专利名称：活塞中凸型线和椭圆曲线的非接触测量系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种测量仪器，特别是一种活塞中凸型线和椭圆曲线的非接触测量系统。
背景技术：
目前，对于工件外表面的凸型轮廓和椭圆圆周回转线的测量，较为先进的测量方法是采用三坐标测量机和圆度仪进行。中凸变椭圆截面的加工和测量在机械制造中最常见的是发动机的活塞。交通运输工具的不断发展使得内燃机活塞零件在实际生产和生活中得到了越来越广泛的应用。为了降低噪声，提高热能效应等要求，目前的活塞改变了传统的设计，代之为活塞裙部呈中凸的非圆截面的复杂形状。这种中凸变椭圆的活塞零件型线复杂、轮廓加工精度高，因此对活塞的精密测量也提出了很高的要求。采用三坐标测量机和圆度仪这种高精度的仪器测量活塞，虽然已经有软件商供应使用，但是它的操作很复杂，调整时间长。而且仪器设备价格昂贵、操作需要专业人员，一般生产厂家和人员很难问经。而且它也不适宜生产车间使用和批量测量。利用千分表、千分卡尺或特殊形式千分尺测量方法，需要辅助配件以及细致的调整操作，一般测量精度低、操作、记录和计算都非常烦琐，其效率低下，很少被人采用。利用万能工具显微镜测量活塞，虽然测量精度可以保证，但是人工瞄准操作、调整、记录、计算复杂繁琐。而且它也不适宜生产车间环境下进行大批量的测量。
另外是电学测量方法，该方法大多是使用电感式微位移传感器作为测量头，与被测工件外表面相接触，通过移动探头达到测量目的。这种测量方法对中精度很难保证，因此操作调整复杂，测量中存在着阿贝测量误差和偏心误差，而且由于它的频率响应差，影响了系统响应速度。还有采取多测头的测量方法，将多个测头相并联，然而它们仍然解决不了偏心误差、操作调整困难、频率响应低等问题。仅仅是企图依靠增加经济投入来换取测量速度的提高。
发明内容
本发明和目的在于提供一种可克服上述不足，操作简单、测量精确的活塞中凸型线和椭圆曲线的非接触测量系统。
本发明的目地是这样实现的活塞中凸型线和椭圆曲线的非接触测量系统，包括有平行光照明装置，成像、光电接收装置，步进电机驱动器A，步进电机驱动器B，控制电路及计算机，其特征在于还设有二维机械装置共同构成；具体连接为作为光照射部分的平行光照明装置和作为投影接收部分的成像、光电接收装置分别位于被测物件的两侧，控制电路与成像、光电接收装置相连，控制电路还分别与步进电机驱动器A、步进电机驱动器B及计算机相连接，步进电机驱动器A连接二维机械装置的旋转电机，步进电机驱动器B连接二维机械装置的升降电机。
本发明为测量活塞的专用仪器，可以自动测量活塞裙部的中凸型线和椭圆曲线，并且可以显示活塞中凸型线和椭圆曲线的图形、打印出所测量的数据及偏差。本发明以菜单的形式显示其工作性能有活塞中凸曲线和椭圆曲线的“自动测量”、活塞“裙部中凸型线测量”、活塞特定截面高度的“椭圆曲线测量”。还可以“设置”活塞裙部中凸型线测量点位置和个数、可以“设置”活塞椭圆曲线的特定截面高度的测量位置和个数。本系统还可采用手动控制方法使活塞旋转和升降到任意的角度和位置进行测量。由于活塞裙部的测量应用了光学非接触测量方法，从而避免了测量中的表面损伤和划痕，提高了测量的响应速度。
图1是本发明整体结构示意2是二维机械装置的结构示意图具体实施方式
如图1所示活塞中凸型线和椭圆曲线的非接触测量系统，包括有平行光照明装置，成像、光电接收装置，步进电机驱动器A，步进电机驱动器B，控制电路，计算机，还设有二维机械装置共同构成；具体连接为作为光照射部分的平行光照明装置和作为投影接收部分的成像、光电接收装置分别位于被测物件的两侧，控制电路与成像、光电接收装置相连，控制电路还分别与步进电机驱动器A、步进电机驱动器B及计算机相连接，步进电机驱动器A连接二维机械装置中的旋转电机(1)，步进电机驱动器B连接二维机械装置中的升降电机(19)。本系统还设有交流电源和直流电源，其中交流电源与步进电机驱动器A、B相连，直流电源与控制电路相连。
其中平行光照明装置是由光源、集光镜、调整镜、光栏、聚光镜依次设置构成；成像、光电接收装置是由投影物镜、光栏、CCD光敏元依次设置构成。
如图2所示二维机械装置是由旋转电机(1)、主齿轮(2)、螺钉(3、18)、卡具(4)、套筒(5)、上法兰盘(6)、轴承(7、16)、副齿轮(8)、旋转轴(9)、连接盘(10、17)、滑套(11)、丝杠轴(12)、键(13)、下法兰盘(14)、螺母(15)、升降电机(19)共同构成；上法兰盘(6)与下法兰盘(14)相连构成外壳体，套筒(5)置于上法兰盘(6)顶部的凹槽内，套筒(5)的底部通过连接盘(10)与位于上、下法兰盘(6、14)内的滑套(11)相连，套筒(5)中心与滑套(11)相通，旋转轴(9)置于套筒(5)内中心处、两端通过轴承(7)与套筒(5)的顶部和底部相连，其中旋转轴(9)的上端通过螺钉(3)与位于套筒(5)顶部的卡具(4)固定相连，旋转电机(1)带动主齿轮(2)，使主齿轮(2)与固定在旋转轴(9)上的副齿轮(8)相啮合，在上法兰盘(6)的壁上设有用于控制滑套(11)方向的键(13)，螺母(15)固定于滑套(11)底部、并与位于滑套(11)内的丝杠轴(12)螺扣相连，丝杠轴(12)通过轴承(16)与下法兰盘(14)相连，且其底端通过连接盘(17)及螺钉(18)与位于下法兰盘(14)底部的升降电机(19)相连。
活塞中凸型线和椭圆曲线的非接触测量系统得到的被测活塞直径是根据公式D＝D0＋K×(N＋N′)获得，其中D是测得的活塞直径，D0为活塞直径中间的固定值，K为光学放大比率与测量系统脉冲当量之积，N、N′分别为CCD输出光敏元数值。
上述光学放大比率与测量系统脉冲当量之积为K＝S×L′/L其中S为CCD光敏元的中心间距，L′为光学物距，L为光学像距。
本系统的测量范围是95mm、360°；分辨率是0.0005mm、0.5°；测量精度是±0.002mm；测量条件是温度20℃±5℃、湿度85％以下、在车间环境、标准大气压状态下。
权利要求
1.一种活塞中凸型线和椭圆曲线的非接触测量系统，包括有平行光照明装置，成像、光电接收装置，步进电机驱动器A，步进电机驱动器B，控制电路及计算机，其特征在于还设有二维机械装置共同构成；具体连接为作为光照射部分的平行光照明装置和作为投影接收部分的成像、光电接收装置分别位于被测物件的两侧，控制电路与成像、光电接收装置相连，控制电路还分别与步进电机驱动器A、步进电机驱动器B及计算机相连接，步进电机驱动器A连接二维机械装置的旋转电机，步进电机驱动器B连接二维机械装置的升降电机。
2.根据权利要求1所述的活塞中凸型线和椭圆曲线的非接触测量系统，其特征在于，二维机械装置是由旋转电机、主齿轮、螺钉、卡具、套筒、上法兰盘、轴承、副齿轮、旋转轴、连接盘、滑套、丝杠轴、键、下法兰盘、螺母、连接盘、升降电机共同构成；上法兰盘与下法兰盘相连构成外壳体，套筒置于上法兰盘顶部的凹槽内，套筒的底部通过连接盘与位于上、下法兰盘内的滑套相连，套筒中心与滑套相通，旋转轴置于套筒内中心处、两端通过轴承与套筒的顶部和底部相连，其中旋转轴的上端通过螺钉与位于套筒顶部的卡具固定相连，旋转电机带动主齿轮，使主齿轮与固定在旋转轴上的副齿轮相啮合，在上法兰壁上设有用于控制滑套方向的键，螺母固定于滑套底部、并与位于滑套内的丝杠轴螺扣相连，丝杠轴通过轴承与下法兰相连，且其底端通过连接盘及螺钉与位于下法兰底部的升降电机相连。
3.根据权利要求1所述的活塞中凸型线和椭圆曲线的非接触测量系统，其特征在于，系统得到的被测活塞直径是根据公式D＝D0＋K×(N＋N′)获得，其中D是测得的活塞直径，D0为活塞直径中间的固定值，K为光学放大比率与测量系统脉冲当量之积，N、N′分别为CCD输出光敏元数值。
4.根据权利要求3所述的活塞中凸型线和椭圆曲线的非接触测量系统，其特征在于，光学放大比率与测量系统脉冲当量之积为K＝S×L′/L其中S为CCD光敏元的中心间距，L′为光学物距，L为光学像距。
5.根据权利要求1所述的活塞中凸型线和椭圆曲线的非接触测量系统，其特征在于，本系统还设有交流电源和直流电源，其中交流电源与步进电机驱动器相连，直流电源与控制电路相连。
全文摘要
活塞中凸型线和椭圆曲线的非接触测量系统,具体构成是:作为光照射部分的平行光照明装置和作为投影接收部分的成像、光电接收装置分别位于被测物件的两侧,控制电路与成像、光电接收装置相连,控制电路还分别与步进电机驱动器A、步进电机驱动器B及计算机相连接,步进电机驱动器A连接二维机械装置的旋转电机,步进电机驱动器B连接二维机械装置的升降电机。本发明可以自动测量活塞裙部的中凸型线和椭圆曲线,显示活塞中凸型线和椭圆曲线的图形、打印出所测量的数据及偏差。本系统还可采用手动控制方法使活塞旋转和升降到任意的角度和位置进行测量。由于活塞裙部的测量应用了光学方法,从而避免了测量中的表面损伤和划痕,提高了测量的响应速度。
文档编号G01B11/24GK1332363SQ01130809
公开日2002年1月23日 申请日期2001年8月24日 优先权日2001年8月24日
发明者樊玉铭 申请人:天津大学