[發明專利]一種空心軸的孔軸同軸度測量裝置及方法

有效

• 申請號: 201910204384.1
• 申請日: 2019-03-18
• 公開（公告）號: CN109870125B
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發明（設計）人: 張新寶;李強
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01B11/27
• 分類號: G01B11/27
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 張彩錦;曹葆青

1.一種空心軸的孔軸同軸度測量方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1將內孔測頭移動至被測對象(2)的內孔中，調節無衍射光基準發生器(1)的位置和方向，使得內孔測頭沿無衍射光基準發生器(1)發射的無衍射光光束(10)方向移動時，內孔測頭安裝筒(8)內的位移傳感器(3)都與被測對象(2)的內壁接觸，且示數都在量程范圍內，同時保證無衍射光光束(10)在位姿測量單元中能成像；

S2保持無衍射光基準發生器(1)和被測對象(2)的位置和姿態不變，沿著無衍射光光束(10)的方向移動內孔測頭，基于內孔測頭中的位移傳感器的數據計算多個被測對象內孔截面輪廓圓上的測量點坐標，求得各內孔截面輪廓圓圓心在內孔測頭坐標系中的坐標，并在無衍射光基準坐標系中擬合出被測對象(2)內孔的直線軸線(20)；

S3保持無衍射光基準發生器(1)和被測對象(2)的位置和姿態不變，將內孔測頭從被測對象(2)的內孔中移開，移動外圓測頭使得外圓測頭安裝筒(4)位于被測對象(2)的外部；

S4沿著無衍射光光束(10)的方向移動外圓測頭，基于外圓測頭中的位移傳感器的數據計算多個被測對象外圓截面輪廓圓上的測量點坐標，求得各外圓截面輪廓圓圓心在外圓測頭坐標系中的坐標，并將其轉化至無衍射光基準坐標系中；

S5根據步驟S2擬合出的被測對象的內孔直線軸線及步驟S4中測得的多個外圓截面輪廓圓圓心在無衍射光基準坐標系中的坐標求得被測對象(2)外圓和內孔的同軸度，以此完成孔軸同軸度的測量。

2.如權利要求1所述的孔軸同軸度測量方法，其特征在于，被測對象內孔/外圓截面輪廓圓上的測量點坐標采用如下公式計算：

其中，為第i個內孔/外圓截面輪廓圓上第j個測量點在內孔/外圓測頭坐標系中的坐標，D^i-j為第i個內孔/外圓截面輪廓圓上第j個測量點到內孔/外圓測頭軸線的距離，n為位移傳感器的個數。

3.如權利要求1所述的孔軸同軸度測量方法，其特征在于，步驟S2中被測對象的內孔直線軸線采用如下步驟獲得：

基于內孔測頭中的位姿測量單元的測量數據計算出內孔測頭在無衍射光基準坐標系中的位置和姿態；

根據內孔測頭在無衍射光基準坐標系中的位置和姿態以及內孔截面輪廓圓圓心在內孔測頭坐標系中的坐標計算內孔截面輪廓圓圓心在無衍射光基準坐標系中的坐標；

根據多個內孔截面輪廓圓圓心在無衍射光基準坐標系中的坐標擬合出內孔直線軸線。

4.如權利要求1所述的孔軸同軸度測量方法，其特征在于，步驟S4中外圓截面輪廓圓圓心在無衍射光基準坐標系中的坐標采用如下步驟獲得：

基于外圓測頭中的位姿測量單元的測量數據計算出外圓測頭在無衍射光基準坐標系中的位置和姿態；

根據外圓測頭在無衍射光基準坐標系中的位置和姿態以及外圓截面輪廓圓圓心在外圓測頭坐標系中的坐標計算外圓截面輪廓圓圓心在無衍射光基準坐標系中的坐標。

5.如權利要求3或4所述的孔軸同軸度測量方法，其特征在于，內孔/外圓測頭在無衍射光基準坐標系中的位置和姿態用俯仰角β、擺角α和滾角表達，并采用如下公式計算：

其中，為無衍射光光束與內孔/外圓測頭中的兩個光學傳感器的光敏面的交點在內孔/外圓測頭坐標系中的坐標，等于傾角傳感器的讀數。