[發(fā)明專利]一種利用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)精確測(cè)量球缺半徑的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011275184.4
• 申請(qǐng)日: 2020-11-16
• 公開（公告）號(hào): CN112461181B
• 公開（公告）日: 2022-04-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭華鵬;王亞軍;王曉琳;申明增
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司洛陽(yáng)電光設(shè)備研究所
• 主分類號(hào): G01B21/10
• 分類號(hào): G01B21/10
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心 61204
• 代理人: 劉新瓊

本發(fā)明涉及一種利用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)精確測(cè)量球缺半徑的方法，屬于機(jī)械類精密尺寸檢測(cè)技術(shù)。本發(fā)明將零件在三坐標(biāo)工作臺(tái)上穩(wěn)定放置，并使測(cè)量機(jī)測(cè)針能夠測(cè)到球體，利用在球體上采集的點(diǎn)，建立坐標(biāo)系，并反復(fù)進(jìn)行修正后確定球心位置，然后在球缺上采集若干點(diǎn)，計(jì)算球缺上各點(diǎn)半徑數(shù)值，然后再將這些數(shù)值進(jìn)行擬合，計(jì)算該球缺的半徑尺寸。利用該測(cè)量方法測(cè)量小于1/4球缺半徑，測(cè)量精度和效率都很高，在零件檢測(cè)領(lǐng)域有著廣泛的用途和前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于機(jī)械類精密尺寸檢測(cè)技術(shù)，具體涉及一種利用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)精確測(cè)量球缺半徑的方法。

背景技術(shù)

球缺是指一個(gè)球體被平面截開形成的兩個(gè)半球，其中小的那一部分；球缺件球徑尺寸檢測(cè)是檢驗(yàn)工作中經(jīng)常遇到的，球缺件材料一般有玻璃類、金屬類和樹脂類；類型有零件、組件、部件；形狀有完整的和不完整的、凸型和凹型；在球體中所占比例各不相同，尺寸有大有小、精度有高有低。檢測(cè)球缺球徑尺寸的方法有很多，玻璃類材料可以用輪廓儀、定心儀、干涉儀、三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、R樣板；球徑儀檢測(cè)是利用三個(gè)支撐球與零件接觸，確定一個(gè)截面，頂桿接觸球面得到矢高，然后根據(jù)截面半徑以及矢高，計(jì)算得出被測(cè)零件球徑。但是球徑儀測(cè)量受限于結(jié)構(gòu)，對(duì)于包含球面與其他結(jié)構(gòu)的非回轉(zhuǎn)對(duì)稱零件的的球面則無(wú)法進(jìn)行測(cè)量。機(jī)械類可以用球徑儀、輪廓儀、三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、R樣板等；輪廓儀、定心儀、干涉儀檢測(cè)時(shí)，都需要制作專用工裝將球缺的球心置于設(shè)備的軸線或中心位置上,且能進(jìn)行精確調(diào)整；R樣板只能進(jìn)行定性檢測(cè)且檢測(cè)精度較低；三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)是在零件上建立坐標(biāo)系進(jìn)行測(cè)量的，不受工件結(jié)構(gòu)影響，不需要準(zhǔn)確定位，且測(cè)力小精度高行程大，適用于各種形狀、材料、精度、尺寸球徑的檢測(cè)，適用范圍最廣，缺點(diǎn)是檢測(cè)軟件均是利用在球體上采集到的點(diǎn)構(gòu)造出整個(gè)球體，然后以構(gòu)造球體的直徑作為球缺的尺寸。當(dāng)被測(cè)球缺在球體中所占的比例小于1/4時(shí)，球體的大部分體積是構(gòu)造的，構(gòu)造球體部分的公差帶是所測(cè)球缺公差帶的延伸公差帶，構(gòu)造的部分越大，延伸公差帶越長(zhǎng)，則測(cè)量誤差越大。

發(fā)明內(nèi)容

要解決的技術(shù)問題

為了解決現(xiàn)有球缺檢測(cè)方法存在的缺陷，本發(fā)明提出一種利用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)精確測(cè)量球缺半徑的方法。

技術(shù)方案

一種利用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)精確測(cè)量球缺半徑的方法，其特征在于步驟如下：

步驟1：利用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)先在球面上靠近球缺表面邊緣位置處呈三角形分布采集3個(gè)點(diǎn)，編號(hào)為點(diǎn)1～點(diǎn)3，在目視球缺的頂或者底的位置采集點(diǎn)4，其中凸球?yàn)轫敚记驗(yàn)榈祝?/p>

步驟2：利用點(diǎn)1～點(diǎn)3構(gòu)造一個(gè)平面1和一個(gè)圓1，然后連接點(diǎn)1和點(diǎn)4構(gòu)造一條直線1；建立坐標(biāo)系1，將平面1的法線方向設(shè)置為坐標(biāo)系的Z軸方向，線1設(shè)置為坐標(biāo)系的X軸方向，圓1的圓心設(shè)置為坐標(biāo)系的原點(diǎn)；

步驟3：將點(diǎn)4的(x，y)測(cè)量時(shí)的坐標(biāo)值修改為(0，0)，并將點(diǎn)1～點(diǎn)4的矢量方向統(tǒng)一改為垂直于平面1；然后讓三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)自動(dòng)測(cè)量點(diǎn)1～點(diǎn)4，測(cè)量結(jié)束后，點(diǎn)4成為Z軸與球面的交點(diǎn)；

步驟4：按步驟2的操作過程重新建立坐標(biāo)系1，然后在新坐標(biāo)系1的XZ平面內(nèi)，過線1的中點(diǎn)構(gòu)造線1的垂線，并讓垂線和Z軸相交，得到交點(diǎn)5，該點(diǎn)為粗測(cè)的球心點(diǎn)；

步驟5：修改點(diǎn)1～點(diǎn)4的矢量方向?yàn)楦鼽c(diǎn)到球心點(diǎn)5的連線方向，然后讓三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)自動(dòng)測(cè)量一次點(diǎn)1～點(diǎn)4，重復(fù)步驟4的操作，第二次測(cè)得球心點(diǎn)；

步驟6：重復(fù)步驟4～5的操作，本次所測(cè)得交點(diǎn)為精確的球心點(diǎn)；

步驟7：在球缺上均勻分布的采集多個(gè)特征點(diǎn)，然后將這些特征點(diǎn)的矢量方向統(tǒng)一改為各點(diǎn)與球心的連線方向；

步驟8：讓三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)自動(dòng)執(zhí)行所有點(diǎn)的測(cè)量程序；測(cè)量結(jié)束后，計(jì)算球心到所采集的全部特征點(diǎn)的距離，即為球缺上各點(diǎn)的實(shí)測(cè)半徑值；將實(shí)測(cè)的所有半徑值，通過最小二乘法進(jìn)行計(jì)算，得到一個(gè)球缺半徑值。