一种凸轮轴轴向尺寸测量方法与流程

本发明涉及一种凸轮轴轴向尺寸测量方法，属于凸轮轴测量技术领域。

背景技术：

在凸轮轴生产过程中，轴向尺寸是相当重要的尺寸。通常采用高度尺或三坐标机来测量此尺寸，若用高度尺不仅效率低而且精度差，若用三坐标机则成本过高。因此，对于轴向尺寸的检测大多采用位移传感器，而位移传感器的成本相对较高，目前产品数量大，要求严(要求每支都提供轴向尺寸检测数据)，无异大大提高了厂家的生产成本。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，并提供一种低成本、高效率、高精确度的凸轮轴轴向尺寸测量方法。

实现本发明目的所采用的技术方案为，一种凸轮轴轴向尺寸测量方法，包括如下步骤：

(1)取轴向尺寸符合设计要求的合格工件作为凸轮轴标准件，确定凸轮轴的测点，记录待测凸轮轴理论轴向尺寸和凸轮轴标准件各测点的实际轴向偏差standard_offset_P_i，其中i∈[1，N]，N为凸轮轴的测点数量；

(2)安装凸轮轴标准件，通过基座安装测头，调整各测头的安装位置，使得各测头分别靠近凸轮轴标准件的各测点；

(3)沿轴向移动基座，各测头随基座移动并且先后接触对应测点，记录有测头接触对应测点时基座的移动距离，当各测头均与对应的测点接触后停止移动，确定各测头在与对应的测点接触时自身的位移量standard_measurement_S_i；

(4)取下凸轮轴标准件并安装待测的凸轮轴工件，重复步骤(3)，确定各测头在与对应的待测凸轮轴测点接触时自身的位移量part_measurement_S_i；

(5)计算待测凸轮轴各测点相对于凸轮轴标准件的相对尺寸偏差part_offset_S_i，part_offset_S_i＝part_measurement_S_i-standard_measurement_S_i；

(6)计算待测凸轮轴各测点的实际尺寸偏差part_offset_P_i，计算公式为part_offset_P_i＝standard_offset_P_i+part_offset_S_i，通过待测凸轮轴各测点的实际尺寸偏差part_offset_P_i与待测凸轮轴理论轴向尺寸确定待测凸轮轴的实际轴向尺寸。

步骤(3)和步骤(4)中确定各测头在与对应测点接触时自身位移量的具体内容为，通过光栅尺测量基座的移动距离并将测量数据实时反馈至计算机，对测头状态进行编码，测头未触碰测点记为“0”，测头接触测点记为“1”，则所有测头在同一时刻的状态编码为N位二进制编码，该N位二进制编码中各位与各测头按轴向顺序一一对应，定义该N位二进制编码为状态码F_i，初始状态码F₀为N位全零二进制编码，移动过程中当出现测头状态编码改变时记录状态码F_i和此刻基座的移动距离，移动完成后对状态码F_i进行译码，获取状态编码改变时对应的测头的位移量。

所述译码的具体内容为，将相邻两个状态码F_i和状态码F_i+1进行按位运算，当判断相邻两个状态码的第j位不同时，则状态码F_i+1生成时所对应动作的测头为第j个测头，j∈[1，N]，状态码F_i+1生成时基座的移动距离即为位于第j个测点旁的测头的位移量。

步骤(2)中根据凸轮轴标准件的安装位置调整各测头的安装位置，使得测头距离测点1～3mm。

由上述技术方案可知，本发明提供的凸轮轴轴向尺寸测量方法，通过在凸轮轴的各测点旁均安装测头，沿轴向移动各测头时，由于各测头与测点之间间距不同，各测头会先后接触对应的测点，通过记录各测头接触对应测点时自身的移动距离，可确定各测头与凸轮轴各测点之间的实际间距。本发明申请采用比较法，选定一合格工件作为标准件，记录凸轮轴标准件在各测点处的实际轴向偏差，以标准件为基准，测量各测头相对于凸轮轴标准件各测点的位移量，采用相同的方法测量测头相对于待测工件各测点的位移量，计算待测凸轮轴各测点相对于凸轮轴标准件的相对尺寸偏差，该相对尺寸偏差实质上是待测工件相对于标准件的尺寸偏差，并且通过相对尺寸偏差的计算还消除了测量装置的系统误差，取相对尺寸偏差与凸轮轴标准件(相对于理论尺寸)实际轴向偏差之和作为待测工件的实际轴向偏差，通过待测凸轮轴各测点的实际尺寸偏差与待测凸轮轴理论轴向尺寸即可确定待测凸轮轴的实际轴向尺寸。

为提高测量效率、降低测量成本，本发明采用二进制编码解码的方式确定各测头各测头在与对应测点接触时自身的位移量，测量中，测头有两个状态，接触测点与未接触测点，由此对测头状态进行编码，测头未触碰测量面记为“0”，测头接触测量面记为“1”，则出现测头触碰测点时测头状态编码改变，由“0”跳变为“1”，本发明定义了状态码F_i，状态码F_i为各位与各测头按轴向顺序一一对应的N位二进制编码，代表所有测头在同一时刻的状态编码，出现测头触碰测点时，状态码F_i的某一位或几位数码跳变，当状态码F_i为N位全“1”二进制编码时说明所有测头均触碰对应测量面，此时可停止移动，进行数据分析；本发明中，测头和基座轴向移动的位移量是通过光栅尺测量的，记录每一次状态码跳变时光栅尺的测量数据，通过译码将记录的位移数据与该数据被记录时跳变的数码所对应的测头一一对应起来，即可得到各测头对应测点的相对位移量，由于各测头仅有两个状态，当测头触碰测点后，其状态编码跳转为“1”，并且继续移动时，该测头一直与测点保持接触，状态编码不变，因此，相邻两个状态码中若某位发生变化，则说明在后的状态码生成时发生变化的数码所对应的测头首次触碰了测点，由此可判断出各个测头在接触对应测点时自身的移动距离，通过一次移动可全面覆盖凸轮轴的所有测点，取下当前被测工件，安装下一根待测工件，归零，即可开始下一次测量，测量高效，并且整个测量不需要使用位移传感器，大大降低测量成本。

与现有技术相比，本发明提供的凸轮轴轴向尺寸测量方法易于实施，通过测头一次性测量凸轮轴各测点的轴向尺寸，并且更换工件方便快捷，可批量检测，大大提高了工作效率；采用本发明批量测量凸轮轴不需要使用位移传感器，可大幅度降低测量成本。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细具体说明，本发明的内容不局限于以下实施例。

以8凸轮桃的凸轮轴为例，选取各凸轮桃的侧面为测点，则测点数量为16，本发明提供的凸轮轴轴向尺寸测量方法，包括如下步骤：

(1)取轴向尺寸符合设计要求的合格工件作为凸轮轴标准件，该凸轮轴标准件要求与待测凸轮轴为同型号工件，在精度较高的三坐标测量仪上测量该凸轮轴标准件的实际轴向尺寸并获取各测点的实际轴向偏差standard_offset_P_i，为方便记录，将实际轴向偏差standard_offset_P_i划分为正轴向偏差standard_offset_P_fj和反轴向偏差standard_offset_P_rj，分别对应8个凸轮桃的正向侧和反向侧，其中i∈[1，16]，j∈[1，8]；

(2)在开始测量产品前，首先将凸轮轴标准件装夹在偏摆仪两顶尖之间，在凸轮轴标准件的各凸轮桃的正向侧和反向侧均安装测头，由于有8个凸轮桃，则测头数量为16，8个测量左侧面(正向侧)，8个测量右侧面(反向侧)，通过基座固定各测头，调整各测头的位置，使得各测头在径向上可触碰测量面，并且与目标测量面相距1～3mm；

(3)获取凸轮轴标准件对应的正向和反向位移量：

沿轴向移动基座，通过光栅尺测量基座的移动距离并将测量数据实时反馈至计算机，首先沿正轴向(水平向左)同时移动基座，则同位于右侧的各测头先后接触凸轮轴标准件的对应右测量面，对测头状态进行编码，测头未触碰测量面记为“0”，测头接触测量面记为“1”，此过程中会生成8个8位二进制编码，该8位二进制编码中各位与右侧各测头按轴向顺序一一对应，定义该8位二进制编码为状态码F_i，初始状态码F₀为00000000，当同位于右侧的各测头均与对应的测点接触后停止移动，此时生成状态码F₈，状态码F₈为11111111；

本实施例中光栅尺分辨率为0.001毫米，我们取5000个测量单位，最大测量行程5毫米，当状态码为全零时向左移动测头，使之靠近工件轴向尺寸测量面，一旦状态码F不为0时表示已有某个测头接触测量面，此时用变量k开始计数，k∈[0，4999]，并记录此时光栅尺测量值standard_measurement_S_fi和左测头状态码F_j，继续向左移动测头，光栅尺每变化一个测量单位即记录其值和对应的左测头状态码，直到左测头状态码为11111111，左侧测量结束，进入译码步骤；

在移动过程中进行取数故障判断，当k＞4998时，若状态码F_i≠11111111，说明存在测头距离目标测量面超过5mm，进入故障程序，报警示意，工作人员调整问题测头的位置，重新开始测量；

译码，即将状态码F_i换算为十进制数码，如下表所示：

表1所示即为初始状态码F₀，编译结果为T₀＝0；表2为中间的状态码，编译结果为223，由于该状态下仅有一个二进制数码为0，因此表2所示状态码应该为F₇，即T₇＝223；表3所示为终状态码F₈，编译结果为T₈＝255，表示全部测头均接触目标测点；

对F₈与F₇进行按位减运算，由于第6位满足按位减结果不为零(按位减的差为32)，因此，状态码F₈生成时触碰到目标测点的测头应该为第6个凸轮桃右侧的测头，记录状态码F₈生成时对应的k值，则状态码F₈生成时光栅尺检测的位移量(单位mm)standard_measurement_S_f8＝standard_measurement_S_f1+k*0.001；

对凸轮轴标准件各凸轮桃左测量面的测量步骤同上，反向(向右)移动基座，记录所得数据standard_measurement_S_rj；

(4)取下凸轮轴标准件并安装待测的凸轮轴工件，重复步骤(3)，记录待测工件所对应的正向位移量part_measurement_S_fj和反向位移量part_measurement_S_rj；

(5)计算待测凸轮轴各测点相对于凸轮轴标准件的相对尺寸偏差part_offset_S_i，part_offset_S_i＝part_measurement_S_i-standard_measurement_S_i，该相对尺寸偏差part_offset_S_i对应包括正向相对尺寸偏差和反向相对尺寸偏差；

(6)计算待测凸轮轴各测点的实际尺寸偏差part_offset_P_i，计算公式为part_offset_P_i＝standard_offset_P_i+part_offset_S_i，通过待测凸轮轴各测点的实际尺寸偏差part_offset_P_i与待测凸轮轴理论轴向尺寸确定待测凸轮轴的实际轴向尺寸。