[發明專利]一種薄壁零件短軸線孔的軸線與平面的角度測量方法

在審

• 申請號: 202111501918.0
• 申請日: 2021-12-09
• 公開（公告）號: CN114234890A
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發明（設計）人: 李楠;王志華;劉若蘭;姚建國;吳麗麗;齊坤;張小星;郭宇;劉春宇;全達
• 申請（專利權）人: 北京航天新立科技有限公司
• 主分類號: G01B21/22
• 分類號: G01B21/22
• 代理公司: 北京市京大律師事務所 11321
• 代理人: 陳如明

本發明提供了一種薄壁零件短軸線孔的軸線與平面的角度測量方法，包括：最大允許誤差辨別、確定短軸線孔軸線延長交點、短軸線孔軸線與平面的角度測量和角度差值驗證等步驟。在此基礎上，本發明還提供一種薄壁安裝孔檢具的短軸線孔的檢驗方法。本發明的方法研究最主要對象是典型含有短軸線孔軸線與平面的某薄壁零件安裝孔檢具，并提出了“短軸線孔軸線延長法”間接測量短軸線孔軸線與平面Q的角度，其通過事前分析和事后檢驗的構思實現角度的高精度測量。

技術領域

本發明屬于幾何量精密測量技術領域，特別涉及一種薄壁零件短軸線孔的軸線與平面的角度測量方法、以及基于此方法的短軸線孔的檢驗方法。

背景技術

在幾何量精密測量技術領域，薄壁零件中短軸線孔軸線與平面的角度測量一直存在不易測準的困難。例如，一種薄壁安裝孔檢具，其短軸線孔軸線與平面的角度設計公差為±1′。為確保測量結果準確性和可靠性，按照測量原則，需要滿足準確測量±1′精度的測量儀器最大允許誤差應不大于±0.33′。

當前，對于含有短軸線孔和平面的薄壁零件中該角度的測量一般采用直接測量法。

1、三坐標測量機直接測量法(如圖1中所示原理)：使用三坐標測量機采集指定平面與短軸線孔數據，短軸線孔元素特征以其短圓柱軸線表征，直接利用三坐標測量機測量軟件計算指定平面與短圓柱軸線的三維角度。該方法的問題在于：①薄壁零件短軸線孔軸線太短，測量其圓柱軸線數據時重復性差，測量結果難以滿足精度要求；②受限于三坐標測量機的測頭僅能旋轉特定角度，測準的前提下需考慮較大的測量深度，則測針與短軸線孔內壁接觸時由于測頭本身的直徑尺寸而極可能產生干涉，如圖1所示；③短軸線孔軸線以圓柱軸線表征時，需多次測量短軸線孔并每次評價其形狀和尺寸以確保采集數據質量。

2、影像測量儀直接測量法(如圖2中所示原理)：將短軸線孔沿孔軸線方向對切開，使用影像測量儀以光學方式采集薄壁零件短軸線孔軸線和平面投影特征，如圖2所示，以影像測量儀測量軟件構造被切開的短軸線孔壁兩邊線的中線模擬孔軸線和指定平面的角度。這種方法的問題在于以破壞工件的代價實現測量，且對短軸線孔形狀和尺寸有嚴格要求。

發明內容

本發明的方法的研究最主要對象是典型含有短軸線孔與平面的某薄壁零件安裝孔檢具，這類檢具一般其短軸線孔直徑6mm，軸線長10mm。要準確可靠的測量短軸線孔軸線與平面Q的角度，則需對測量方法的準確性和可靠性提出極高要求。

對此，本發明提出了“短軸線孔軸線延長法”間接測量短軸線孔軸線與平面Q的角度θ。其包括以事前分析和事后檢驗的構思實現角度的高精度測量，用以提供一種薄壁零件短軸線孔軸線與平面的角度測量方法；同時，針對上述特定檢具，提供一種該檢具中具有的短軸線孔的檢驗方法。關鍵步驟如下：

(1)事前分析：考慮測量準確性和可靠性，依據測量原則，一般來說，所用測量設備固有的最大允許誤差與產品要求公差極限的對應值之比為1/3～1/10。產品的角度公差為±1′，要達到此原則，則測量設備最大允許誤差應不大于±0.33′。具體到本發明，采用的三坐標測量機最大允許誤差為±(1.9+3L/1000)μm(其中，L為測量長度，單位mm)，以薄壁安裝孔檢具的待測孔深度10mm計算，測角最大允許誤差為0.4′，由此可知，通過三坐標測量機的直接測量法并不滿足測量原則(最大允許誤差應不大于±0.33′)。為此，本發明提供以下的“短軸線孔軸線延長法”。

(2)短軸線孔軸線延長法：在精密測量實驗室進行測量，溫度范圍20±2℃，相對濕度范圍≤75％。取平面Q兩側的平面a和平面b上對應設置的各一待測短軸線孔，確定第一短軸線孔一端圓心A與第二短軸線孔的同側圓心B兩點理論間距為L_AB，第一短軸線孔、第二短軸線孔的截面與平面Q的(所夾銳角)角度均為第一短軸線孔與第二短軸線孔的理論軸線AC與BD延長相交于點S，實現了短軸線孔軸線延長，其中，點S位置參數關系計算如下：

由下式(a)獲得點S到圓心A的距離L_SA：