专利名称：利用三坐标机测量定方向孔径的方法
技术领域：
本发明涉及一种产品的孔径测量方法。
背景技术：
根据现有三坐标测量机原程序设置的测量孔径的原理，其测量孔径的方法为在同一个圆截面上采若干个点(可以根据实际需要设置)，由这些点拟合成一个最小二乘圆(如图1中的直径为φ的圆)，三坐标测量机处理程序将把最小二乘圆的直径作为被测孔的直径。通过这种方法得出的孔的直径实际上是该孔在这一截面上的平均直径，这与孔在某一规定方向的实际直径有偏差，这种偏差在实际应用中有时会导致不可忽视的测量误差。如图1所示，对于同一个圆，用三坐标测量机原程序检测出的直径值为φ(即最小二乘圆直径)，而实际需要检测的直径在φ′(或φ″)的位置，其直径值应为φ′(或φ″)，两者会产生一个误差φ-φ′(或φ-φ″)，这种误差值最大可达被测孔的圆度误差，比如孔的圆度误差为8μm，则测量直径的最大误差可达8μm。被测孔的圆度误差越大，这种测量方法产生的误差就越大。
随着科学技术的日新月异，代表着先进技术领域的汽车发动机制造业制造水平在不断提高，同时出现了许多在线的高、精、尖检测设备，在这些检测设备的严格把关下，发动机的品质不断提高。从长远看，高精度检测设备不仅提高了检测的准确率，而且大大提高了工作效率，降低了发动机制造成本，同时它还代表了发动机制造厂的水平。
高精度检测设备在各发动机制造厂的生产线上得到了越来越多的应用，如国际著名的在线检测设备著名生产厂家意大利MARPOSS(马波斯)公司生产的缸体、缸盖在线检测仪，德国HOMMELWERKE(霍梅尔)公司生产的缸盖在线检测仪等。
随着高精度检测设备在生产中的广泛应用，如何认定检测设备本身的精度是否符合工艺要求，给计量部门提出了新的课题。由于这些设备都是专用设备，结构和检测原理特殊，且精度高，传统的量值传递方式对其存在一定的局限性。
以意大利MARPOSS公司的M125型电感检测机为例，该检测机精度高，仪器的不确定度小于或等于4μm，为全自动检测设备。其测量原理如图2所示在圆柱测头的直径两端分别布置成对的传感器，当测量工作进行时，圆柱测头进入孔内，传感器与内孔接触，通过1号和2号传感器检测出上圆截面的直径，3号和4号传感器检测出中间圆截面的直径，5号和6号传感器检测出下圆截面的直径，根据需求取相应的圆截面的直径值。
要确认其检测精度是否符合要求，只能采用常用的计量器具量值传递方法——比对法，即借助一个工件，将电感检测机测量得出的值与计量标准仪器测量同一工件得出的值进行比对，其差值是否在误差范围内。由于电感检测机的不确定度小于或等于4μm，根据量值传递原则，用于量值比对的计量标准仪器的不确定度应小于1.3μm。虽然象万能工具显微镜、测长仪、测长机、孔径测量仪等精密计量仪器精度能满足要求，但是由于测量范围的限制，用都无法对工件实现测量，而计量型三坐标测量机虽然测量范围能够满足，但由于测量原理的不同，会产生不可忽视的方法误差(如前面的描述)，从而无法满足检测设备量值传递的要求。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术存在的上述不足，提出一种三坐标测量机测量定方向孔径的方法，提高测量精度，适应在线高精度检测设备的量值传递要求。
本方法是用三坐标测量机分别测量被测孔在规定方向上的直径的两端点，再连接两端点之间的距离，得出孔在规定方向上的直径(部分三坐标测量机需进行测头补偿)，即点对点测量。这种方法的关键在于合理建立坐标系，在三坐标测量机上测量内孔最小二乘圆的直径时，对建立坐标系没有特殊要求，但是三坐标测量定方向孔径时，如果坐标系建立不正确，测量的可能不是孔的直径，而可能是圆的弦长，或者是椭圆的直径或弦长。
本测量方法的步骤如下1、首先在待侧孔中建立空间坐标系(1)将测量的空间坐标系空间坐标Z轴建立在被测元素(即被测量孔)的轴线上；(2)将坐标原点建立在被测圆的圆心上，被测圆的圆心可以通过孔的轴线和圆柱孔的端面相交得到；(3)让X轴通过被测圆的圆心；(4)根据已经确立的Z轴、X轴和坐标原点自动生成Y轴，即组成一个固定的空间坐标系；2、通过三坐标机的程序设置，让三坐标探针沿X轴方向移动，分别检测孔径的两个端点A1点和B1点，通过三坐标数据处理程序，连接A1和B1的距离，即为孔在X方向的直径。
根据空间坐标原理可知，在某一坐标系内，任意一个空间点都可以用空间坐标(x，y，z)表示，当坐标系发生变化时，其坐标值x，y，z也将发生变化。在我们的测量过程中，首先考虑建立坐标系的Z轴坐标，一旦Z轴确定了，在三坐标测量机程序内与Z轴垂直的XY平面就自动生成了，因为三坐标探针是沿着坐标平面和坐标轴移动的，因此如果Z轴偏离至Z′，如图3A和图3B所示，将导致XY平面倾斜，测量得出的结果将不是圆截面，而是椭圆截面，从而得出的直径也不是圆的直径，而是椭圆的轴，即在建立Z轴时，要避免垂直度误差，在本三坐标测量定方向孔径方法中，解决的办法是将测量的空间坐标系空间坐标Z轴建立在被测元素上，能非常有效的避免垂直度误差；再考虑X轴的建立，如图4所示，建立的X轴不可以发生平移，如果发生平移，三坐标测量机的探针沿着X轴测量出的将不是圆的直径，而是弦长，在三坐标测量定方向孔径方法中，解决的办法是让X轴通过被测圆的圆心；同时将坐标原点建立在被测圆的圆心上，三坐标测量机将根据已经确立的Z轴，X轴、坐标原点自动生成Y轴，组成一个固定的坐标系。
可见，原来在三坐标测量机上检测孔径时，测量结果为孔的平均直径，有时与实际需求状态有较大差异；而本三坐标测量定方向孔径方法，在合理建立坐标系的情况下，可以根据实际需要，准确地检测孔在任意方向上的直径。
将本方法使用在线高精度检测设备的量值传递工作，分别用三坐标测量机和在线高精度检测设备对同一工件进行检测，通过对检测结果进行比对，能够正确计算在线高精度检测设备的不确定度，从而判定设备是否符合工艺要求。通过三坐标测量定方向孔径方法，有效地消除了以上量值传递中的方法误差。
经申请人对本方法的可靠性进行考核显示分别用不确定度小于1.2μm的三坐标测量机和不确定度小于0.5μm的精密孔径仪测量同一个环规同一个位置的直径，比较两个测量结果，其差值在允许的误差范围内。
图1是三坐标机测量最小二乘圆孔径和定方向孔径原理比较2是意大利MARPOSS公司的M125型电感检测机检测原理3A和图3B是测量误差分析4是测量过程示意图具体实施方式
这里以三坐标测量机检测三缸发动机缸体缸孔直径为例，来说明三坐标测量定方向孔径方法的具体过程。
如图4所示，测量第一个缸孔X方向的直径时，首先测量一个圆柱(即缸孔1)，得出缸孔1的轴线，作为坐标Z轴；在缸孔1内测量一个圆，投影在XY平面上，用同一方法再在缸孔2(或者缸孔3)内测量一个圆，连接O1和O2(或O3)成一条直线，作为X轴；把坐标原点O建立在缸孔1的轴线上，仪器将自动生成检测缸孔1孔径的坐标系。通过程序设置，让三坐标探针沿X轴方向移动，分别检测A1点和B1点，通过三坐标数据处理程序，连接A1和B1的距离，即为缸孔1在X方向的直径。
如果需要测量其它任意一个方向的直径，只要将坐标系围绕Z轴旋转所需要的角度，在新坐标系下用以上方法即可实现测量。
权利要求
1.利用三坐标测量机测量定方向孔径的方法，测量步骤如下(1)首先在待侧孔中建立空间坐标系将测量的空间坐标系空间坐标Z轴建立在被测量孔的轴线上；将坐标原点建立在被测圆的圆心上，被测圆的圆心通过被测量孔的轴线和孔的端面相交得到；让X轴通过被测圆的圆心；根据已经确立的Z轴、X轴和坐标原点自动生成Y轴，即组成一个固定的空间坐标系；(2)通过三坐标机的程序设置，让三坐标探针沿X轴方向移动，分别检测孔径的两个端点A1点和B1点，计算连接A1和B1的距离，即为孔在X方向的直径。
全文摘要
本发明公开一种利用三坐标测量机测量定方向孔径的方法，测量步骤如下(1)首先在待侧孔中建立空间坐标系将测量的空间坐标系空间坐标Z轴建立在被测量孔的轴线上；将坐标原点建立在被测圆的圆心上，被测圆的圆心通过被测量孔的轴线和孔的端面相交得到；让X轴通过被测圆的圆心；根据已经确立的Z轴、X轴和坐标原点自动生成Y轴，即组成一个固定的空间坐标系；(2)通过三坐标机的程序设置，让三坐标探针沿X轴方向移动，分别检测孔径的两个端点A
文档编号G01B21/02GK1737495SQ20051005716
公开日2006年2月22日 申请日期2005年7月12日 优先权日2005年7月12日
发明者曾祥丽, 吴永华 申请人:长安汽车(集团)有限责任公司