一种非标测量补偿方法与流程

1.本发明涉及精密测试技术领域，特别是涉及一种非标测量温度补偿方法。


背景技术：

2.影响测量设备精度的因素是多方面的，需要考虑的最重要的因素之一是温度。校准设备和测量零件的最适宜的条件是20℃。实际表明，检测设备往往是在车间现场条件下或不完全满足标准测量环境要求的条件下使用的。非标检测设备，特别是采用相对测量的非标设备，其温度补偿须考虑设备本体、置零标准件及被测工件三个层次的补偿，需分别进行温补，方可得到更为准确的测量结果。本发明提供一种可对设备、标件、工件进行实时温度监控并可实现逐级补偿的温补方法。


技术实现要素：

3.本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种非标测量温度补偿方法。
4.为实现本发明的目的所采用的技术方案是：
5.一种非标测量温度补偿方法，包括以下步骤：
6.步骤1，标定温度补偿系数：
7.在常规室温18～30℃范围内，对检测设备本体、置零标件和被测工件的尺寸变化进行监测，分别计算温度膨胀系数，拟合补偿函数，并在软件系统中生成补偿曲线。
8.步骤2，进行三级温补：
9.s1，监测设备温度变化，当两支监测所述检测设备本体f的温度传感器所监测到的温度差值小于2℃时，依据步骤1的补偿曲线，对检测设备本体f进行温补，得到检测设备本体f 的理论测量环境20℃下的补偿值δ
设备
；
10.s2，将置零标件e放置在所述检测设备本体f的检测位上，调整尺寸检测传感器位置，当其接触到置零标件时，尺寸检测传感器置零，温度传感器监测置零标件温度变化，当两支监测所述置零标件的温度传感器所监测到的温度差值小于2℃时，依据步骤1的补偿曲线，对置零标件进行温补，得到置零标件的理论测量环境20℃下的补偿值δ
标件
；
11.s3，取下置零标件，将被测工件置于所述检测设备本体的检测位上，尺寸检测传感器检测被测工件的尺寸l
实测
，温度传感器监测被测工件温度变化，当两支监测所述被测工件的温度变化的温度传感器，所监测到的温度差值小于2℃时，依据步骤1的补偿曲线，对被测工件进行温补，得到被测工件的理论测量环境20℃下的补偿值δ
工件
；
12.步骤3，对被测工件测量尺寸进行补偿，
13.l
补后
＝l
实测
+δ
设备
+δ
标件
+δ
工件
，其中，l
补后
是被测工件的补偿后得到的尺寸。
14.在上述技术方案中，所述步骤1中，不同温度下的尺寸数据利用minitab数据拟合软件拟合出补偿曲线。
15.在上述技术方案中，两个尺寸检测传感器对应设置于被测工件两端，所述非标测
量温度补偿方法共使用四支温度传感器，两支设备温度传感器设置于设备基础平面上，用于监控步骤s1中检测设备本体的温度变化；
16.两支工件温度传感器分别设置于两个尺寸检测传感器附近，并与之同步进入检测位，用于步骤s2中监测置零标件和用于步骤s3中监测被测零件的温度变化。
17.在上述技术方案中，所述置零标件和被测工件的材质相同、形状尺寸相同。
18.在上述技术方案中，所述尺寸检测传感器和工件温度传感器在微动调整机构作用下进入或退出检测位，
19.所述微动调整机构包括滑板、驱动所述滑板进入或退出测量位置的驱动组件；
20.所述尺寸检测传感器通过微动滑台装配于所述滑板上；
21.所述工件温度传感器通过推进部件设置于所述滑板上，所述推进部件包括固定于所述滑板上的直线导轨、滑动连接于所述直线导轨上的前滑块和后滑块、连接所述前滑块和后滑块的可伸缩导杆、以及驱动所述后滑块沿所述直线导轨移动的驱动件，所述工件温度传感器固定于所述前滑块上。
22.在上述技术方案中，传感器微动调整机构的调整方法包括以下步骤：
23.步骤1，被测工件放置后，启动驱动组件，在驱动组件的驱动作用下，滑板进入测量位；
24.步骤2，通过调节微动滑台使得尺寸检测传感器接触到置零标件的校准面；
25.步骤3，启动驱动件，驱动件驱动前滑块和后滑块同时向前移动，待工件温度传感器接触工件后，驱动件继续驱动后滑块，可伸缩导杆压缩，进而对前滑块施加推力，使得工件温度传感器始终贴合被测工件，实现对工件尺寸和温度同步测量。
26.步骤s2中，通过调节微动滑台使得尺寸检测传感器贴合置零标件，尺寸检测传感器置零，然后在步骤s3中，尺寸检测传感器检测待测工件的尺寸。
27.在上述技术方案中，所述驱动组件包括驱动气缸和装配于所述驱动气缸的活塞杆上的连接座，所述连接座固定于所述滑板上，所述滑板的底部固定有滑块，所述滑块滑动连接于滑轨上。所述滑板进入测量位时，启动驱动气缸，驱动气缸的活塞杆伸出，推动连接座向前，连接座带动滑板向前，在滑板前进过程中，滑块沿滑轨向前移动，所述滑板推出测量位时，动作方向相反。所述驱动气缸为单杠双出气缸，用于带动滑板沿滑轨滑动，实现测量机构的整体移动。滑板通过螺钉与滑块连接，驱动气缸带动下滑块沿滑轨直线运动。
28.在上述技术方案中，所述连接座通过万向节装配于所述驱动气缸的活塞杆上。所述的万向节为标准通用件，可降低驱动气缸和滑轨安装平行度要求，保证测量机构沿直线进入或退出测量位置。所述的连接座通过螺钉与滑板、万向节连接，为中间过渡连接件。
29.在上述技术方案中，所述驱动件为气缸，所述气缸的活塞杆与所述后滑块固定连接。启动气缸，气缸推动后滑块沿直线导轨移动。
30.在上述技术方案中，所述伸缩件包括连接杆和套装于所述连接杆外的弹簧，所述连接杆的前端固定于前滑块上、后端穿套于所述后滑块上、后端端部固定有限位件，所述弹簧的两端分别与所述前滑块和后滑块相抵。更进一步的，所述连接杆的一端通过螺钉与前滑块固定，另一端穿过后滑块上部通孔，弹簧套在连接杆的外部，可实现前后滑块的同步联动。
31.在上述技术方案中，所述工件温度传感器通过第一夹持座固定于所述前滑块上。
所述的工件温度传感器，为热电偶温度测量元件，温度测量精度为
±
0.5℃。所述的第一夹持座用于夹持工件温度传感器。
32.在上述技术方案中，所述第一夹持座为l型结构，其长边上设有长通槽，紧固螺钉穿过所述长通槽将所述第一夹持座压紧固定于所述前滑块上。夹持在其上的工件温度传感器可沿其进入方向反向退出，并在弹簧力的作用下始终保持向前推进，保证工件温度传感器始终与工件贴合。
33.在上述技术方案中，所述的微动滑台固定于滑板上，所述尺寸检测传感器通过第二夹持座装配于所述微动滑台上
34.在上述技术方案中，所述的尺寸检测传感器，可根据测量需求设置为百分表、比较仪等精密测量元件，其精度也应与测量对象匹配。
35.在上述技术方案中，所述置零标件包括置零标件以及分别可拆卸固定于所述置零标件两端的右刻线调整盘和左刻线调整盘；每一刻线调整盘的外圆环向面设有相同弧长但半径不同的连续刻线段。
36.在上述技术方案中，所述轴类零件同心测点位置校准具的校准方法为：
37.当不需要进行测点位置调整时，不装配刻线调整盘，调整工件温度传感器位置，使其接触置零标件两端大直径段的端面任意位置，完成工件温度传感器6零位校准；
38.当需要进行测点位置调整时，将右刻线调整盘和左刻线调整盘分别装配于置零标件两端，根据需要将工件温度传感器接触刻线调整盘的对应半径端面上，沿径向方向移动工件温度传感器，当传工件温度传感器量程突然指向极限位置时，表示已调整到位，完成工件温度传感器的测点位置调整。
39.在上述技术方案中，所述置零标件为阶梯轴结构，所述置零标件的两端部的大直径段的端面为校准面，所述置零标件采用车削和磨削加工方式成型，两端的大直径段外圆和端面均采用精磨加工方法，当传感器接触所述校准面的任意位置时完成工件温度传感器零位校准。
40.在上述技术方案中，所述置零标件的端面全跳动和相对轴线的垂直度小于0.01mm。以保证作为置零校准功能使用时，轴向尺寸的一致性。
41.在上述技术方案中，所述刻线调整盘通过螺栓同轴心固定于所述置零标件的端部，所述置零标件的端部设有光滑段，所述光滑段与所述刻线调整盘的中心通孔相匹配以加载所述刻线调整盘，所述置零标件的端面上设有螺纹孔，所述中心通孔的外侧环面设有均布通孔，所述均布通孔与所述螺纹孔分别一一对应，所述紧固螺钉穿过所述均布通孔和所述螺纹孔将所述刻线调整盘固定于所述置零标件上。
42.在上述技术方案中，所述连续刻线段的半径的精度为0.01mm。该刻线段采用精密电火花切割成型，半径加工精度为0.01mm，所述连续刻线段的相邻两个刻度段的半径差值均为 0.5mm。
43.在上述技术方案中，所述刻线调整盘设有两个调整区域，左侧调整区域的连续刻线段的调整范围为r～r+2.5mm，右侧调整区域的连续刻线段的调整范围为r+3.0～r+8.0mm。
44.在上述技术方案中，所述置零标件的材质与待测工件的材质相同，以保持相同的膨胀系数，提高测量的精准度，所述置零标件和待测工件的端部形状相同，同时可提高测量
的精准度。
45.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
46.1.当环境温度发生变化，导致设备本体、置零标件及被测工件尺寸发生变化时，系统通过温度传感器监测实时温度，并根据已生成的补偿曲线进行逐级温度补偿，使最终测量结果都能溯源到20℃条件下的数值，提高测量的稳定性，保证测量结果不受环境温度的影响。
47.2.本发明提供了一种针对特点测量设备开发的专用温补系统，通过设置不同用途的温度传感器组，准确监测影响测量精度的各个环节的温度变化，并根据预设好的温补曲线进行逐级温度补偿，形成了包括设备本体、置零标件和被测工件的三级温补系统，补偿后精度可达 0.001mm量级。
48.3.为了提高温度监控精度，每个温度监测组均设置两支温度传感器，当两支传感器的监测温度差值小于2℃时，表明所监测温度可信，在此情况下方可进行相应的温度补偿，避免了因温度监测误差所导致的误补偿，有效提高了补偿精度。
49.4.本发明的校准具，具有多功能特点，不加载刻线调整盘时，可作为一种轴向长度置零标准器使用，其精度可达0.01mm；加载刻线调整盘后，该校准具不但可对传感器进行零位校准，还具备精确调整传感器沿校准具径向方向上位置的功能，且调整精度可达0.01mm。该校准具是对校准具是对常规校准器的一种功能延伸，具有广阔的应用方向，可提高常规方法的校准精度。
50.5.本发明的微动调整机构，可实现对测点位置进行实时精确调整的同时，完成工件实时温度的采集，提高工件在不同温度环境下的测量结果一致性。具有测点位置三维调整功能，可根据测量需求，精确调整测点位置，调整精度0.005mm。
附图说明
51.图1为本发明的温度传感器布置示意图；
52.图2为温补方法流程图；
53.图3所示为微动调整机构的俯视图；
54.图4所示为微动调整机构的轴侧视图。
55.图5所示为本发明的校准具主视图；
56.图6为本发明的校准具侧视图；
57.图7为刻线调整盘局部放大图。
58.图8是工件温度传感器的调整示意图。
59.图中：a-第一温度传感器，b-第二温度传感器，c-第三温度传感器，d-第四温度传感器， e-置零标件，f-检测设备本体；
60.1-直线导轨，2-驱动气缸，3-滑板，4-万向节，5-连接座，6-工件温度传感器，7-第一夹持座，81-前滑块，82-后滑块，9-可伸缩导杆，10-气缸，11-微动滑台，12-第二夹持座， 13-尺寸检测传感器，14-滑轨，15-滑块，16-长通槽，17-紧固螺钉，18-连接杆，19-弹簧， 20-限位件；
61.e1-置零标件，e2-右刻线调整盘，e3-左刻线调整盘，e4-传感器，e5-中心通孔，e6-均布通孔，e7-左侧调整区域，e8-右侧调整区域，e9-连续刻线段。
具体实施方式
62.以下结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
63.实施例1
64.一种非标测量温度补偿方法，包括以下步骤：
65.步骤1，标定温度补偿系数：
66.在常规室温18～30℃范围内，对检测设备本体f、置零标件e和被测工件的尺寸变化进行监测，分别计算温度膨胀系数，拟合补偿函数，并在软件系统中生成补偿曲线。
67.步骤2，进行三级温补：
68.s1，监测设备温度变化，当两支监测所述检测设备本体f的温度传感器所监测到的温度差值小于2℃时，依据步骤1的补偿曲线，对检测设备本体f进行温补，得到检测设备本体f 的理论测量环境20℃下的补偿值δ
设备
；
69.s2，将置零标件e放置在所述检测设备本体f的检测位上，调整尺寸检测传感器位置，当其接触到置零标件时，尺寸检测传感器置零，温度传感器监测置零标件温度变化，当两支监测所述置零标件的温度传感器所监测到的温度差值小于2℃时，依据步骤1的补偿曲线，对置零标件进行温补，得到置零标件的理论测量环境20℃下的补偿值δ
标件
；
70.s3，取下置零标件，将被测工件置于所述检测设备本体的检测位上，尺寸检测传感器检测被测工件的尺寸l
实测
，温度传感器监测被测工件温度变化，当两支监测所述被测工件的温度变化的温度传感器，所监测到的温度差值小于2℃时，依据步骤1的补偿曲线，对被测工件进行温补，得到被测工件的理论测量环境20℃下的补偿值δ
工件
；
71.步骤3，对被测工件测量尺寸进行补偿，
72.l
补后
＝l
实测
+δ
设备
+δ
标件
+δ
工件
，其中，l
补后
是被测工件的补偿后得到的尺寸。
73.在上述技术方案中，所述步骤1中，不同温度下的尺寸数据利用minitab等数据拟合软件拟合出补偿曲线
74.在上述技术方案中，两个尺寸检测传感器对应设置于被测工件两端，所述非标测量温度补偿方法共使用四支温度传感器，第一温度传感器和第二温度传感器设置于设备基础平面上，用于监控步骤s1中检测设备本体的温度变化；
75.第三温度传感器和第四温度传感器分别设置于两个尺寸检测传感器附近，并与之同步进入检测位，用于步骤s2中监测置零标件和用于步骤s3中监测被测零件的温度变化。
76.在上述技术方案中，所述置零标件和被测工件的材质相同。材质相同时，膨胀系数相同，可提高本发明测量的精准度。所述置零标件和被测工件的形状尺寸相同，以提高测量精准度。
77.实施例2
78.一种非标测量装置，包括检测设备本体f、两支设备温度传感器、两支工件温度传感器6、置零标件e和两个尺寸检测传感器，两支设备温度传感器(第一温度传感器a和第二温度传感器b)设置于检测设备本体f上，两支工件温度传感器6(第三温度传感器c和第四温度传感器d)分别设置于两个尺寸检测传感器13附近，并与之同步进入检测位。
79.实施例3
80.在实施例2的基础上，所述尺寸检测传感器13和工件温度传感器6在微动调整机构
作用下进入或退出检测位，
81.所述微动调整机构包括滑板3、驱动所述滑板3进入或退出测量位置的驱动组件；
82.所述尺寸检测传感器13通过微动滑台11装配于所述滑板3上；
83.所述工件温度传感器通过推进部件设置于所述滑板3上，所述推进部件包括固定于所述滑板3上的直线导轨1、滑动连接于所述直线导轨1上的前滑块81和后滑块82、连接所述前滑块81和后滑块82的可伸缩导杆9、以及驱动所述后滑块82沿所述直线导轨1移动的驱动件，所述工件温度传感器6固定于所述前滑块上。
84.驱动组件实现测量机构的整体移动。所述的滑板3为测量机构的承载部件，其上安装有尺寸测量组件和温度监测组件，可在驱动组件作用下进入或退出测量位置。工件温度传感器 6可沿其进入方向反向退出，并在可伸缩导杆9的作用下始终保持向前推进，保证工件温度传感器6始终与工件贴合。
85.所述传感器微动调整机构的调整方法包括以下步骤：
86.步骤1，被测工件放置后，启动驱动组件，在驱动组件的驱动作用下，滑板3进入测量位；
87.步骤2，通过调节微动滑台11使得尺寸检测传感器13到达指定测量位置(接触到置零标件e的校准面时)；
88.步骤3，启动驱动件，驱动件驱动前滑块81和后滑块82同时向前移动，待工件温度传感器6接触工件后，驱动件继续驱动后滑块82，可伸缩导杆9压缩，进而对前滑块81施加推力，使得工件温度传感器6始终贴合被测工件，实现对工件尺寸和温度同步测量。
89.在实施例1中的步骤s2中，通过调节微动滑台11使得尺寸检测传感器13贴合置零标件 e，尺寸检测传感器13置零，然后在步骤s3中，尺寸检测传感器13检测待测工件的尺寸。
90.作为优选的，所述驱动组件包括驱动气缸2和装配于所述驱动气缸2的活塞杆上的连接座5，所述连接座5固定于所述滑板3上，所述滑板3的底部固定有滑块15，所述滑块15滑动连接于滑轨14上。所述滑板3进入测量位时，启动驱动气缸2，驱动气缸2的活塞杆伸出，推动连接座5向前，连接座5带动滑板3向前，在滑板3前进过程中，滑块15沿滑轨14向前移动，所述滑板3推出测量位时，动作方向相反。所述驱动气缸2为单杠双出气缸，用于带动滑板3沿滑轨14滑动，实现测量机构的整体移动。滑板3通过螺钉与滑块15连接，驱动气缸2带动下滑块15沿滑轨14直线运动。
91.更进一步的，所述连接座5通过万向节4装配于所述驱动气缸2的活塞杆上。所述的万向节4为标准通用件，可降低驱动气缸2和滑轨14安装平行度要求，保证测量机构沿直线进入或退出测量位置。所述的连接座5通过螺钉与滑板3、万向节4连接，为中间过渡连接件。
92.作为优选的，所述驱动件为气缸10，所述气缸10的活塞杆与所述后滑块82固定连接。启动气缸10，气缸10推动后滑块82沿直线导轨1移动。
93.作为优选的，所述伸缩件包括连接杆18和套装于所述连接杆18外的弹簧19，所述连接杆18的前端固定于前滑块81上、后端穿套于所述后滑块82上、后端端部固定有限位件20，所述弹簧19的两端分别与所述前滑块81和后滑块82相抵。更进一步的，所述连接杆18的一端通过螺钉与前滑块81固定，另一端穿过后滑块82上部通孔，弹簧19套在连接杆18的外部，可实现前后滑块的同步联动。
94.启动驱动件，驱动件驱动前滑块81和后滑块82同时向前移动(弹簧处于自然状态)，待工件温度传感器6接触工件后，驱动件继续驱动后滑块82，弹簧压缩19，使得工件温度传感器6始终贴合被测工件。
95.作为优选的，所述工件温度传感器6通过第一夹持座7固定于所述前滑块81上。所述的工件温度传感器6，为热电偶温度测量元件，温度测量精度为
±
0.5℃。所述的第一夹持座7 用于夹持工件温度传感器6。
96.更进一步的，所述第一夹持座7为l型结构，其长边上设有长通槽16，紧固螺钉17穿过所述长通槽16将所述第一夹持座7压紧固定于所述前滑块81上。夹持在其上的工件温度传感器6可沿其进入方向反向退出，并在弹簧力的作用下始终保持向前推进，保证工件温度传感器6始终与工件贴合。
97.作为优选的，所述的微动滑台11固定于滑板3上，所述尺寸检测传感器13通过第二夹持座12装配于所述微动滑台11上。所述的微动滑台11为精密位移控制机构，可沿x、y、z 向自由移动，进给控制精度达0.005mm，下部通过螺钉与滑板3连接，上部用于安装第二夹持座12。所述的第二夹持座12用于夹持尺寸检测传感器13或百分表等测量单元，下部通过螺钉与微动滑台11连接。
98.更进一步的，所述的尺寸检测传感器13，可根据测量需求设置为百分表、比较仪等精密测量元件，其精度也应与测量对象匹配。
99.实施例4
100.所述置零标件e包括置零标件e1以及分别可拆卸固定于所述置零标件e1两端的右刻线调整盘e2和左刻线调整盘e3；每一刻线调整盘的外圆环向面设有相同弧长但半径不同的连续刻线段e9。
101.置零标件e1主要作用为用于长度尺寸的量值传递标定，同时具备加载刻线调整盘的功能；刻线调整盘用于对测点位置进行精确调整，并加载于置零标件e1两端，二者通过可拆卸连接。
102.所述轴类零件同心测点位置校准具的校准方法为：
103.当不需要进行测点位置调整时，不装配刻线调整盘，调整工件温度传感器6位置，使其接触置零标件e1两端大直径段的端面任意位置，完成工件温度传感器6零位校准；
104.当需要进行测点位置调整时，将右刻线调整盘e2和左刻线调整盘e3分别装配于置零标件e1两端，根据需要将工件温度传感器6接触刻线调整盘的对应半径端面上，沿径向方向移动工件温度传感器6，当传工件温度传感器6量程突然指向极限位置时，表示已调整到位，完成工件温度传感器6的测点位置调整。
105.作为优选的，所述置零标件e1为阶梯轴结构，所述置零标件e1的两端部的大直径段的端面为校准面，所述置零标件e1采用车削和磨削加工方式成型，两端的大直径段外圆和端面均采用精磨加工方法，当传感器接触所述校准面的任意位置时完成工件温度传感器6零位校准。
106.作为优选的，所述置零标件e1的端面全跳动和相对轴线的垂直度小于0.01mm。以保证作为置零校准功能使用时，轴向尺寸的一致性。
107.作为优选的，所述刻线调整盘通过螺栓同轴心固定于所述置零标件e1的端部。通过螺栓实现可拆卸连接，拆装方便快捷。
108.作为优选的，所述置零标件e1的端部设有光滑段，所述光滑段与所述刻线调整盘的中心通孔e5相匹配以加载所述刻线调整盘，所述置零标件e1的端面上设有螺纹孔，所述中心通孔e5的外侧环面设有均布通孔e6，所述均布通孔e6与所述螺纹孔分别一一对应，所述紧固螺钉穿过所述均布通孔e6和所述螺纹孔将所述刻线调整盘固定于所述置零标件e1上。
109.作为优选的，所述连续刻线段e9的半径的精度为0.01mm。该刻线段采用精密电火花切割成型，半径加工精度为0.01mm，用于调整测点位置。
110.作为优选的，所述连续刻线段e9的相邻两个刻度段的半径差值均为0.5mm。
111.作为优选的，所述刻线调整盘设有两个调整区域，左侧调整区域e7的连续刻线段的调整范围为r～r+2.5mm，右侧调整区域e8的连续刻线段的调整范围为r+3.0～r+8.0mm。
112.作为优选的，所述置零标件e1的材质与待测工件的材质相同，以保持相同的膨胀系数，提高测量的精准度，所述置零标件e1和待测工件的端部形状相同，同时可提高测量的精准度。
113.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，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，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。