活塞非圆形面加工过程在线检测装置及方法与流程

1.本发明属于几何量在线检测技术领域，具体涉及一种活塞非圆形面加工过程在线检测装置及方法。


背景技术：

2.在内燃机的结构中，活塞的作用至关重要，为了强化指标，将活塞外圆设计成非圆形面，用于应对愈加复杂的工况环境。由于活塞非圆形面的相位偏差、轮廓度、直径公差等技术指标精度要求高，导致其检测过程数据采集量大，检测设备精度要求高。现有检测方法是活塞非圆形面加工完成后拆卸下来，在三坐标测量仪和圆度仪上进行检测，如果检测结果不合格，则根据检测结果调整加工程序，将活塞重新装夹进行再次加工，直至检测合格，上述检测方案中，每次检测过程需将活塞不断拆卸定位安装，检测过程繁琐，易造成重复定位误差，检测效率低、结果不稳定；同时由于不是在线检测，导致检测结果只能作为最终对零件加工质量的评价标准，无法对加工过程进行有效控制，影响活塞的加工质量和加工效率，因此，针对上述问题，有必要提出改进。


技术实现要素：

3.本发明解决的技术问题：提供一种活塞非圆形面加工过程在线检测装置及方法，将活塞通过活塞夹具基体安装于机床主轴上，由机床主轴为活塞提供旋转动力，便于通过连接柄安装于机床刀架上的非接触式检测头的检测对活塞的外轮廓进行检测，实现活塞非圆形面加工过程的在线检测，并可实现反馈修正，对加工过程进行有效控制，提高检测效率和精度，检测过程无需多次拆卸活塞，减少定位误差，检测结果高效可靠，检测方法使用范围广，可推广解决类似零件在线检测问题。
4.本发明采用的技术方案：活塞非圆形面加工过程在线检测装置，包括活塞夹具基体，所述活塞夹具基体一端固定于机床主轴上，且活塞可拆式固定于活塞夹具基体另一端，所述活塞上方设有非接触式检测头，且非接触式检测头固定于连接柄下端，所述连接柄上端安装于机床刀架上，所述非接触式检测头通过控制器与输出单元连接，在所述非接触式检测头高度不变且机床主轴带动活塞旋转的前提下，所述机床刀架带动非接触式检测头水平移动过程中，由非接触式检测头将检测的若干组测头距活塞同一外圆截面不同相位点的距离数据集发送至控制器，由控制器计算活塞同一外圆截面不同相位点到活塞轴向中心线的距离并发送至输出单元，完成活塞轮廓尺寸的在线检测。
5.其中，所述活塞为两端开口的中空结构，且活塞呈非圆形外轮廓结构，所述活塞一端抵于活塞夹具基体另一端端面上，长螺栓一端穿过活塞另一端口的压盖和活塞与活塞夹具基体固定连接，与长螺栓另一端适配连接的压紧螺母将压盖抵紧固定后，实现活塞在活塞夹具基体上的固定。
6.进一步地，所述连接柄下端设有呈l型结构的支架，所述支架的竖直板固定于连接柄下端外壁上，且测头朝下设置的非接触式检测头安装于支架的水平板上。
7.进一步地，所述非接触式检测头为非接触式测距传感器。
8.进一步地，所述控制器通过线缆与输出单元连接。
9.活塞非圆形面加工过程在线检测方法，包括以下步骤：
10.1)将活塞夹具基体一端固定在机床主轴上，选择与活塞适配的压盖，通过长螺栓和压紧螺母将活塞可拆式固定于活塞夹具基体另一端端面上，将非接触式检测头上端固定在连接柄下端的支架上，而连接柄上端固定在机床刀架上，非接触式检测头通过信号线与控制器连接，而控制器与输出单元连接；
11.2)调整非接触式检测头的高度使非接触式检测头测头位于活塞轴向中心线正上方的量程范围内任意位置，然后机床主轴带动活塞匀速旋转，并由非接触式检测头将测头距活塞同一外圆截面不同相位点的距离检测数据反馈至控制器并记录；
12.3)在控制器中，将非接触式检测头测头距活塞轴向中心线的距离记作h，将非接触式检测头测头距活塞同一外圆截面不同相位点的距离记作hi(i＝1,2,
……
n)，由于h值固定不变，计算h与hi的差值，即为活塞同一外圆截面不同相位点到活塞轴向中心线的距离；
13.4)通过机床刀架将非接触式检测头测头在水平方向移动到活塞轴向不同位置处，重复步骤2)和步骤3)进行测量并计算，最终得到活塞的整个非圆形面检测数据；
14.5)检测完成后，控制器将h与hi的差值的数据集发送至输出单元，由输出单元中的origin制图工具根据h与hi的差值数据集拟合成活塞非圆形面的轮廓图，通过检查轮廓图是否满足公差要求，从而判定检测结果是否合格，如果满足公差要求，则判定为合格，进行下一工序，如不满足公差要求判定为不合格，重新进行修正加工，直至检测结果合格。
15.本发明与现有技术相比的优点：
16.1、本技术方案将活塞通过活塞夹具基体安装于机床主轴上，由机床主轴为活塞提供旋转动力，便于通过连接柄安装于机床刀架上的非接触式检测头的检测对活塞的外轮廓进行检测，实现活塞非圆形面加工过程的在线检测，检测过程无需多次拆卸活塞，减少定位误差，检测结果高效可靠；
17.2、本技术方案可根据在线检测结果实现反馈修正，对加工过程进行有效控制，提高检测效率和精度，检测方法使用范围广，可推广解决类似零件在线检测问题；
18.3、本技术方案结构简单，设计新颖，检测方便快捷，操作方便，效率高，检测结构采用标准模块化，集成度高，拆卸方便，提高检测效率和检测精度。
附图说明
19.图1为本发明结构示意图；
20.图2为本发明活塞结构四意图；
21.图3为图2中a-a剖视图；
22.图4为本发明检测的一组数据在origin制图工具中拟合的一个非圆形截面轮廓；
23.图5为本发明检测的另一组数据在origin制图工具中拟合的另一个非圆形截面轮廓。
具体实施方式
24.下面将结合本发明实施例中的图1-5，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。
25.需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下。由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
26.活塞非圆形面加工过程在线检测装置，包括活塞夹具基体2，如图1-3所示，所述活塞夹具基体2一端固定于机床主轴1上，且活塞3可拆式固定于活塞夹具基体2另一端，所述活塞3上方设有非接触式检测头9，且非接触式检测头9固定于连接柄12下端，所述连接柄12上端安装于机床刀架13上，所述非接触式检测头9通过控制器6与输出单元8连接，在所述非接触式检测头9高度不变且机床主轴1带动活塞3旋转的前提下，所述机床刀架13带动非接触式检测头9水平移动过程中，由非接触式检测头9将检测的若干组测头距活塞3同一外圆截面不同相位点的距离数据集发送至控制器6，由控制器6计算活塞3同一外圆截面不同相位点到活塞3轴向中心线的距离并发送至输出单元8，完成活塞3轮廓尺寸的在线检测。
27.活塞3在活塞夹具基体2上的固定结构如下：所述活塞3为两端开口的中空结构，且活塞3呈非圆形外轮廓结构，所述活塞3一端抵于活塞夹具基体2另一端端面上，长螺栓4一端穿过活塞3另一端口的压盖11和活塞3与活塞夹具基体2固定连接，与长螺栓4另一端适配连接的压紧螺母5将压盖11抵紧固定后，实现活塞3在活塞夹具基体2上的固定。
28.其中，非接触式检测头9在连接柄12下端的安装结构如下：所述连接柄12下端设有呈l型结构的支架10，所述支架10的竖直板固定于连接柄12下端外壁上，且测头朝下设置的非接触式检测头9安装于支架10的水平板上；具体的，所述非接触式检测头9为非接触式测距传感器；具体的，所述控制器6通过线缆7与输出单元8连接。
29.上述结构中，将活塞3通过活塞夹具基体2安装于机床主轴1上，由机床主轴1为活塞3提供旋转动力，便于通过连接柄12安装于机床刀架13上的非接触式检测头9的检测对活塞3的外轮廓进行检测，实现活塞3非圆形面加工过程的在线检测，检测过程无需多次拆卸活塞，减少定位误差，检测结果高效可靠。
30.活塞非圆形面加工过程在线检测方法，包括以下步骤：
31.1)将活塞夹具基体2一端固定在机床主轴1上，选择与活塞3适配的压盖11，通过长螺栓4和压紧螺母5将活塞3可拆式固定于活塞夹具基体2另一端端面上，将非接触式检测头9上端固定在连接柄12下端的支架10上，而连接柄12上端固定在机床刀架13上，非接触式检测头9通过信号线与控制器6连接，而控制器6与输出单元8连接；
32.2)调整非接触式检测头9的高度使非接触式检测头9测头位于活塞3轴向中心线正上方的量程范围内任意位置，然后机床主轴1带动活塞3匀速旋转，并由非接触式检测头9将测头距活塞3同一外圆截面不同相位点的距离检测数据反馈至控制器6并记录；
33.3)在控制器6中，将非接触式检测头9测头距活塞3轴向中心线的距离记作h，将非接触式检测头9测头距活塞3同一外圆截面不同相位点的距离记作hi(i＝1,2,
……
n)，由于h值固定不变，计算h与hi的差值，即为活塞3同一外圆截面不同相位点到活塞3轴向中心线
的距离；
34.4)通过机床刀架13将非接触式检测头9测头在水平方向移动到活塞3轴向不同位置处，重复步骤2)和步骤3)进行测量并计算，最终得到活塞3的整个非圆形面检测数据；
35.5)检测完成后，控制器6将h与hi的差值的数据集发送至输出单元8，由输出单元8中的origin制图工具根据h与hi的差值数据集拟合成活塞3非圆形面的轮廓图，通过检查轮廓图是否满足公差要求，从而判定检测结果是否合格，如果满足公差要求，则判定为合格，进行下一工序，如不满足公差要求判定为不合格，重新进行修正加工，直至检测结果合格；如图5所示，为在活塞3如图2位置检测的数据利用origin制图工具拟合的非圆形截面轮廓；如图4为另一组数据在origin制图工具中拟合的非圆形截面轮廓；上述过程中，可根据在线检测结果实现反馈修正，对加工过程进行有效控制，提高检测效率和精度，检测方法使用范围广，可推广解决类似零件在线检测问题。
36.origin制图软件其中一个功能为：数据分析和绘图：origin的数据分析主要包括统计、信号处理、图像处理、峰值分析和曲线拟合等各种完善的数学分析功能；准备好数据后，进行数据分析时，只需选择所要分析的数据，然后再选择相应的菜单命令即可；另一个功能为：origin可以导入包括ascii、excel、pclamp在内的多种数据，另外，它可以把origin图形输出到多种格式的图像文件，譬如jpeg、gif、eps、tiff等等；因此，根据非接触式检测头9采集的数据计算出的活塞3的整个非圆形面检测数据，可根据origin制图软件实现活塞3非圆形截面轮廓的拟合。
37.本技术方案结构简单，设计新颖，检测方便快捷，操作方便，效率高，检测结构采用标准模块化，集成度高，拆卸方便，提高检测效率和检测精度。
38.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
39.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。