[發(fā)明專利]用于內(nèi)孔參數(shù)測量裝置測頭長度校準的球面環(huán)規(guī)及測頭長度校準方法

在審

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• 申請日: 2017-04-11
• 公開（公告）號: CN106940175A
• 公開（公告）日: 2017-07-11
• 發(fā)明（設計）人: 于連棟;鄭亦隆;李維詩;鄧華夏;夏豪杰;趙會寧;張煒
• 申請（專利權(quán)）人: 合肥工業(yè)大學
• 主分類號: G01B21/04
• 分類號: G01B21/04;G01B21/14;G01B21/20;G01B21/24
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司34112
• 代理人: 余成俊

技術(shù)領域

本發(fā)明涉及一種用于內(nèi)孔參數(shù)測量裝置測頭長度校準的球面環(huán)規(guī)及測頭長度校準方法。

背景技術(shù)

一種測頭回轉(zhuǎn)式內(nèi)孔多參數(shù)測量裝置及測量原理如圖1所示，該裝置基于坐標測量原理，測量裝置對被測內(nèi)孔橫截面進行采樣，獲取各被采樣點的坐標值，進而得到內(nèi)孔橫截面直徑、圓度以及內(nèi)孔的直線度。由于采用基于比較測量法則的接觸式位移測頭，在測量之前，需要先校準測頭的基準長度，即準確獲取測頭讀數(shù)零位到測頭回轉(zhuǎn)中心的距離a。

目前常見的測頭長度校準方法多采用標準環(huán)規(guī)或千分尺對測頭基準長度進行校準。采用標準環(huán)規(guī)對測頭進行校準時，需保證測頭回轉(zhuǎn)軸線與標準環(huán)規(guī)軸線高度重合(如圖4a所示)，在測頭相對標準環(huán)規(guī)偏心(如圖4b所示)或傾斜(如圖4c所示)的情況下將導致校準誤差。而使用千分尺對測頭進行校準時，常需要配合專用夾具及量塊進行操作，校準程序較為繁雜，同時，依靠人工調(diào)整及讀數(shù)，校準效率較低且容易引入誤差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于提供一種用于內(nèi)孔參數(shù)測量裝置測頭長度校準的球面環(huán)規(guī)及測頭長度校準方法，以克服現(xiàn)有工具及方法的局限。

為了達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：

用于內(nèi)孔參數(shù)測量裝置測頭長度校準的球面環(huán)規(guī)，其特征在于：其用于測頭長度校準的內(nèi)表面為一段光滑球形曲面。

所述的內(nèi)孔參數(shù)測量裝置基于坐標測量原理，測量裝置對被測內(nèi)孔橫截面進行采樣，獲取各被采樣點的坐標值，進而得到內(nèi)孔橫截面直徑、圓度以及內(nèi)孔的直線度。測量裝置主要包括回轉(zhuǎn)軸、沿回轉(zhuǎn)軸徑向安裝在回轉(zhuǎn)軸一端的接觸式位移測頭。所述球面環(huán)規(guī)通過其球形內(nèi)表面對內(nèi)孔參數(shù)測量裝置測頭長度進行校準，在內(nèi)孔參數(shù)測量裝置的姿態(tài)相對于球面環(huán)規(guī)有偏心、傾斜的情況下，球面環(huán)規(guī)依然能夠?qū)y頭長度進行高精度校準。

一種使用所述的球面環(huán)規(guī)對內(nèi)孔參數(shù)測量裝置測頭進行長度校準的方法，其特征在于：使用未經(jīng)校準的內(nèi)孔參數(shù)測量裝置在球面環(huán)規(guī)的球形內(nèi)表面上采樣不在同一平面上的4個點，以采樣第一點時測頭端點到測頭回轉(zhuǎn)中心的距離為測頭的基準長度a，并在此處將測頭讀數(shù)置零，則在對后續(xù)點進行采樣時，可得到測頭讀數(shù)相對于采樣第一點時的變化量Δ_n，由于各采樣點都在校準球曲面上，利用各采樣點到球形曲面球心的距離都等于球形曲面的半徑可得到一方程組，求解該方程組即可得到測頭置零時的基準長度a。

與現(xiàn)有工具及方法相比，本發(fā)明優(yōu)點在于：在測量裝置的姿態(tài)相對于球面環(huán)規(guī)有偏心、傾斜的情況下，依然能夠?qū)y頭長度進行高精度校準，校準效率較高，且易于實現(xiàn)自動化校準。

附圖說明

圖1為測頭回轉(zhuǎn)式內(nèi)孔多參數(shù)測量裝置及測量原理示意圖，其中：

圖1a為主視圖，圖1b為俯視圖，圖1c為坐標測量示意圖。

圖2為測頭基準長度校準示意圖。

圖3為本發(fā)明球面環(huán)規(guī)示意圖，其中：

圖3a為立體圖，圖3b為主視圖，圖3c為剖視圖。

圖4為使用標準環(huán)規(guī)校準時，測頭位姿導致誤差示意圖，其中：

圖4a為理想校準模型圖，圖4b為偏心導致誤差示意圖，圖4c為傾斜導致誤差示意圖。

圖5為使用本發(fā)明球面環(huán)規(guī)對各種位姿測頭進行校準的示意圖，其中：

圖5a為球面環(huán)規(guī)對與其偏心的測量裝置進行測頭長度校準示意圖，

圖5b為球面環(huán)規(guī)對與其傾斜的測量裝置進行測頭長度校準示意圖。

圖6為使用本發(fā)明球面環(huán)規(guī)及測頭長度校準方法對測頭進行校準的立體模型圖。

圖7為使用本發(fā)明球面環(huán)規(guī)及測頭長度校準方法對測頭進行校準的平面模型圖。

具體實施方式

如圖1a所示，內(nèi)孔參數(shù)測量裝置1包括回轉(zhuǎn)軸3、沿回轉(zhuǎn)軸3徑向安裝在回轉(zhuǎn)軸3一端的接觸式位移測頭2，測量裝置對被測件4的內(nèi)孔橫截面進行測量。

所述的內(nèi)孔參數(shù)測量裝置測量原理：如圖1b、1c所示，采用坐標測量原理。首先，以測頭回轉(zhuǎn)中心O'為極點，以測頭位于回轉(zhuǎn)零位時從極點出發(fā)且通過測頭端點的射線為極軸建立極坐標系。設經(jīng)過校準，測頭位于零位時，測頭端點到回轉(zhuǎn)中心O'的距離為a(如圖2所示)，則第n個采樣點在上述極坐標系中的極坐標為(a+Δ_n,θ_n)；再轉(zhuǎn)換為直角坐標為((a+Δ_n)cosθ_n,(a+Δ_n)sinθ_n)。