本发明属于机械工程中的测量技术领域，确切的说，涉及一种孔类零件的孔内径在线测量方法，用于数控机床加工中的孔内径的在线测量。
背景技术：
在机械工程中，孔类零件是很典型的机械零件，孔类零件通常与轴或轴承等零件配合，配合精度是保证机械装置性能的至关重要的因素。因而高精度的孔类零件的加工和尺寸误差的检测就显得尤为重要。
传统的孔内径测量主要有两种方法：第一种，手工测量法，该方法多采用螺旋测微移或千分尺等量具进行测量，效率低，劳动强度大，且受测量环境和操作人员的影响，测量结果存在较大的人为误差，而且对大型或巨型孔类零件的孔进行手工测量是很困难的，甚至是不可能的；第二种，基于坐标测量法，比较典型的是采用三坐标测量机进行测量，这种方法通用性强，但属于离线测量，测量时要将零件从加工机床上移动到三坐标测量机上，需要重复装夹，且如果零件尺寸超差，需要进一步的精加工的话，孔类零件还得重新上机床，再次装夹，会影响二次加工精度。为了弥补上述缺陷，本发明提出一种孔类零件的孔内径在线测量方法，通过这种方法，我们可以在零件孔加工完以后，直接在数控机床上对孔径进行在线测量，如果尺寸超差，可以方便地根据误差数据进行二次加工，不仅保证加工精度，而且大大节约二次装夹的时间。利用该方法，经过一定的数据处理，也可以方便地在线获得孔的圆柱度等形位误差，进行误差补偿。
技术实现要素：
本发明针对工程中的实际问题，提供了一种孔内径在线测量方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
1、孔类零件（2）上的孔在数控机床（1）上加工完成后，停止加工，升起刀头，拆下刀柄，然后将测杆（4）及测头（3）装夹到机床主轴上，测头（3）上有传感器，当测头（3）与待测孔内壁接触时可发出信号，数控机床（1）接收此信号后立即驱动测头（3）反向沿原路径返回起始点。
2、待孔类零件（2）冷却至室温后再开始测量，首先启动专用测量工具包，人工规划机床运动路径，设定运动参数，然后专用测量工具包进行数控自动编程，数控机床（1）按给定数控程序驱动测头（3）至待测孔轴心附近o'处，并降下测头（3）于待测孔内任意高度位置的截面上，然后数控机床（1）驱动测头（3）沿径向直线运动，当测头（3）与待测孔内壁a点接触时发出信号，测量工具包自动记录测头（3）与待测孔内壁a点接触时测头中心位置坐标a(x1,y1)，同时，数控机床（1）驱动测头（3）反向沿原路径返回起始点o'处。
3、数控机床（1）继续按给定数控程序驱动测头（3）沿与第一次径向运动方向成120o角度做径向直线运动，当测头（3）与待测孔内壁b点接触时发出信号，测量工具包自动记录测头（3）与待测孔内壁b点接触时测头中心位置坐标b(x2,y2)，同时，数控机床（1）驱动测头（3）再次反向沿原路径返回起始点o'处。
4、类似地，数控机床（1）继续按给定数控程序驱动测头（3）沿与第二次径向运动方向成120o角度做径向直线运动，当测头（3）与待测孔内壁c点接触时发出信号，测量工具包自动记录测头（3）与待测孔内壁c点接触时测头中心位置坐标c(x3,y3)，同时，数控机床（1）驱动测头（3）再次反向沿原路径返回起始点o'处，并升起测头（3）。这样，利用数控机床（1）的运动控制和测头传感器，可以获得测头（3）与待测孔内壁接触时的测头中心位置坐标。
5、专用测量工具包，根据所记录的测头中心位置坐标a(x1,y1)、b(x2,y2)、c(x3,y3)，自动解算出待测孔在该截面上的内径d和圆心坐标o(xo,yo)，其算法如下：
待测孔圆心坐标o(xo,yo)为
式（1）中，
式（2）、式（3）中，i，j分别为第n次测点和第n+1次测点，
测头中心圆半径r为
式（4）中，i为第n次测点，
则孔内径d为
式（5）中，i为第n次测点，d为测头直径。
附图说明：
图1：本发明测量装置示意图；
图2：孔内径在线测量测头运动路径示意图。
具体实施方式：
下面结合附图1和图2和对本发明所述的方法做进一步的具体实施说明。
本发明所述的一种轴孔内径在线测量方法，包含以下步骤：
1.当孔类零件（2）上的孔在数控机床（1）上加工完成后，停止加工，升起刀头，拆下刀柄，然后将测杆（4）及测头（3）装夹到机床主轴上，待孔类零件（2）冷却至室温后再开始测量。
2.将数控机床（1）置于在线测量功能模式，启动专用测量工具包，人工规划机床运动路径，设定运动参数，然后专用测量工具包进行数控自动编程，数控机床（1）按给定数控程序驱动测头（3）至待测孔轴心附近o'处，并降下测头（3）于待测孔内任意高度位置的截面上。
3.数控机床（1）驱动测头（3）按图2所示的运动路径①→②→③→④→⑤→⑥顺序运动，当测头（3）与待测孔内壁a点接触时发出信号，测量工具包自动记录测头（3）与待测孔内壁a点接触时测头中心位置坐标a(x1,y1)，同时，数控机床（1）驱动测头（3）反向沿原路径返回起始点o'处。
4.数控机床（1）继续驱动测头（3）按规划路径向b点做径向直线运动，当测头（3）与待测孔内壁b点接触时发出信号，测量工具包自动记录测头（3）与待测孔内壁b点接触时测头中心位置坐标b(x2,y2)，同时，数控机床（1）驱动测头（3）再次反向沿原路径返回起始点o'处。
5.数控机床（1）继续驱动测头（3）按规划路径向c点做径向直线运动，当测头（3）与待测孔内壁c点接触时发出信号，测量工具包自动记录测头（3）与待测孔内壁c点接触时测头中心位置坐标c(x3,y3)，同时，数控机床（1）驱动测头（3）再次反向沿原路径返回起始点o'处，并升起测头（3）。
6.根据所记录的测头中心位置坐标a(x1,y1)，b(x2,y2)，c(x3,y3)，解算出待测孔在该截面上的内径d和圆心坐标o(xo,yo)，其算法如下：
如图2所示，根据所记录的测头中心位置坐标a(x1,y1)，b(x2,y2)，c(x3,y3)与圆心o(xo,yo)之间的位置关系，可得
解方程组得到圆心坐标
式（2）中
式（3）、式（4）中，i，j分别为第n次测点和第n+1次测点，
把（2）代入（1）可得测头中心圆半径r为
式（5）中，i为第n次测点，
则待测孔内径d为
式（6）中，i为第n次测点，d为测头直径。
7.重复步骤2—6，可得到待测孔其它任意截面上的内径和圆心坐标。
上述实施例是对本发明的上述内容作进一步说明，但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于上述实施例。凡基于上述内容所实现的技术均属于本发明的范围。