一种曲轴各轴颈中心位置度测量装置及测量和标定方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种曲轴各轴颈中屯、位置度测量。特别是设及一种曲轴各轴颈中屯、位 置度测量装置及测量和标定方法。
【背景技术】
[0002] 曲轴是活塞式发动机中的一个重要零件，它用来支撑连杆、活塞等传动部件，组成 曲柄连杆机构。发动机工作时，活塞向下的推力经连杆传到曲轴，曲轴承受冲击载荷将活塞 的往复运动变为曲轴绕其自身轴线的旋转运动，W传递扭矩实现向外输出功率。曲轴各部 分轴颈的位置精度将直接决定连杆、活塞的配合、旋转精度，导致摩擦、振动和噪声等现象， 影响发动机的寿命及能耗。
[0003] 在曲轴轴颈的位置度测量上，主要是对各轴颈中屯、相对位置进行测量。如，一个四 缸发动机的曲轴，其主轴轴线上至少存在7个W上轴颈巧个支撑用主轴颈，2个对外连接用 轴颈），其同轴度是重要检验参数。此外，与连杆连接有4个偏屯、轴颈，其偏屯、距、彼此间的 相位位置都是生产线中要求的检测项目。位置度测量与单一尺寸测量不同，必须在有坐标 依据的装置上完成。目前能够对曲轴各轴颈中屯、位置度实施测量的最通用仪器是曲轴综合 测量仪，该测量仪的核屯、部分包括一个精密轴系，一个精密角坐标测量装置和一个垂轴径 向尺寸测量装置。垂轴径向尺寸测量装置亦可简单称之为测头。一台测量仪仅配置一个测 头。一个四缸曲轴，超过11个轴颈，是要依次逐一测量，最后给出评定结果。此类测量仪精 度高，但单次测量耗时较长，价格昂贵难W大批量配置。在实际生产中，只能承担很低频次 的零件抽检。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是，提供一种符合生产线测量精度要求、非接触式、高 效自动化的曲轴各轴颈中屯、位置度测量装置及测量和标定方法。
[0005] 本发明所采用的技术方案是：一种曲轴各轴颈中屯、位置度测量装置，包括测量装 置底座，在所述的测量装置底座上面沿长度方向的一端设置有一个用于支撑被测曲轴的油 封轴颈的前颈托，另一端与所述的前颈托相对称的设置有一个用于支撑被测曲轴的齿轮轴 颈的后颈托，在所述的前颈托和后颈托之间设置有3个W上的与所述被测曲轴的主轴颈相 对应的主轴颈测量架，在每两个主轴颈测量架之间设置有一个与所述被测曲轴的偏屯、轴颈 相对应的偏屯、轴颈测量架，每一个主轴颈测量架和每一个偏屯、轴颈测量架上分别设置有两 个用于对所述主轴颈或偏屯、轴颈进行测量的激光位移传感器。
[0006] 所述的主轴颈测量架是由具有倾斜平面的第一支架和具有倾斜平面平面的第二 支架一体构成的V型结构，所述的用于对所述的主轴颈进行测量的两个激光位移传感器分 别设置在所述第一支架和第二支架上，并且，所述两个激光位移传感器的激光射线相交于 一点。
[0007] 所述第一支架和第二支架上的两个激光位移传感器激光射线的相交点距被测曲 轴的偏屯、轴颈的轴屯、ο- 1mm处。
[0008] 所述两个激光位移传感器的激光射线相交形成的平面与被测曲轴的轴向中屯、线 相垂直。
[0009] 所述的偏屯、轴颈测量架是由具有水平平面的水平支架和具有垂直平面的垂直支 架一体构成的L型结构，所述的用于对所述的偏屯、轴颈进行测量的两个激光位移传感器分 别设置在所述水平支架和垂直支架上，并且，所述两个激光位移传感器的激光射线相交于 一点。
[0010] 分别设置在所述水平支架和垂直支架上的两个激光位移传感器激光射线的相交 点距被测曲轴的偏屯、轴颈的轴屯、0 - 1mm处。
[0011] 一种曲轴各轴颈中屯、位置度测量装置的测量方法，是在曲轴各轴颈的外圆直径d 已知，且圆度误差在精度范围内忽略不计的前提下，包括如下步骤：
[0012] 1)根据被测曲轴偏屯、轴颈和主轴颈的尺寸调整测量装置中所对应的偏屯、轴颈测 量架和主轴颈测量架，使各偏屯、轴颈测量架和各主轴颈测量架上的两个激光位移传感器的 出射激光线临近被测曲轴偏屯、轴颈和主轴颈轴屯、的设定位置；
[0013] 2)分别将测量装置中各偏屯、轴颈测量架和各主轴颈测量架的水平面和非水平面 的交点作为所对应的坐标系原点0,各偏屯、轴颈测量架和各主轴颈测量架的水平面作为所 对应的坐标系X轴，设经过各坐标系原点0并与对应的X轴垂直的直线为相应的坐标系Y 轴；
[0014] 3)分别读取各偏屯、轴颈测量架和各主轴颈测量架上所对应的两个激光位移传感 器的测量值；
[0015] 4)通过步骤3)的测量值，得到被测曲轴偏屯、轴颈和主轴颈外圆表面在所对应的 偏屯、轴颈测量架或主轴颈测量架坐标系上的两个坐标；
[0016] 5)设被测曲轴偏屯、轴颈和主轴颈的轴屯、点为K，各轴屯、点K所对应的偏屯、轴颈测 量架或主轴颈测量架上坐标系内的坐标为（Xk，yk);
[0017] 6)位于被测曲轴偏屯、轴颈或主轴颈的外圆表面的光斑点A、B两点与被测曲轴偏 屯、轴颈或主轴颈的轴屯、点K满足W下计算关系式：
[0020]
[002。 上式中，kLy、Θ1、Θ2是经标定得到的常数，d是已知的轴颈直径，L1、L2是激光 位移传感器的测量值，在安装好的测量装置中被测曲轴偏屯、轴颈或主轴颈轴屯、的初步位置 已知，并作为轴屯、点K在测量架坐标系内的坐标（Xk，yk)的预值及取值范围，求解出轴屯、点 K在测量架坐标系内的坐标（而，yJ，即W对应的偏屯、轴颈测量架或主轴颈测量架为基准的 被测曲轴偏屯、轴颈或主轴颈的相对圆屯、位置；
[002引 7)设各偏屯、轴颈测量架和各主轴颈测量架的独立坐标系为o"-、Y。，现慢装置底座 的坐标系为0-XY，则独立坐标系与底座坐标系之间的转换关系利用下式完成：
[0023]
[0024] 上式中，各偏屯、轴颈测量架和各主轴颈测量架独立坐标系与测量装置底座1坐标 系间的旋转角度α。及偏移量（x。^，y"A)都是通过标定过程来获得；η为各偏屯、轴颈测量架 和各主轴颈测量架的序列号，取η为1 - 17 ;将所有不同坐标系下曲轴各偏屯、轴颈和各主 轴颈中屯、位置坐标统一到一个坐标系后，即得到曲轴各偏屯、轴颈和各主轴颈中屯、位置度。 [00巧]步骤1)所述的设定位置是距被测曲轴偏屯、轴颈和主轴颈轴屯、的0 - 1mm处。
[0026] 步骤4)所述的被测曲轴各偏屯、轴颈和各主轴颈外圆表面的两个坐标的获得是：
[0027] (1)设各偏屯、轴颈测量架或各主轴颈测量架水平面上的激光位移传感器和非水平 面上的激光位移传感器的两条激光射线在对应的被测曲轴偏屯、轴颈或主轴颈的外圆表面 打出的光斑点分别对应为A和B;
[0028] (2)设各偏屯、轴颈测量架或各主轴颈测量架水平面上的激光位移传感器的激光射 线与X轴的交点为A'，交点A'距坐标系原点0的距离为Ly，激光射线在顺时针方向上与X 轴夹角为0 1，该激光位移传感器测得光斑点A与交点A'间距离为Li，得光斑点A点坐标 (Ly+LicosΘ1，LisinΘ1);设各偏屯、轴颈测量架或各主轴颈测量架非水平面上的激光位移传 感器的激光射线与Y轴的交点B'，交点B'距坐标系原点0的距离为Ly，激光射线在顺时针 方向上与Y轴夹角为0 2,该激光位移传感器测得光斑点B与交点B'间距离为L2,得光斑点 B点坐标化2sinΘ2,Ly-LzcosΘ2)。
[0029] -种曲轴各轴颈中屯、位置度测量装置的标定方法，在对偏屯、轴颈测量架或主轴颈 测量架的虚拟坐标系的标定过程中，选择一个经过应力释放的曲轴，利用曲轴综合测量仪 或其它精度满足曲轴测量要求的仪器，对所述曲轴的各个参数，包括各轴颈直径、圆度和各 轴颈中屯、位置度进行综合测量；将所述曲轴作为溯源用标准曲轴；将标准曲轴放置在曲轴 各轴颈中屯、位置度测量装置的底座前颈托和后颈托上，读取各激光位移传感器的数值，结 合已知的相对轴屯、位置，利用下述式反推出对应的