一种测量工件轮廓的方法与流程

本发明涉及机械加工和制造过程中的测量技术，尤其是涉及一种专门测量大型工件平面轮廓的方法。

背景技术：

在汽车生产和制造过程中，需要加工一些外形尺寸较大的工件，此类工件中多数不是通过大型加工中心的数控加工完成的，而是采用诸如钣金冲压等工艺完成的，因此其成品的外形轮廓容易出现偏差，为此，我们需要测量加工完成的工件的外形轮廓。由于上述工件的外形尺寸较大，因此无法采用卡尺一类的测量工具进行直接的测量。在现有技术中，人们通常通过如下两种方法测量工件的轮廓：一种是通过大型的三坐标测量仪测量轮廓上各检测点的坐标，例如，在中国专利文献上公开的“一种三坐标测量机”，公开号为CN104019778A，但是此类三坐标测量仪存在结构复杂、价格昂贵、不便于推广使用因而不适合在线测量等问题，并且其测量结果仅仅只是检测点的坐标值，难以直接体现轮廓上各检测点外凸或内凹的偏差值，因此无法快速地判断该工件在整车安装时与相邻工件之间的间隙是否符合设计要求。另一种是采用数字扫描或数字摄像技术得到工件的外形轮廓，例如，在中国专利文献上公开的一种“截面轮廓测量仪”，公开号为CN101403605A，其包括固定在一个水平基座上的线结构光发生器、摄像机，线结构光投射方向与摄像机光轴方向的夹角在30度-35度范围内，线结构光发生器的发光孔到摄像机像面中心的距离在85mm -95mm 范围内。测量时，线结构光发生器投射出的线结构光平面与被测物体相交出一条很亮的轮廓线，摄像机将拍到的轮廓线转换为像面坐标输出，将像面坐标代入到根据摄像机透视成像原理建立的公式中就能得到结构光光面坐标系中的二维坐标即截面轮廓的二维数据，可实现截面轮廓的非接触测量。此类测量方法具有测量精度和测量效率高的优点，并且可通过相应的软件计算直接得到轮廓上各检测点外凸或内凹的偏差值，但仍然存在结构复杂、价格昂贵、不便于推广使用因而不适合在线测量等问题。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有的测量工件轮廓的方法所存在的结构复杂、价格昂贵、不适合在线测量的问题，提供一种简便的测量工件轮廓的方法，其采用的测量装置结构简单成本低，因而适用于汽车制造工厂对大型工件轮廓的在线检测，并且测量结果无需复杂计算即可判断该工件在整车安装时与相邻工件之间的间隙是否符合设计要求。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种测量工件轮廓的方法，包括如下步骤：

包括如下步骤：

a. 在工件的设计外轮廓线上确定若干测量点；

b. 将所述工件的设计外轮廓线向外偏移一个测量偏移值得到偏移轮廓线、与所述测量点一一对应的检测点；

c. 在一个检测辅助夹具的上表面上按照所述偏移轮廓线加工出一个定位腔：

d. 将工件放入所述定位腔内定位，从而在工件的外侧边缘与所述定位腔的边缘之间形成一个测量间隙；

e. 将一个具有可移动的竖直的测量杆的测量装置放置到所述检测辅助夹具的上表面上，所述测量杆的下端伸入第一个检测点对应的测量间隙内；

f. 沿着所述定位腔在第一个检测点处的法线方向移动所述测量杆，使所述测量杆分别抵靠所述定位腔内侧壁以及工件外侧壁，将所述测量杆的移动距离与所述测量偏移值比较，即可得到工件在第一个测量点处的尺寸偏离值；

g. 重复步骤e、f，并相应地调整其中的顺序号，即可依次得到工件上各测量点的尺寸偏离值，从而判断该工件是否符合设计要求。

本发明先通过数控加工的方式制作一个标准的检测辅助夹具，以便放置并定位需要测量的工件，由于用于测量的测量杆前侧与定位腔上对应的偏移轮廓线在检测点处的切线相切，因此，测量杆前侧与偏移轮廓线在该检测点处形成相切。通过计算通过测量得到的测量杆的实际移动距离与测量杆的直径之和，再与事先设定的测量偏移值进行比较而得到一个偏离值，即可得到工件在测量点处的实际误差，进而判断该工件在总装时与相邻工件之间的间隙是否符合设计要求。特别是，当测量装置定位到检测辅助夹具的上表面上时，竖直设置的测量杆垂直于检测辅助夹具的上表面，因而可确保测量的准确性，避免使用卡尺一类的测量工具手工测量时因卡尺的卡爪倾斜而影响测量精度。

作为优选，所述测量装置包括本体，所述本体的下部具有一个支撑平面，所述测量杆的下端伸出所述支撑平面，所述本体上设置可显示测量杆的移动距离的标尺以及可锁止所述测量杆的锁止机构。

锁止机构可将测量杆锁止在标尺的起始位置以及移动后的终点位置，这样，我们只需通过观察测量杆在两个位置时对应的标尺刻度，即可快捷方便地得到测量杆的移动距离。

作为优选，在所述定位腔的内侧壁上边缘对应各检测点位置分别加工出定位凹槽，在步骤e中，所述测量杆下端卡位在所述定位凹槽内，此时所述测量杆与所述定位腔上对应的所述偏移轮廓线在第一个检测点处的切线相切。

由于测量杆下端卡位在所述定位凹槽内，并且测量杆与定位腔上对应的偏移轮廓线在第一个检测点处的切线相切，因而我们无需计算测量杆的直径，也就是说，我们只需计算测量杆的移动距离与事先设定的测量偏移值之间偏离值，即可得到工件在测量点处的实际误差，从而有利于提高检测效率。

作为优选，所述定位凹槽为V形槽，所述定位凹槽的槽底位于该定位凹槽对应的所述偏移轮廓线的检测点处的法线上。

V形的定位凹槽和测量杆配合，既可确保测量杆在定位凹槽内的准确卡位，避免产生左右的相对位移，同时便于确定定位后测量杆的位置尺寸，确保测量装置定位后测量杆下端的前侧与定位腔上对应的偏移轮廓线在检测点处的切线相切。

作为优选，所述测量杆由纵向轴线共线布置的纵向片杆和横向片杆垂直交叉构成，所述纵向片杆的横截面呈菱形，当所述测量杆的下端伸入第一个检测点对应的测量间隙内时，所述纵向片杆下端的后侧边线贴靠并卡位在V形的定位凹槽的槽底，此时所述定位腔所对应的所述偏移轮廓线在第一个检测点处的法线穿过所述测量杆中纵向片杆下端的前侧边线。

由纵向片杆和横向片杆垂直交叉构成的横截面呈十字星形的测量杆有利于提高测量杆的强度和刚性，并且在测量杆前移抵靠工件时可准确定位工件上的测量点，有利于提高测量精度。

作为优选，所述定位杆为垂直于所述检测基准平面的圆柱形杆，所述本体的一侧设有向外横向延伸的横梁，所述定位块位于所述横梁的外端，所述定位块具有一个外凸的圆柱形的定位面，所述定位面的轴线与所述定位杆的轴线相垂直，当测量装置需要定位时，所述定位块的定位面贴靠所述定位杆的外侧面。

由于定位面为圆柱面，因此，当定位块贴靠定位杆时，可确保两者之间为点接触，有利于提高其定位精度。

作为优选，所述本体后侧面设有向本体前侧延伸的滑动槽，所述本体的上表面设有贯通滑动槽的插槽，所述插槽与滑动槽的横截面呈十字交叉状，所述滑动槽的左右两侧分别设有条状的滑块，所述测量杆的上部设有工字形的滑动部，所述测量装置在安装时，先将所述测量杆从上往下插进所述插槽内，然后将两块所述滑块插入所述滑动槽的左右两侧并卡位在所述滑动部两侧的凹陷处，从而使所述测量杆与所述滑动槽构成滑动连接。

当滑动槽内插入两块滑块时，即构成与测量杆的滑动部适配的工字形槽，既有利于测量杆的上下定位，同时便于滑动槽的加工以及测量杆的装配。

作为优选，所述本体上部的左右两侧均设有贯通所述滑动槽的锁止螺纹孔以及紧固螺钉通孔，所述锁止螺纹孔内设有锁止螺钉，所述紧固螺钉通孔内设有与滑块螺纹连接的紧固螺钉，当需要锁止所述测量杆时，先松开紧固螺钉，然后拧紧锁止螺钉，使锁止螺钉的螺纹一端抵靠滑块，所述滑块紧紧抵靠所述测量杆的滑动部并将所述测量杆锁止；当需要移动所述测量杆时，先松开所述锁止螺钉，然后拧紧所述紧固螺钉，使所述滑块紧固在滑动槽内，即可使所述测量杆的滑动部与所述滑块形成滑动连接。

紧固螺钉起到拉动滑块的作用，因而可将滑块固定在滑动槽内。相反地，锁止螺钉则可起到推动滑块的作用，因而可方便地将测量杆卡紧并锁止在两个滑块之间。

因此，本发明具有如下有益效果：结构简单成本低，适用于汽车制造工厂对大型工件轮廓的在线检测，并且测量结果无需复杂计算即可判断该工件在整车安装时与相邻工件之间的间隙是否符合设计要求。

附图说明

图1是本发明测量时的一种结构示意图。

图2是测量装置的一种结构示意图。

图3是测量装置的横向剖视图。

图4是测量杆的横截面示意图。

图中：1、工件 11、测量点 2、检测辅助夹具 21、检测基准平面 22、定位腔 23、定位凹槽 24、定位杆 3、测量装置 31、本体 311、直立段 312、横向段 313、支撑平面 314、滑动槽 315、插槽 316、横梁 317、定位块 32、测量杆 3212、滑动部 322、纵向片杆 323、横向片杆 33、滑块 34、标尺 35、锁止螺纹孔 36、紧固螺钉通孔 37、锁止螺钉 38、紧固螺钉。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。

如图1所示，一种测量工件轮廓的方法，具体包括如下步骤：

a. 在工件1的设计外轮廓线上确定若干测量点11。优选地，测量点11应设置在直线和圆弧、直线和直线等交界和转折点处，对于较长的直线和弧线，应至少在首尾以及中间位置设置三个测量点；

b. 将工件1的设计外轮廓线均匀地向外偏移一个测量偏移值，从而得到一条偏移轮廓线，并在所述偏移轮廓线上确定与所述测量点11一一对应的若干检测点。需要说明的是，测量偏移值可为整数，以便于计算、加工以及后续的测量，而此处所述的偏移是指将设计外轮廓线上的点沿着设计外轮廓线在该点的法线方向向外移动一个设定的测量偏移值。此外，我们为设计外轮廓线上的各测量点以及偏移轮廓线上对应的检测点设置相应的顺序号，顺序号从第一开始逐一递增；

c. 制作一个检测辅助夹具2，以便于放置并定位需要测量的工件1。该检测辅助夹具2的上部为水平的检测基准平面21，在检测基准平面21上按照偏移轮廓线加工出一个定位腔22，该定位腔的侧壁垂直于检测基准平面21，然后在定位腔22内加工出用于定位工件的定位机构，并且在定位腔22的侧壁上边缘对应偏移轮廓线的各检测点位置分别加工出定位凹槽23。在检测基准平面21上位于定位凹槽23的旁边处加工出口大里小的圆锥形的安装孔，然后在安装孔内安装定位杆24。具体地，定位机构可以是和工件上的定位用工艺孔或者安装孔等适配的简单的定位销或者定位凸起；而定位杆的下段为与安装孔适配的圆锥形的安装段，从而有利于定位杆的准确对中定位，定位杆的上段为圆柱形的定位段，确保其上下尺寸的一致。需要说明的是，检测辅助夹具2上定位腔22、定位凹槽23、安装孔以及定位机构的加工可在数控加工机床上一次装夹后连续加工完成，从而避免因多次装夹产生的相对误差，定位凹槽23以及定位杆24的顺序号与前述检测点的顺序号相一致；

d. 制作一个测量装置3，如图2、图3所示，该测量装置3包括一个本体31以及竖直地设置在本体上的测量杆32。本体31由下部的直立段311和上部由直立段的侧面一体地向前横向延伸形成的横向段312构成，从而使本体呈“7”字形。为了便于描述，我们将直立段上连接横向段一侧定义为本体的前侧，相反地，直立段上远离横向段的一侧定义为本体的后侧。本体31上直立段311的下端面为支撑平面313，本体31上部的后侧面设置向本体31前侧的横向段312延伸的滑动槽314，滑动槽的横截面呈矩形，本体31的上表面则设置贯通滑动槽314的插槽315，插槽315的前后两端封闭，插槽315的宽度小于滑动槽314的宽度，插槽315的底面低于滑动槽314的底面，从而使本体31内插槽315与滑动槽314的横截面呈十字交叉状，滑动槽314的左右两侧分别设置条状的滑块33，滑块33的横截面呈矩形，从而在本体31内形成一个横截面呈工字形的滑动腔体。此外，测量杆32的下端向下延伸后伸出支撑平面313，测量杆32的上部设置横截面呈工字形的滑动部321，滑动部321两侧的凹槽的高度与滑块33的高度相适配。测量装置3在安装时，先将测量杆32从上往下插进插槽315内，并使测量杆32位于插槽315的后端，当然，测量杆32上部工字形的滑动部321宽度应小于插槽315的宽度，然后将两块滑块33从本体31的后侧插入滑动槽314的左右两侧，此时的滑块33一半卡位在滑动槽314内，另一半则卡位在测量杆32的滑动部321两侧的凹槽内，从而使测量杆32的滑动部321与滑动槽314内的两块滑块33构成滑动连接，测量杆32可沿着支撑平面313的方向前后移动。另外，我们还需在本体31的上表面位于插槽315的两侧设置标尺34，以便快捷地显示测量杆32的移动距离。而本体31上部的左右两侧均需设置贯通滑动槽314的锁止螺纹孔35以及紧固螺钉通孔36，锁止螺纹孔35内设置锁止螺钉37，从而使锁止螺钉37螺纹连接在本体31上，紧固螺钉通孔36内则设置紧固螺钉38，相应地，滑块33在对应紧固螺钉38的位置设置螺纹孔，紧固螺钉38穿过紧固螺钉通孔36后螺纹连接在滑块33的螺纹孔内。最后，在本体31的右侧设置向外横向延伸的横梁316，并且在横梁316的外端设置一个定位块317，定位块317上具有一个外凸的圆柱形的定位面，该定位面的轴线水平设置。

e. 将需要检测的工件1放入检测辅助夹具2的定位腔22内，并通过前述的定位机构使工件定位，从而在工件1的外侧边缘与定位腔22的边缘之间形成一个间隙；

f. 松开本体31上的紧固螺钉38，然后拧紧锁止螺钉37，使锁止螺钉37位于锁止螺纹孔35内的螺纹一端紧紧地抵靠滑块33，测量杆32滑动部321两侧的滑块33紧紧抵靠测量杆32的滑动部321从而将测量杆32锁止在本体31上，此时的测量杆32处于起始位置，我们随即读取测量杆32在标尺34上对应的示值。然后将该测量装置3放置到检测辅助夹具2上，使测量装置3的支撑平面313与检测辅助夹具2的检测基准平面21相贴合，并且使测量杆32伸出支撑平面313的下端卡位在定位腔22对应第一个检测点的第一个定位凹槽23内，此时测量杆32下端的后侧贴靠第一个定位凹槽23的槽底，然后以测量杆32下端与定位凹槽23的贴合点为轴线摆动测量装置3，使测量装置3上的定位块317的定位面贴靠并定位在第一个定位凹槽23旁边的第一根定位杆的24外侧面上，由于定位面的轴线与定位杆24的轴线相垂直，因此定位块317与定位杆24之间形成点接触。此时测量杆32下端的前侧则与定位腔22上对应的偏移轮廓线在第一个检测点处的切线相切，并且测量杆32的可移动方向与定位腔22上对应的偏移轮廓线在第一个检测点处的法线方向重合，使得测量杆32可沿着偏移轮廓线在第一个检测点处的法线方向移动。为了便于加工并确保定位准确，我们可将定位凹槽23制成V形槽，并且使定位凹槽23的槽底尖角处刚好位于该定位凹槽23对应的偏移轮廓线的检测点处的法线上。此外，如图4所示，测量杆32由纵向轴线共线布置的纵向片杆322和横向片杆323一体地垂直交叉构成，纵向片杆322的横截面呈菱形，从而使测量杆32的横截面呈十字星形，也就是说，测量杆32为一十字星横截面拉伸而成的杆件。这样，当测量杆32下端定位到定位凹槽23内时，测量杆32中纵向片杆322下端的后侧边线贴靠并卡位在第一个定位凹槽23V形的槽底，而定位腔22所对应的偏移轮廓线在第一个检测点处的法线则穿过所述测量杆32中纵向片杆322下端的前侧边线。另外，为了便于测量装置3在检测辅助夹具2的检测基准平面21上的可靠定位，我们可在测量装置3的本体31下部设置一个磁吸座，这样，当测量装置放置到检测基准平面上，并通过定位凹槽和定位杆定位后，只需转动磁吸座上的开关手柄，即可将测量装置3稳固定位在检测基准平面21上；

g. 松开锁止螺钉37，然后拧紧紧固螺钉38，使滑块33紧固在滑动槽314内，此时测量杆32的滑动部321与滑块33重新形成滑动连接。接着推动测量杆32，使测量杆32向前移动，直至测量杆32下端的前侧边线与工件1的边缘相贴合，此时的测量杆32处于终止位置，我们随即读取测量杆32此时在标尺34上对应的示值，并计算该示值与步骤f所得到的测量杆32在起始位置时标尺34的示值之间的差，即可得到测量杆32向前的移动距离，将该移动距离减去测量偏移值即可得到工件1在对应第一个测量点11处的尺寸偏离值，当上述尺寸偏离值为正数时，表示工件1在第一个测量点11处与设计外轮廓线相比内凹的偏离值，当尺寸偏离值为负数时，表示工件1在第一个测量点11处与设计外轮廓线相比外凸的偏离值。需要说明的是，我们可将标尺34的零点示值设置在测量杆32向前移动一个测量偏移值距离时所对应的位置，而测量杆32在起始位置时对应的标尺34示值为正数，例如，测量偏移值为5mm时，当测量杆32处于插槽315的后端的起始位置时，标尺34的示值为5mm，当测量杆32向前移动一个测量偏移值距离5mm时，标尺34的示值为0mm，当测量杆32向前移动6mm时，标尺34的示值为－1mm，也就是说，标尺34的正示值即表示工件1在第一个测量点11处与设计外轮廓线相比外凸的偏离值，而标尺34的负示值即表示工件1在第一个测量点11处与设计外轮廓线相比内凹的偏离值，从而可省去计算步骤，节省测量时间；

h. 重复步骤f和步骤g，并相应地调整其中的顺序号，即可依次得到工件1上对应所述外轮廓线上各测量点11的尺寸偏离值，从而判断该工件是否符合设计要求。例如，当我们需要测量工件上第二个测量点的尺寸偏离值时，顺序号即为2，相应地，步骤f和步骤g中的第一个检测点、第一个定位凹槽、第一根定位杆等表述调整为第二个检测点、第二个定位凹槽、第二根定位杆。