基于激光位移传感器的轴颈轴心测量装置及测量标定方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种轴类零件轴颈的轴心测量装置。特别是涉及一种基于激光位移传 感器的轴颈轴心测量装置及测量标定方法。
【背景技术】
[0002] 轴类零件是机械行业的典型零件，它主要用来支撑传动零部件，传递扭矩和承受 载荷。轴类零件的各部分轴颈的相互位置精度和几何形状误差都将直接决定传动零部件的 配合、旋转精度，导致摩擦、振动和噪声等现象，影响轴类零件的寿命及系统能耗。
[0003] 在轴类零件的轴颈以及几何形状误差测量上，可以通过游标卡尺、通止规、气动量 仪等仪器设备进行快速检测，技术成熟可靠。在轴颈彼此间的相互位置精度测量上，轴颈的 轴心位置测量是其中的关键步骤。相对于轴颈直径、圆度等几何量，轴心位置近乎是一种虚 拟存在，无法直接测量，通常依靠测量轴颈外圆表面来间接获得圆心的相对位置。
[0004] 外圆表面测量有影像、接触式测头、气动测量等手段。影像测量受制于光学景深， 测量精度较差;接触式测头的测量力易造成被测轴类零件的轴颈表面划伤，且不便于在生 产线中的在机测量;气动量测量方式的测量精度高但量程范围小，且对测量环境要求高。
[0005] 目前获得轴类零件外部直径的测量方法很多，就轴类零件的相对位置度精度要求 而言，轴类零件的圆度误差可以忽略不计。在工业生产线的实际测量中，把轴颈外表圆面视 作理想圆，其所求解的轴心位置度在误差范围内是可以接受的。
【发明内容】
[0006] 本发明所要解决的技术问题是，提供一种在已知被测轴类零件轴颈直径，且圆度 误差忽略不计前提下，能够实现一种测量范围大、通用性强、测量精度高的基于激光位移传 感器的轴颈轴心测量装置及测量标定方法。
[0007] 本发明所采用的技术方案是：一种基于激光位移传感器的轴颈轴心测量装置，包 括有用于设置在已固定好的轴类零件的轴颈侧边用于对轴类零件的轴颈进行测量的测量 架，所述的测量架是由具有水平平面的横向支架和具有非水平平面的竖向支架一体连接构 成，所述横向支架的水平平面与所述竖向支架的非水平平面形成有大于〇度小于180度的夹 角，所述横向支架的水平平面上设置有第一激光位移传感器，所述竖向支架的非水平平面 上设置有第二激光位移传感器。
[0008] 所述第一激光位移传感器的激光射线和第二激光位移传感器的激光射线相交于 一点。
[0009] 所述第一激光位移传感器的激光射线和第二激光位移传感器的激光射线相交形 成的平面与轴类零件的轴颈的轴向中心线相垂直。
[0010]所述第一激光位移传感器的激光射线和第二激光位移传感器的激光射线的相交 点距被测轴类零件的轴颈的轴心0 - lmm处。
[0011] -种基于激光位移传感器的轴颈轴心测量装置的测量方法，是在已知被测轴类零 件轴颈的直径d，且轴颈圆度误差忽略不计的前提下，包括如下步骤：
[0012] 1)根据被测轴类零件的尺寸调整测量装置，使测量装置上的两个激光位移传感器 的出射激光线临近被测轴类零件轴心的设定位置；
[0013] 2)将测量装置中测量架的水平面和非水平面的交点作为坐标系原点0,测量架的 水平面作为坐标系X轴，设经过坐标系原点0并与X轴垂直的直线为坐标系Y轴；
[0014] 3)分别读取两个激光位移传感器的测量值；
[0015] 4)通过步骤3)的测量值，得到被测轴类零件的轴颈外圆表面的两个坐标；
[0016] 5)设被测轴类零件的轴颈轴心点为K，轴心点K在测量架坐标系内的坐标为（Xk， yk)；
[0017] 6)位于被测轴类零件轴颈外圆表面的光斑点A、B两点与所述轴颈的轴心点K满足 以下计算关系：
[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，。^…乂是经标定得到的常数川是已知的被测轴类零件轴颈直径，!^、 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轴类零件轴颈轴心的初步位置 已知，并作为轴心点K在测量架坐标系内的坐标(Xk，yk)的预值及取值范围，求解出被测轴类 零件轴心点K在测量架坐标系内的坐标(Xk，yk)，即以测量架为基准的被测轴类零件轴颈的 相对圆心位置。
[0022] 步骤1)所述的设定位置是距被测轴类零件轴心的0 - 1mm处。
[0023]步骤4)所述的被测轴类零件的轴颈外圆表面的两个坐标的获得是：
[0024](1)设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 激光射线在被测轴类零件的轴颈外圆表面打出的光斑点分别对应为A和B;
[0025] (2)设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 坐标系原点〇的距离为Lx，激光射线在顺时针方向上与X轴夹角为0:，该激光位移传感器测得 光斑点A与交点A'间距离为1^，得光斑点A点坐标设测量架非水平面 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92，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13点坐标(L2sin02，Ly-L2C〇s02)。
[0026] 一种基于激光位移传感器的轴颈轴心测量装置的标定方法，是在测量装置中测量 架的水平面和非水平面相垂直的前题下，包括如下步骤：
[0027] 1)将测量装置中测量架的水平面和垂直面的交点作为坐标系原点0,测量架的水 平面作为坐标系X轴，测量架的垂直面作为坐标系Y轴；
[0028]2)选择一个与待测轴类零件轴颈直径相同，数值已知的针规固定在测量位置处；
[0029] 3)用其他测量位置的仪器测出针规圆心在测量架坐标系中的坐标值KUk，yk);
[0030] 4)调整水平面上的激光位移传感器，使所述激光位移传感器出射激光线与测量架 的水平面相垂直；
[0031] 5)水平移动步骤4)中所述的激光位移传感器，当所述的激光位移传感器测量值最 小时，即竖直激光射线正好过针规的轴心，固定激光位移传感器，此时测量激光射线出射点 与坐标系原点0的距离Lx即是预标定值，并获得测量值1^，即针规外表面与坐标系X轴的距 离；
[0032] 6)调整垂直面上的激光位移传感器，使所述激光位移传感器出射激光线与测量架 的垂直面相垂直；
[0033] 7)水平移动步骤6)中所述的激光位移传感器，当所述的激光位移传感器测量值最 小时，即水平激光射线正好过针规的轴心，固定激光位移传感器，此时测量激光射线出射点 与坐标系原点0的距离Ly即是预标定值，并获得测量值1^2，即针规外表面与坐标系Y轴的距 离；
[0034] 8)将测量值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] 至此测量架全部参数已知，完成标定。
[0039]本发明的基于激光位移传感器的轴颈轴心测量装置及测量标定方法，测量范围 大、通用性强、测量精度高。能够克服影像、接触式测头、气动测量等方法存在的问题，方便 工业在线、在机测量使用。本发明有益效果如下：
[0040] 1、测量的通用性:通过修改测量架高度及传感器位置，该测量装置可以适应不同 尺寸和形状的轴颈，测量范围大通用性强。
[0041] 2、测量的安全性:本方案采用的是非接触式测量，通过激光位移传感器的测量射 线提取被测轴颈的表面坐标信息。相对于接触式测量检测，不存在划伤工件的缺陷，也不会 因不同测量人员的测量力不同而产生额外的随机误差。
[0042] 3、测量的精确性:采用高精度激光位移传感器作为测量射线，能够快速、精确地测 出被测轴到