专利名称：一种形位公差测量方法
技术领域：
本发明提出一种公差测量方法，特别是涉及一种形位公差的测量方法。
背景技术：
形位公差包括直线度、平面度、垂直度、圆跳动等。形位公差对于保证零件质量具 有重要意义，如径向圆跳动公差过大极易导致动不平衡的出现，并使零件和支撑轴承等磨 损乃至损坏。目前普遍采用的形位公差测量方法主要是机械式百分表。百分表是利用齿条 齿轮或杠杆齿轮传动，将测杆的直线位移变为指针的角位移的计量器具。主要用于测量制 件的尺寸和形状、位置误差等。分度值为0.01毫米，测量范围为0-3、0-5、0-10毫米。百 分表需要接触零件表面进行测量，测量结果直观，但测量效率低，精度有限。近年来，也有采用光学方法测量形位公差的，光学测量精度高，对操作环境要求 高，使用不便，成本也很高。霍尔效应发现至今已一百多年，而投入实际应用则是最近三十年的事。今天，霍尔 元件已经广泛于工业领域，包括汽车、计算机和飞机等。霍尔传感器测量精度高、可靠性好， 可用于位移测量、转速测量、位置监测等。霍尔传感器可以测量微小位移，但测量范围窄，且 测量位移时需要复杂的调零操作。
发明内容
百分表属于机械测量，需要利用探针等直接接触被测零件表面，这是其效率低下 的主要原因，无法在整个区域内作全面检测，一般只能选取几个点检测然后取最大差值，精 度不高。直接接触还可能会伤及零件表面。光学测量虽然为非接触测量，但操作不便，成本
曰虫 P卩贝。本发明采用霍尔传感器检测形位公差，霍尔传感器不需要与零件表面直接接触， 且霍尔传感器本身的特性决定了其更适合测量微小位移的相对变化量，也就是更适合公差 的测量，具有成本低，操作简单，重复性好，精度也比较高，对使用环境无特殊要求等优点。参照图1，在工作台上安装好被测零件。采用具有线性输出的霍尔传感器，传感器 周围布置有永久磁铁或电磁铁，用一壳体将传感器和磁铁固定，确保主磁通穿过传感器，且 传感器不处于饱和状态，传感器与磁铁的具体距离与磁铁的磁场强度有关。传感器壳体固 定在保持架上，保持架安装在支座上，并能在支座上调节。传感器通过导线与信号处理与显 示单元连接。该装置在测量之前应进行校准，但并不是每次测量都需要校准。具体的校准步骤 如下
1、在某滑动导轨上安装一表面光滑且平整的试块，固定传感器与之垂直相对，调节 传感器和试块间隙至2毫米；
2、缓慢移动试块，记录试块位置与对应的输出电压，绘出试块位置与输出电压的关 系曲线，该曲线在某一区间内应为近似直线；
33、 信号处理与显示单元记录试块位置变化区间，并拟合出近似直线段的曲线，用公 式Y=KX+b表示，可得Δ X/ Δ Y=K,即位置的变化量与电压的变化量为定值K。将该数据存 入到信号处理与显示单元。具体的测量步骤如下
1、固定被测零件或传感器，确保除零件表面形貌的变化外，不应有其它可能影响传 感器输出电压变化的因素；
2、调整传感器和被测零件之间的位置关系和间隙，使传感器垂直于被测零件表面， 并保证传感器工作在合适的线性范围(由校准试块位置变化区间决定)；
3、使霍尔传感器和被测零件表面发生相对移动或转动，由于被测零件会有一定的形 位公差，传感器与被测零件的间隙发生改变，传感器上的输出电压也随之变化；
4、信号处理与显示单元记录传感器输出电压信号，根据形位公差计算公式和校准数 据，计算并显示被测零件的形位公差。本方法的测量原理是霍尔线性传感器布置于被测的铁磁性零件与磁铁之间，当 霍尔传感器和被测零件表面发生相对移动或转动时，由于零件表面形貌的变化，磁铁和被 测零件的间隙产生变化，磁铁周围的磁场强度会随之按一定规律变化。霍尔线性传感器感 应到磁场强度的变化，并在一定范围线性地反映为电压的变化。因此零件表面形貌的变化 最终反映为电压的变化。在线性范围内，不必考虑电压信号对应的传感器绝对位置，仅根据 获取的电压信号的变化量，结合校准数据和公差公式，即可以得出被测零件的形位公差。通 过采用不同的安装方法，所能测量的形位公差包括直线度、平面度、圆柱度、垂直度、平行 度、径向圆跳动和端面圆跳动。相对于目前使用最广泛的百分表，有以下优点
1、不需要与零件表面直接接触，实现了非接触公差测量；
2、能够对零件表面进行连续测量，测量效率高；
3、测量精度高，经过补偿后精度可达1微米；
4、能够实现自动测量。相对于光学测量的方法，该发明具有以下优点
1、测量操作简单，不需特殊的使用培训；
2、测量环境要求低；
3、成本低。
图1是采用本发明的径向圆跳动公差检测装置示意图；图2是采用本发明的直线 度公差检测装置示意图。
具体实施例方式方法1 如图1所示，一种基于霍尔传感器的径向圆跳动测量装置。包括支座、保 持架、传感器、信号处理与显示单元、电源。其中霍尔传感器选用线性输出传感器，磁铁使用 钕铁硼磁钢，磁钢为圆柱形，直径4-10mm，长度10_20mm。供电电源选用干电池，为信号处理 与显示单元供电，并接一恒流源电路为传感器供电，根据传感器的电源要求范围选择电压和电流。磁钢和传感器安装在一塑料壳体内，在壳体上安装调整螺钉以微调磁钢和传感器 的位置。调整磁钢和传感器的距离到l_2mm，按校准步骤进行校准。必要时旋转调整螺钉， 调整磁钢和传感器的位置，但旋转调整螺钉后，必须重新校准。数据处理与信号显示单元内 部包括A/D转换、单片机和显示模块。传感器信号线通过一个下拉电阻连接到信号处理与 信号显示单元的A/D转换输入端。下拉电阻应不低于2. 2千欧。在完成校准后，将校准数 据存入信号处理与信号单元，测量时，固定传感器的位置，然后旋转被测零件，信号处理与 显示单元自动记录输入电压，并取输入电压最大最小值之差，利用校准数据转换计算为径 向圆跳动公差显示。 方法2 如图2所示，一种基于霍尔传感器的直线度测量装置。包括支座、保持架、 传感器、信号处理与显示单元、电源。其中霍尔传感器选用线性输出传感器，磁铁使用钕铁 硼磁钢，磁钢为圆柱形，直径4-10mm，长度10_20mm。供电电源选用干电池，为信号处理与显 示单元供电，并接一恒流源电路为传感器供电，根据传感器的电源要求范围选择电压和电 流。磁钢和传感器安装在一塑料壳体内，在壳体上安装调整螺钉以微调磁钢和传感器的位 置。调整磁钢和传感器的距离到l_2mm，按校准步骤进行校准。必要时旋转调整螺钉，调整磁 钢和传感器的位置，但旋转调整螺钉后，必须重新校准。数据处理与信号显示单元内部包括 A/D转换、单片机和显示模块。传感器信号线通过一个下拉电阻连接到信号处理与信号显示 单元的A/D转换输入端。下拉电阻应不低于2. 2千欧。在完成校准后将校准数据存入信号 处理与信号单元。测量时，固定传感器的位置，在滑轨上水平移动被测零件，信号处理与显 示单元自动记录输入电压，信号处理与显示单元根据对输入电压信号进行曲线拟合，并取 输入电压最大最小值之差，然后根据校准数据将该差值转换为对应的直线度公差显示。
权利要求
一种形位公差测量方法，其特征在于具有线性输出的霍尔效应传感器布置于被测铁磁性零件与磁铁之间；使霍尔传感器和被测零件表面发生相对移动或转动；除零件表面形貌的变化外，其它可能引起霍尔传感器输出电压信号变化的因素都被消除；记录霍尔传感器输出电压信号，根据霍尔传感器的校准数据和形位公差计算方法计算霍尔传感器信号对应的公差值，该值即为被测零件的形位公差。
2.根据权利1要求的形位公差测量方法，其特征还在于包括用于安装被测零件的工 作台；具有线性输出的霍尔效应传感器；用于产生磁场的永久磁铁或电磁铁；用于固定并 能调整传感器和磁铁位置的壳体和调整螺钉；用于调整和固定霍尔传感器位置的保持架以 及保持架支座；用于采集霍尔传感器输出电压并能完成传感器校准数据存储、公差计算和 显示功能的信号处理与显示单元；用于为传感器和信号处理与显示单元供电的电源。
3.根据权利1要求的形位公差测量方法，其特征还在于所能测量的形位公差包括直 线度、平面度、圆柱度、垂直度、平行度、径向圆跳动和端面圆跳动。
全文摘要
本发明提出了一种利用霍尔传感器对铁磁性零件的形位公差进行测量的方法。霍尔线性输出传感器布置于被测零件与磁铁之间，与被测零件保持合理的间隙且垂直于被测零件表面。除零件表面形貌的变化外，其它可能引起霍尔传感器输出电压信号变化的因素都应被消除。当霍尔传感器和被测零件表面发生相对移动或转动时，由于零件表面形貌的变化使磁铁与被测零件的间隙发生变化。此变化反映为霍尔传感器输出电压的变化，信号处理与显示单元采集霍尔传感器输出电压信号。根据所获取的电压信号变化量，结合校准数据和公差公式，可以计算出被测零件的形位公差。其优点是实现了非接触测量，测量精度高、速度快、成本低、能做到自动化和在线检测。
文档编号G01B7/00GK101922907SQ20101028587
公开日2010年12月22日 申请日期2010年9月19日 优先权日2010年9月19日
发明者陈凡 申请人:陈凡