一种气缸盖毛坯的测量及工件坐标系确定方法与流程

本发明涉及工件测量及加工技术领域，更具体地说，涉及一种气缸盖毛坯的测量及工件坐标系确定方法。

背景技术：

气缸盖是内燃机零件中结构较为复杂的箱体零件，也是关键件，其精度要求较高，加工工艺复杂，且加工质量的好坏会直接影响发动机整机性能。

现有技术中，气缸盖毛坯在加工前均需要人工划线来测量工件是否合格，并且找到气缸盖毛坯的工件坐标系，该种方式导致工人劳动强度大、加工效率低，无法满足用户对自动化、智能化生产线的需求。

综上所述，如何提供气缸盖毛坯的加工效率和加工精度，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是提供一种气缸盖毛坯的测量及工件坐标系确定方法，应用该方法无需人工划线确定气缸盖毛坯的工件坐标系，提高了操作效率和精度。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种气缸盖毛坯的测量及工件坐标系确定方法，包括：

分别通过定位面、第一限位点和第二限位点限制气缸盖毛坯在机床的z方向、x方向和y方向的位置；

在所述气缸盖毛坯的调整面上选择多个校验点，利用测量头检测每个所述校验点到所述定位面的实际距离；

判断每个所述校验点到所述定位面的实际距离与对应的理论距离的差值是否在第一预设范围内；

若是，则在所述调整面上选择参考点，根据所述定位面的位置以及所述参考点到所述定位面的实际距离确定z值零点，根据所述第一限位点的位置以及所述参考点和所述第一限位点在所述x方向的实际距离确定x值零点，根据所述第二限位点的位置以及所述参考点和所述第二限位点在所述y方向的实际距离确定y值零点；

根据所述z值零点、所述x值零点和所述y值零点确定原点并建立工件坐标系。

优选的，分别通过定位面、第一限位点和第二限位点限制气缸盖毛坯在机床的z方向、x方向和y方向的位置，包括：

控制所述气缸盖毛坯与三个支撑相抵，控制所述气缸盖毛坯的x孔套设于x销的外周、两个y孔分别套设于两个y销的外周；

控制所述气缸盖毛坯沿所述y方向移动以使两个所述y孔分别与对应的所述y销相抵；

控制所述气缸盖毛坯沿所述x方向移动以使所述x孔与所述x销相抵。

优选的，在气缸盖毛坯的调整面上选择多个校验点，包括：

在所述气缸盖毛坯的各个气道圆孔的底面分别选择一个第一校验点作为所述校验点。

优选的，在所述调整面上选择参考点，根据所述定位面的位置以及所述参考点到所述定位面的实际距离确定z值零点，包括：

将全部所述第一校验点设定为所述参考点；

将全部所述参考点到所述定位面的实际距离的平均值作为所述z值零点。

优选的，在根据所述参考点沿所述x方向到所述第一限位点的实际距离确定x值零点之前，还包括：

在气道圆孔a的侧壁选取第一点和第二点，在气道圆孔b的侧壁选取第三点和第四点；其中，所述气道圆孔a和所述气道圆孔b分别为沿所述气缸盖毛坯长度方向依次分布的六个所述气道圆孔中的第二个和第五个，所述第一点和所述第二点的连线经过所述气道圆孔a的轴线，所述第三点和所述第四点的连线经过所述气道圆孔b的轴线；

分别检测所述第一点、所述第二点、所述第三点、所述第四点到所述x孔中第一直线边的实际距离；其中，所述第一直线边为矩形的所述x孔中沿y方向延伸的边；

分别判断所述第一点、所述第二点、所述第三点、所述第四点到所述第一直线边的实际距离与对应的理论距离的差值是否在第二预设范围内；

若否，则进行踢料。

优选的，根据所述第一限位点的位置以及所述参考点和所述第一限位点在所述x方向的实际距离确定x值零点，包括：

分别根据所述第一点、所述第二点、所述第三点、所述第四点到所述x孔中第一直线边的实际距离以及所述第一直线边的位置，计算所述第一点、所述第二点、所述第三点、所述第四点的x坐标；

将所述第一点、所述第二点、所述第三点、所述第四点的所述x坐标的平均值作为所述x值零点。

优选的，在所述调整面上选择参考点之前，还包括：

根据所述调整面确定两个修正点，并获取每个所述修正点到所述定位面的实际距离；

当两个所述修正点到所述定位面的实际距离不相等时，调整所述调整面的斜度以使两个所述修正点到所述定位面的实际距离相等。

优选的，所述在气缸盖毛坯的调整面上选择多个校验点包括：

在所述调整面上选择四个沿边缘分布的第二校验点作为所述校验点；

相应的，所述根据所述调整面确定两个修正点包括：

将任意两个所述第二校验点的连线中点设定为一个所述修正点，将另外两个所述第二校验点的连线中点设定为另一个所述修正点。

本发明提供的气缸盖毛坯的测量及工件坐标系确定方法包括以下步骤：定位气缸盖毛坯的z方向、x方向和y方向的位置；在调整面上选择多个校验点，并通过检测头获得每个校验点到定位面的实际距离；当实际距离与理论距离的差值在第一预设范围内时，在调整面上选择多个参考点，根据参考点确定z值零点、x值零点和y值零点，进而确定原点并建立工件坐标系。

在工作过程中，首先对气缸盖毛坯进行定位，然后利用检测头获得校验点到定位面的实际距离。当实际距离与理论距离超过第一预设范围时，则说明气缸盖毛坯的尺寸存在过厚或过薄的问题；当实际距离合格时，则说明气缸盖毛坯符合要求，可以进行后续的加工。气缸盖毛坯合格后，通过参考点确定z值零点、x值零点和y值零点，进而确定原点的三个坐标值，原点坐标和z方向、x方向、y方向相结合即可建立工件坐标系。

本申请提供的测量及工件坐标系确定方法中利用检测头自动获取校验点和参考点的位置信息，在检测过程中无需人工划线检测，降低了工人的劳动强度，提高了检测效率和精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的气缸盖毛坯的结构示意图；

图2为本发明所提供的气缸盖毛坯定位状态下的结构示意图；

图3为图2中a的局部放大图；

图4为图2中b的局部放大图；

图5为本发明所提供的一种气缸盖毛坯的测量及工件坐标系确定方法的流程图。

图1～5中的附图标记为：

1-调整面、2-支撑面、3-x孔、4-y孔、5-第一校验点、6-第二校验点、7-支撑、8-x销、9-y销；

51-气道圆孔a、52-气道圆孔b、61-第二校验点a、62-第二校验点b、63-第二校验点c、64-第二校验点d。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的核心是提供一种气缸盖毛坯的测量及工件坐标系确定方法，其无需人工划线确定气缸盖毛坯的坐标系，提高了操作效率和精度。

请参考图1～5，图1为本发明所提供的气缸盖毛坯的结构示意图；图2为本发明所提供的气缸盖毛坯定位状态下的结构示意图；图3为图2中a的局部放大图；图4为图2中b的局部放大图；图5为本发明所提供的一种气缸盖毛坯的测量及工件坐标系确定方法的流程图。

参考图5，本发明提供了一种气缸盖毛坯的测量及工件坐标系确定方法，包括以下步骤：

步骤s1、分别通过定位面、第一限位点和第二限位点限制气缸盖毛坯在机床的z方向、x方向和y方向的位置。

具体的，机床主要指带ab轴的卧式加工中心，为方便下文说明，本申请中以图1中水平方向为x方向、竖直方向为y方向、垂直xy平面的方向为z方向为例进行说明。

定位面可以为与气缸盖毛坯贴合相抵的平面状结构，也可以为多个与气缸盖毛坯的侧壁抵接的支撑7，其主要在z方向对气缸盖毛坯进行定位。x方向和y方向均通过对应的限位结构进行定位，在实际使用时，限位结构与气缸盖毛坯在x方向的接触点为第一限位点，限位结构与气缸盖毛坯在y方向的接触点为第二限位点。

需要说明的是，定位面的z坐标值、第一限位点的x坐标值和第二限位点的y坐标值均为机床坐标系中的已知参数。

步骤s2、在气缸盖毛坯的调整面1上选择多个校验点，利用测量头检测每个校验点到定位面的实际距离。

具体的，调整面1为气缸盖毛坯的理论水平的侧壁，在毛坯加工前需要先对调整面1进行校验、以确保其符合要求。在校验过程中，采用雷尼绍测量头或其他测量头对调整面上1的校验点进行测量，从而获得校验点到定位面的实际距离。

步骤s3、判断每个校验点到定位面的实际距离与对应的理论距离的差值是否在第一预设范围内；若是则进入步骤s4。

具体的，将获得的实际距离与理论距离一一进行比较，若二者的差值在第一预设范围内，则说明气缸盖毛坯合格，可以进行后续的加工；若差值超过第一预设范围，则说明气缸盖毛坯不合格，其由于坯料过厚或过薄的问题不适合后续加工。气缸盖毛坯检测合格进入步骤s4，不合格则进入步骤s6，即进行踢料。

需要说明的是，理论距离为气缸盖毛坯在形状设计时的理论数据，具体参数可根据实际检测的气缸盖毛坯直接获得。另外，第一预设范围用于检测气缸盖毛坯是否符合要求，其可以为正数、也可以为负数，具体数值可以需要根据公差需求灵活选择。

步骤s4、在调整面1上选择参考点，根据定位面的位置以及参考点到定位面的实际距离确定z值零点，根据第一限位点的位置以及参考点和第一限位点在x方向的实际距离确定x值零点，根据第二限位点的位置以及参考点和第二限位点在y方向的实际距离确定y值零点。

具体的，利用检测头确定参考点到定位面的实际距离，由于定位面的z坐标值已知，因此可根据z坐标值和对应的实际距离确定该参考点在z方向上的实际坐标值。

相应的，经过第一限位点、且沿y方向延伸的直线为第一限位线，利用检测头测量参考点到第一限位线的实际距离，该实际距离即为参考点和第一限位点在x方向的实际距离。结合该实际距离和已知的第一限位点的x坐标值即可确定对应的参考点在x方向的实际坐标值。

利用测量头测量参考点与经过第二限位点、且沿x方向延伸的第二限位线的间距，同时结合第二限位点的y坐标值即可确定对应的参考点在y方向的实际坐标值。

需要说明的是，参考点可以为一个点、也可以为多个点。当参考点为一个点时，选定的参考点即为工件坐标系的原点，参考点在z方向、x方向、y方向的实际坐标值即分别为z值零点、x值零点、y值零点。当参考点为多个点时，则后续需要根据全部参考点的坐标值确定原点的坐标值，此时原点大体位于全部参考点的中心区域。

另外，参考点和校验点可以相同、也可以不同，即在气缸盖毛坯中选定需要检测的点后，该点可以仅为参考点或仅为校验点，也可以同时作为参考点和校验点使用。

步骤s5、根据z值零点、x值零点和y值零点确定原点并建立工件坐标系。具体的，原点坐标值确定的情况下，结合z方向、x方向和y方向即可确定工件坐标系。可以理解的，工件坐标系的原点优选设置在工件的中心区域，但是理论上其可以位于工件的任何位置，因此本申请对原点的具体位置不做限定。

本申请提供的测量及工件坐标系确定方法先对气缸盖毛坯进行定位，利用测量头对调整面1进行检测，当调整面1检测合格后通过参考点确定z值零点、x值零点和y值零点，进而确定原点的三个坐标值，最终结合原点坐标和z方向、x方向和y方向确定工件的坐标系。

由于在操作过程中利用检测头自动获取校验点和参考点的位置信息，自动测量并判断气缸盖毛坯是否合格，合格加工，不合格则剔料，操作过程中无需人工划线检测。工件坐标系建立完成后，气缸盖毛坯即可进行相关结构的自动加工，因此本申请提供的测量及工件坐标系确定方法降低了工人的劳动强度，提高了检测效率和精度，节省了成本。

可选的，本申请提供的一种定位气缸盖毛坯的优选实施例中，步骤s1中的分别通过定位面、第一限位点和第二限位点限制气缸盖毛坯在机床的z方向、x方向和y方向的位置，包括以下步骤：

步骤s101、控制气缸盖毛坯与三个支撑7相抵，控制气缸盖毛坯的x孔3套设于x销8的外周、两个y孔4分别套设于两个y销9的外周；

步骤s102、控制气缸盖毛坯沿y方向移动以使两个y孔4分别与对应的y销9相抵；

步骤s103、控制气缸盖毛坯沿x方向移动以使x孔3与x销8相抵。

具体的，支撑可以为支撑销或其他定位结构，三个支撑7沿z方向延伸、其与气缸盖毛坯相抵，气缸盖毛坯具有与三个支撑7一一对应贴合的支撑面2，从三个支撑面2中分别任取一个支撑点、并将三个支撑点所确定的平面作为定位面。

需要说明的是，三个支撑面2优选相对分散的分布在气缸盖毛坯的表面。例如，三者优选按照图1中的位置分布，即三者大体沿长度方向分布于气缸盖毛坯的两端和中部，且沿气缸盖毛坯的宽度方向上、其中一个位于另外两者的对侧。

同时，气缸盖毛坯上开设有三个定位孔，即两个y孔4和一个x孔3；相应的，机床上设置有与三个定位孔一一对应定位销，即一个x销8和两个y销9，且定位孔截面积大于对应的定位销截面积。

在实际操作过程中，液压夹具夹持气缸盖毛坯使其与三个支撑7相抵，实现z方向的定位；然后在定位孔空套于定位销外周的情况下，液压夹具沿y方向推动气缸盖毛坯直至其与两个y销9相抵，实现y方向的定位；沿x方向推动气缸盖毛坯移动，直至其与x销8相抵，实现x方向的定位。可以理解的，进行定位操作时，最终控制气缸盖毛坯与支撑7、x销8和y销9相抵即可，而定位顺序可灵活选择。

进一步的，为了检测气缸盖毛坯在z方向是否合格，本申请提供的一种优选实施例中，步骤s2中的在气缸盖毛坯的调整面1上选择多个校验点，包括以下步骤：

步骤s201、在气缸盖毛坯的各个气道圆孔的底面分别选择一个第一校验点5作为校验点。

具体的，气缸盖毛坯具有多个气道圆孔，气道圆孔的底面为铸造平台。在后续加工过程中全部气道圆孔需进行加工，由于气道圆孔相对重要，因此本实施例中将校验点选在气道圆孔的底面，即铸造平台的表面。

本实施例中，调整面1包括气道圆孔的底面；相应的，校验点包括第一校验点5。将气道圆孔底面中的第一校验点5设定为校验点后，需要继续进行步骤s2以及后续操作，即利用测量头检测每个第一校验点5到定位面的实际距离，并判断实际距离与对应的理论距离的差值是否符合要求，进而对气缸盖毛坯的质量进行确定。

值得注意的是，与第一校验点5对应的第一预设范围优选为±1.3mm，即第一校验点5到定位面的实际距离与理论距离的差值的绝对值小于或等于1.3mm则认为气缸盖毛坯符合要求。

进一步的，本申请提供的一种确定z值零点的优选实施例中，步骤s4中的在调整面1上选择参考点，根据定位面的位置以及参考点到定位面的实际距离确定z值零点，包括以下步骤：

步骤s401、将全部第一校验点5设定为参考点；

步骤s402、将全部参考点到定位面的实际距离的平均值作为z值零点。

具体的，本实施例中将第一校验点5作为参考点进行后续操作，由于在步骤s201中已经获得了各个第一校验点5到定位面的实际距离。因此在确定z值零点的过程中，可直接使用已获得的数据、而无需再次利用测量头单独获取各个第一校验点5到定位面的实际距离，从而简化操作步骤，提高操作效率。

另外，z值零点通过全部参考点到定位面的实际距离的平均值确定，相比于通过一个参考点确定z值零点的方式，采用平均值的计算方法能够减小z值零点的误差，同时使原点相对靠近气缸盖毛坯的中心部位，更有利于后续的加工。

进一步的，为了检测气缸盖毛坯在x方向是否合格，本申请提供的一种优选实施例中，在步骤s4中的根据参考点沿x方向到第一限位点的实际距离确定x值零点之前，还包括以下步骤：

步骤s7、确定气道圆孔a51侧壁中的第一点和第二点，确定气道圆孔b52侧壁中的第三点和第四点；其中，气道圆孔a51和气道圆孔b52分别为沿气缸盖毛坯长度方向依次分布的六个气道圆孔中的第二个和第五个，第一点和第二点的连线经过轴线，第三点和第四点的连线经过轴线。

具体的，气缸盖毛坯上加工有六个气道圆孔、且六者沿气缸盖毛坯的长度方向依次分布，其中第二个和第五个分别为气道圆孔a51和气道圆孔b52。参考图3，在气道圆孔a51中选择第一点和第二点，在沿气道圆孔a51轴线的投影上、二者的连线为气道圆孔a51的直径，且优选二者为气道圆孔51a中沿x方向分布的两个极值点；参考图4，在气道圆孔b52中选择第三点和第四点，二者的连线为气道圆孔b52的直径，且优选二者为气道圆孔b52沿x方向分布的两个极值点。另外，第一点、第二点、第三点、第四点优选距离气道圆孔的孔口2至5mm。

步骤s8、分别检测第一点、第二点、第三点、第四点到x孔3中第一直线边的实际距离；其中，第一直线边为矩形的x孔3中沿y方向延伸的边；

步骤s9、判断步骤s8中获取的各个实际距离与对应的理论距离的差值是否在第二预设范围内；若否，则进行踢料。

具体的，x孔3优选采用矩形孔，其具有沿x方向延伸的第一直线边和沿y方向延伸的第二直线边。利用测量头测量并计算第一点、第二点、第三点、第四点到第一直线边的实际距离，当实际距离与对应的理论距离的差值在第二预设范围内则说明气缸盖毛坯合格。此处优选第二预设范围为±1.5mm。

本实施例通过第一点、第二点、第三点、第四点检测气缸盖毛坯在x方向的距离是否合格，若不合格则进行踢料。且x孔3采用矩形孔结构，其第一直线边更方便对第一点、第二点、第三点、第四点到第一限位点的实际距离进行检测，降低了操作难度。

进一步的，本申请提供的一种确定x值零点的优选实施例中，步骤s4中的根据第一限位点的位置以及参考点和第一限位点在x方向的实际距离确定x值零点，包括以下步骤：

步骤s403、分别根据第一点、第二点、第三点、第四点到x孔3中第一直线边的实际距离以及第一直线边的位置，计算第一点、第二点、第三点、第四点的x坐标；

步骤s404、将第一点、第二点、第三点、第四点的x坐标的平均值作为x值零点。

具体的，本实施例中参考点包括第一点、第二点、第三点和第四点，测量头测量四者到第一直线边的实际距离，并结合第一直线边的x坐标，分别计算四者的实际x坐标x1.1、x1.2、x2.1和x2.2，则x值零点x0可通过公式计算而得。

可选的，为了优化测量及工件坐标系确定方法，还可以检测气缸盖毛坯在y方向是否合格，例如，在气道圆孔a51侧壁中选择第五点和第六点、在气道圆孔b52侧壁中选择第七点和第八点，对气缸盖毛坯是否合格进行进一步检测。

具体的，y孔4采用矩形的定位孔，其具有沿x方向延伸的第三直线边和沿y方向延伸的第四直线边。此时，参考点包括第五点、第六点、第七点、第八点。在步骤s4中的根据参考点沿y方向到第二限位点的实际距离确定y值零点之前，还包括以下步骤：

步骤s10、利用检测头分别获取第五点、第六点、第七点、第八点到第三直线边的实际距离；判断其与对应的理论距离的差值是否在第三预设范围内；若否，则进行踢料；若是则认为气缸盖毛坯检测合格，可以进行后续操作。此处优选第三预设范围为±1.5mm，另外，第五点、第六点、第七点、第八点优选距离气道圆孔的孔口2至5mm。

进一步的，气缸盖毛坯在y方向检测合格后，本实施例优选通第五点、第六点、第七点和第八点确定y值零点。相应的，步骤s4中的根据第二限位点的位置以及参考点和第二限位点在y方向的实际距离确定y值零点，包括以下步骤：

步骤s405、根据第五点、第六点、第七点、第八点到第三直线边的实际距离以及第三直线边的y坐标值，计算第五点、第六点、第七点、第八点沿y方向的实际y坐标y1.1、y1.2、y2.1、y2.2，并将四者的实际y坐标的平均值作为y值零点y0，即

进一步的，为了提高气缸盖毛坯的工件坐标系的精度，在上述任意一个实施例的基础上优选对气缸盖毛坯的位置进行修正，则在步骤s4中的在调整面1上选择参考点之前，还包括以下步骤：

步骤s11、根据调整面1确定两个修正点，并获取每个修正点到定位面的实际距离；

步骤s12、当两个修正点到定位面的实际距离不相等时，调整调整面1的斜度以使两个修正点到定位面的实际距离相等。

具体的，如果两个修正点到点位面的实际距离存在差异，则说明调整面1与定位面之间存在夹角，此时通过机床的a轴自动旋转调整气缸盖毛坯的位置，将两个修正点补偿至同一高度，使调整面1垂直于z方向，进而达到在公差范围内修正气缸盖毛坯位置的效果。

可选的，本申请提供的一种优选实施例中，步骤s2中的在气缸盖毛坯的调整面1上选择多个校验点包括：

步骤s202、在调整面1上选择四个沿边缘分布的第二校验点6作为校验点。具体的，四个第二校验点6沿调整面1的边缘分布，且优选其相对分散、且在调整面1的长度方向和宽度方向均具有较大的跨度，例如参考图1中的第二校验点6的位置。需要说明的是，本实施例中校验点包括四个第二校验点6，后续需要对第二校验点6到定位面的实际距离进行测量，同时将实际距离与对应的理论距离进行比较，若二者的差值在第一预设范围内时，则认为气缸盖毛坯合格。此时，第一预设范围优选为±1.5mm。

相应的，步骤s11中的根据调整面1确定两个修正点包括：将任意两个第二校验点6的连线中点设定为一个修正点，将另外两个第二校验点6的连线中点设定为另一个修正点。

具体的，当四个第二校验点6大体呈矩形分布时，则优选将第二校验点a61、第二校验点b62连线的中点作为一个修正点，将第二校验点c63、第二校验点d64的连线中点作为另一个修正点。将两个第二校验点6连线中点作为修正点能够减小气缸盖毛坯的修正误差，提高定位精度。

可以理解的，也可以在调整面1上任意选择两个间隔较远的点作为修正点，例如，直接将第二校验点a61和第二校验点d64作为修正点，仍可实现对气缸盖毛坯位置的修正效果。

值得注意的是，本申请提供的气缸盖毛坯的测量及工件坐标系确定方法中，优选按照步骤s1、s202、s3、s11、s12、s201、s3、s401、s402、s7、s8、s9、s403、s404、s10、s405、s5依次进行。可以理解的，由于本申请提供的气缸盖毛坯的测量及工件坐标系确定方法中包括若干个针对气缸盖毛坯是否合格进行检测的操作步骤，而检测顺序之间不具有必然的前后顺序上的关联，因此具体操作顺序也可以根据需求灵活选择。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上对本发明所提供的气缸盖毛坯的测量及工件坐标系确定方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。