0029] 关于单个螺旋面共面度的计算：在单个实际螺旋面上选取最大值测量点和最小值 测量点，所述最大值测量点为该实际螺旋面上与标准螺旋面相比凸出程度最大的点，所述 最小值测量点为该实际螺旋面上与标准螺旋面相比凹陷程度最大的点；计算最大值测量点 与标准螺旋面上对应点之间的差值A(即将实际螺旋面上凸出程度最大的点与标准螺旋面 上对应点比较，该比较值为一个正值），计算最小值测量点与标准螺旋面上对应点之间的 差值B(即将实际螺旋面上凹陷程度最大的点与标准螺旋面上对应点进行比较，该比较值 为一个负值），通过计算A与B之间的差值获得该螺旋面的共面度；
[0030] 关于螺母柱共面度的计算：在全程范围内对构造出来的所有的实际螺旋面进行分 析，在各个实际螺旋面的最大值测量点中选取一个最大值C(即该点为在所有实际螺旋面 中与标准螺旋面的对应点相比凸出程度最大的点，该点与标准螺旋面上对应点进行比较的 比较值也为一个正值），并在各个实际螺旋面的最小值测量点中选取一个最小值D (即该点 为所有实际螺旋面中与标准螺旋面的对应点相比凹陷程度最大的点，该点与标准螺旋面上 对应点进行比较的比较值也为一个负值），通过计算C与D之间的差值获得螺母柱的共面 度。
[0031] 此外，本申请中还给出了螺距的测量方式：单节的螺距可以在三坐标测量机等设 备上进行测量，拼接后节间螺距的测量，由于长度尺寸大，只能使用便携式设备进行测量。 节间螺距的计算是在前述方法构造出实际螺旋面后，根据螺距的定义，在相邻的两节螺距 上，分别选取靠端部的两个牙型，计算出中径圆柱，再计算对应两点间的轴向距离。
【权利要求】
1. 大型分体式螺母柱共面度检测方法，其特征在于，包括如下步骤： a、 在分体式螺母柱的左右两侧螺纹件上分别设置基准面1、基准2、基准面3,所述基准 面1为单侧螺纹件的侧面基准，所述基准2为单侧螺纹件的齿顶圆柱轴线基准，所述基准面 3为单侧螺纹件的端面基准； b、 建立螺母柱工件统一坐标系：分别在左右两侧螺纹件的基准2上采点，使用测量软 件拟合得到螺母柱齿顶圆柱轴线，并以此作为统一坐标系的第一轴；在左侧或右侧螺纹件 的基准面1上采点，使用测量软件拟合平面，并以该平面的法线作为统一坐标系的第二轴， 坐标系的原点建立在螺母柱齿顶圆柱轴线与基准面3的交点上； c、 使用测量设备的扫描功能，在统一坐标系下分别对左右两侧螺纹件上对应的螺旋面 进行采点，得到被测螺旋面上特征点的三维坐标值； d、 对得到的特征点的三维坐标值进行预处理； e、 使用三维建模软件对经过预处理后的三维坐标值进行分析，并构造出螺纹件的实际 螺旋面； f、 计算单个螺旋面共面度：在单个实际螺旋面上选取最大值测量点和最小值测量点， 所述最大值测量点为该实际螺旋面上与标准螺旋面相比凸出程度最大的点，所述最小值测 量点为该实际螺旋面上与标准螺旋面相比凹陷程度最大的点；计算最大值测量点与标准螺 旋面上对应点之间的差值A，计算最小值测量点与标准螺旋面上对应点之间的差值B，通过 计算A与B之间的差值获得该螺旋面的共面度； g、 计算螺母柱的共面度：对构造出来的所有的实际螺旋面进行分析，在各个实际螺旋 面的最大值测量点中选取一个最大值C，并在各个实际螺旋面的最小值测量点中选取一个 最小值D，通过计算C与D之间的差值获得螺母柱的共面度。
2. 如权利要求1所述的大型分体式螺母柱共面度检测方法，其特征在于，步骤c中，所 述测量设备为激光扫描仪或白光扫描仪。
3. 如权利要求1或2所述的大型分体式螺母柱共面度检测方法，其特征在于，步骤d 中，所述对得到的特征点的三维坐标值进行预处理包括：将得到的特征点按统计学的方法 进行数据预处理，剔除测量异常值。
【文档编号】G01B21/30GK104061897SQ201410326801
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年7月10日 优先权日:2014年7月10日
【发明者】史苏存, 吴晓云, 段玲, 石小兵 申请人:二重集团（德阳）重型装备股份有限公司, 中国长江三峡集团公司