專(zhuān)利名稱(chēng)：圓柱坐標(biāo)系三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的溫度誤差補(bǔ)償方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及圓柱坐標(biāo)系三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的溫度誤差補(bǔ)償技術(shù)，能夠在車(chē)間使用條件下，對(duì)于溫度變化引起的測(cè)量機(jī)和工件變形所產(chǎn)生的測(cè)量誤差實(shí)現(xiàn)有效的補(bǔ)償，提高測(cè)量 精度。屬于測(cè)試技術(shù)及儀器領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
回轉(zhuǎn)體零件在工業(yè)生產(chǎn)的各種零件中，特別在軍工生產(chǎn)中占有很大比重。它們作 為機(jī)器的關(guān)鍵零件被廣泛應(yīng)用于工業(yè)、航空、航天、國(guó)防等領(lǐng)域中?；剞D(zhuǎn)體類(lèi)工件的母線可 以為直線段或圓弧段，表面的形狀可以是圓柱面、圓錐面、球面、圓環(huán)面、平面等。盡管回轉(zhuǎn) 體類(lèi)零件的結(jié)構(gòu)與尺寸隨其用途不同而異，但其結(jié)構(gòu)一般都具有以下特點(diǎn)對(duì)各個(gè)截面的 圓度有較高要求，有多個(gè)內(nèi)外圓回轉(zhuǎn)面需要檢測(cè)，并對(duì)它們的同軸度要求較高。這些零件往 往是機(jī)器、裝備的關(guān)鍵件，批量大，需要100%檢測(cè)?；剞D(zhuǎn)體零件的高精度、高效率已經(jīng)成為 國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防中許多部門(mén)的迫切需求。圓柱坐標(biāo)系三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)特別適合于回轉(zhuǎn)體零件的檢測(cè)。圓柱坐標(biāo)系三坐標(biāo)測(cè)量 機(jī)的總體構(gòu)成和工作原理如圖1所示。測(cè)量機(jī)由回轉(zhuǎn)工作臺(tái)和若干個(gè)測(cè)量架組成。工件安 裝在回轉(zhuǎn)工作臺(tái)上由夾具夾緊定心，并由回轉(zhuǎn)工作臺(tái)帶動(dòng)連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。測(cè)量架上分別裝有各 種測(cè)頭，以測(cè)量工件的內(nèi)外表面的軸向與徑向尺寸、形狀與位置誤差。圓柱坐標(biāo)系三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)有以下優(yōu)點(diǎn)。1)測(cè)量效率高 測(cè)量時(shí)工件連續(xù)旋轉(zhuǎn)、測(cè)頭固定不動(dòng)，工件轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，就完成對(duì) 一個(gè)截面的測(cè)量。而在傳統(tǒng)正交式三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)中，需要逐點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，十分費(fèi)時(shí)。2)形位測(cè)量精度高 采用在回轉(zhuǎn)過(guò)程中測(cè)量，只有回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)誤差和測(cè) 頭的測(cè)量不確定度影響測(cè)量圓度、圓跳動(dòng)、同軸度等形位誤差的精度，而各個(gè)測(cè)量架上的各個(gè) 部件的運(yùn)動(dòng)誤差對(duì)于這些形位測(cè)量精度基本沒(méi)有影響，因?yàn)樵跍y(cè)量一個(gè)截面時(shí)它們不動(dòng)。3)測(cè)頭運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)單、防碰撞問(wèn)題比較容易解決。但是圓柱坐標(biāo)測(cè)量機(jī)也有它自己的問(wèn)題。這主要是被測(cè)工件的尺寸不能直接從確 定各個(gè)測(cè)量架的標(biāo)尺中讀出。從標(biāo)尺中讀出的只是各個(gè)移動(dòng)架的相對(duì)位移，為了確定被測(cè) 工件的絕對(duì)尺寸，需要知道各個(gè)測(cè)量架的坐標(biāo)原點(diǎn)相對(duì)于回轉(zhuǎn)工作臺(tái)坐標(biāo)系原點(diǎn)的位置， 以及坐標(biāo)軸方向之間的夾角關(guān)系，即實(shí)現(xiàn)各個(gè)測(cè)量架與回轉(zhuǎn)工作臺(tái)坐標(biāo)系的統(tǒng)一。通常通 過(guò)對(duì)基準(zhǔn)件的標(biāo)定來(lái)實(shí)現(xiàn)這一坐標(biāo)系的統(tǒng)一。然而，如圖1所示，由于溫度變化會(huì)使各個(gè)測(cè)量架的位置和坐標(biāo)軸方向相對(duì)于回 轉(zhuǎn)工作臺(tái)的發(fā)生變化，引起測(cè)量誤差。特別對(duì)于在車(chē)間使用的圓柱坐標(biāo)測(cè)量機(jī)溫度變化引 起的測(cè)量誤差會(huì)很大，常達(dá)幾十至數(shù)百微米。加之車(chē)間溫度條件變化復(fù)雜，采用建立溫度場(chǎng) 模型的方法進(jìn)行溫度誤差補(bǔ)償難以獲得好的效果。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是為此需要通過(guò)一些套筒，作為模擬的相關(guān)件，測(cè)量其在離開(kāi)零件一定位置處的延伸部位的跳動(dòng)量。測(cè)量機(jī)應(yīng)當(dāng)能夠測(cè)量具有延伸公差的參數(shù)。在溫度誤差補(bǔ)償中就可以以它們?yōu)榛鶞?zhǔn)件，實(shí)現(xiàn)溫 度誤差補(bǔ)償。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是，圓柱坐標(biāo)系三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的溫度誤 差補(bǔ)償方法，包括下列步驟1.根據(jù)被測(cè)工件的情況，設(shè)計(jì)并制作上下兩端的基準(zhǔn)件，要求基準(zhǔn)件符合一般量 規(guī)的技術(shù)要求，圓柱度形狀誤差小、端面平面度誤差小，長(zhǎng)期穩(wěn)定性好；2.對(duì)基準(zhǔn)件的內(nèi)外徑、高度等進(jìn)行精確的標(biāo)定內(nèi)外徑都需要至少在兩個(gè)截面上 進(jìn)行標(biāo)定，這兩個(gè)截面應(yīng)力求相距較遠(yuǎn)，以獲得較精確的夾角變化值，高度測(cè)量的位置數(shù)視 需要而定；3.建立溫度誤差補(bǔ)償?shù)臄?shù)學(xué)模型；4.在建立的溫度誤差補(bǔ)償?shù)臄?shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上編寫(xiě)誤差補(bǔ)償程序，并將它加入到工 件測(cè)量結(jié)果的數(shù)據(jù)處理程序中；5.將誤差補(bǔ)償所需要測(cè)量的截面加入到測(cè)量程序中，在測(cè)量工件過(guò)程中加測(cè)用于 誤差補(bǔ)償所需要測(cè)量的截面；6.進(jìn)行測(cè)量結(jié)果數(shù)據(jù)處理，完成溫度誤差補(bǔ)償。所述的基準(zhǔn)件是套筒。本發(fā)明具有以下技術(shù)效果1、提高圓柱坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量穩(wěn)定性。2、簡(jiǎn)便準(zhǔn)確性高。


圖1為圓柱坐標(biāo)測(cè)量機(jī)工作原理圖。圖中1-回轉(zhuǎn)工作臺(tái)2-夾具3-下套筒4-測(cè)頭5-軸向參數(shù)外測(cè)量架6_工件 7_內(nèi)測(cè)量架8-上套筒9-測(cè)頭10-測(cè)頭11-徑向參數(shù)外測(cè)量架12-測(cè)頭。圖2為誤差補(bǔ)償測(cè)量示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的目的在于提供一種基于測(cè)量基準(zhǔn)件尺寸的溫度誤差補(bǔ)償技術(shù)，提高圓柱 坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量穩(wěn)定性。在圓柱坐標(biāo)測(cè)量機(jī)上測(cè)量工件尺寸的溫度誤差主要由以下三方面的因素引起。1.測(cè)量架相對(duì)于回轉(zhuǎn)工作臺(tái)產(chǎn)生平移。2.測(cè)量架的運(yùn)動(dòng)軸線方向相對(duì)于回轉(zhuǎn)軸線發(fā)生偏轉(zhuǎn)。3.工件本身的熱膨脹。在實(shí)踐中考察發(fā)現(xiàn)，有相當(dāng)一部分回轉(zhuǎn)體零件需要通過(guò)螺紋與相關(guān)件連接，并保 證相連接的相關(guān)件具有準(zhǔn)確的位置與方向，為此需要通過(guò)一些套筒，作為模擬的相關(guān)件，測(cè) 量其在離開(kāi)零件一定位置處的延伸部位的跳動(dòng)量。測(cè)量機(jī)應(yīng)當(dāng)能夠測(cè)量具有延伸公差的參 數(shù)。在溫度誤差補(bǔ)償中就可以以它們?yōu)榛鶞?zhǔn)件，實(shí)現(xiàn)溫度誤差補(bǔ)償。圖2為在工件的兩端各擰上一個(gè)套筒的情況。套筒在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的尺寸是確定的，并且通過(guò)標(biāo)定是已知的。利用外測(cè)頭測(cè)量套筒在A截面上的外徑，可以得到測(cè)量得到的A截面上的外徑與其標(biāo)定值之差A(yù)Da。它由在溫度變化影響下，測(cè)量架測(cè)量A截面時(shí)標(biāo) 尺的零位相對(duì)于回轉(zhuǎn)工作臺(tái)軸線距離的變化與工件、基準(zhǔn)件本身的熱變形共同引起。一般 說(shuō)，測(cè)量架標(biāo)尺的零位與回轉(zhuǎn)工作臺(tái)軸線間的距離比工件的外徑大許多；與此同時(shí)，工件與 基準(zhǔn)件的溫度接近，如果它們的線膨脹系數(shù)和外徑也接近，那么它們的熱變形也很接近，其 影響互相抵消?？梢哉J(rèn)為，ADa主要由測(cè)量架測(cè)量A截面時(shí)標(biāo)尺的零位相對(duì)于回轉(zhuǎn)工作臺(tái) 軸線距離的變化引起。隨后，利用外測(cè)頭測(cè)量套筒在B截面上的外徑，可以得到B截面上的外徑與其標(biāo)定 值之差A(yù)DB。ADB-ADa主要由測(cè)量架的運(yùn)動(dòng)軸線方向相對(duì)于回轉(zhuǎn)軸線發(fā)生偏轉(zhuǎn)引起。它們之間的夾角變化Δa＝ΔDA-ΔDH/2(zB-zA)。
在測(cè)量得到ADa和ADb后就可以對(duì)任意截面處由于溫度變化引起的外徑測(cè)量誤 差進(jìn)行補(bǔ)償。同樣可以通過(guò)在截面C和D處，測(cè)量套筒的內(nèi)徑，得到它們的實(shí)測(cè)值與標(biāo)定值之差 Adc與AdD。根據(jù)測(cè)量得到Adc和Ad11后就可以對(duì)任意截面處由于溫度變化引起的內(nèi)徑 測(cè)量誤差進(jìn)行補(bǔ)償。在工件沒(méi)有具有延伸公差的項(xiàng)目需要測(cè)量，從而不需要圖2所示帶螺紋的套筒 時(shí)，下套筒可以用回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)體外表面代替，即通過(guò)測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)體的外徑獲得八Da。為 了獲得ADb與Adc、Ad11則需要采用專(zhuān)門(mén)的套筒。為了對(duì)軸向尺寸的測(cè)量進(jìn)行溫度誤差補(bǔ)償，需要利用內(nèi)外測(cè)頭測(cè)量套筒的某些軸 向尺寸Le、Lf，將測(cè)量得到的值Le、Lf分別與在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下標(biāo)定得到的值LE(i、Lfo進(jìn)行比較， 獲得它們的差值Δ Le與Δ Lf，然后按線性插值引入補(bǔ)償。以上對(duì)于軸向尺寸的測(cè)量進(jìn)行溫度誤差補(bǔ)償是針對(duì)柱狀工件，即高度遠(yuǎn)大于直徑 的情況討論的。對(duì)于盤(pán)狀工件，即直徑遠(yuǎn)大于高度的情況，則需要考慮測(cè)量架的水平運(yùn)動(dòng)方 向相對(duì)于回轉(zhuǎn)工作臺(tái)軸線的變化帶來(lái)的影響。為此需要在不同的χ的兩個(gè)截面上進(jìn)行上述 測(cè)量，然后引入誤差補(bǔ)償。下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。1.根據(jù)被測(cè)工件的情況，設(shè)計(jì)并制作上下兩端的基準(zhǔn)件。要求基準(zhǔn)件(套筒)符 合一般量規(guī)的技術(shù)要求，圓柱度形狀誤差小、端面平面度誤差小，長(zhǎng)期穩(wěn)定性好。2.對(duì)基準(zhǔn)件的內(nèi)外徑、高度等進(jìn)行精確的標(biāo)定。內(nèi)外徑都需要至少在兩個(gè)截面上 進(jìn)行標(biāo)定。這兩個(gè)截面應(yīng)力求相距較遠(yuǎn)，以獲得較精確的夾角變化值。高度測(cè)量的位置數(shù) 視需要而定。3.建立溫度誤差補(bǔ)償?shù)臄?shù)學(xué)模型。4.在建立的溫度誤差補(bǔ)償?shù)臄?shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上編寫(xiě)誤差補(bǔ)償程序，并將它加入到工 件測(cè)量結(jié)果的數(shù)據(jù)處理程序中。5.將誤差補(bǔ)償所需要測(cè)量的截面加入到測(cè)量程序中，在測(cè)量工件過(guò)程中加測(cè)用于 誤差補(bǔ)償所需要測(cè)量的截面。6.進(jìn)行測(cè)量結(jié)果數(shù)據(jù)處理，完成溫度誤差補(bǔ)償。
權(quán)利要求
一種圓柱坐標(biāo)系三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的溫度誤差補(bǔ)償方法，其特征是，包括下列步驟1)根據(jù)被測(cè)工件的情況，設(shè)計(jì)并制作上下兩端的基準(zhǔn)件，要求基準(zhǔn)件符合一般量規(guī)的技術(shù)要求，圓柱度形狀誤差小、端面平面度誤差小，長(zhǎng)期穩(wěn)定性好；2)對(duì)基準(zhǔn)件的內(nèi)外徑、高度等進(jìn)行精確的標(biāo)定內(nèi)外徑都需要至少在兩個(gè)截面上進(jìn)行標(biāo)定，這兩個(gè)截面應(yīng)力求相距較遠(yuǎn)，以獲得較精確的夾角變化值，高度測(cè)量的位置數(shù)視需要而定；3)建立溫度誤差補(bǔ)償?shù)臄?shù)學(xué)模型；4)在建立的溫度誤差補(bǔ)償?shù)臄?shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上編寫(xiě)誤差補(bǔ)償程序，并將它加入到工件測(cè)量結(jié)果的數(shù)據(jù)處理程序中；5)將誤差補(bǔ)償所需要測(cè)量的截面加入到測(cè)量程序中，在測(cè)量工件過(guò)程中加測(cè)用于誤差補(bǔ)償所需要測(cè)量的截面；6)進(jìn)行測(cè)量結(jié)果數(shù)據(jù)處理，完成溫度誤差補(bǔ)償。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種圓柱坐標(biāo)系三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的溫度誤差補(bǔ)償方法，其特征 是，所述的基準(zhǔn)件是套筒。
全文摘要
本發(fā)明屬于測(cè)試技術(shù)及儀器領(lǐng)域。為實(shí)現(xiàn)溫度誤差補(bǔ)償，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，1.根據(jù)被測(cè)工件的情況，設(shè)計(jì)并制作上下兩端的基準(zhǔn)件；2.對(duì)基準(zhǔn)件的內(nèi)外徑、高度等進(jìn)行精確的標(biāo)定；3.建立溫度誤差補(bǔ)償?shù)臄?shù)學(xué)模型；4.在建立的溫度誤差補(bǔ)償?shù)臄?shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上編寫(xiě)誤差補(bǔ)償程序，并將它加入到工件測(cè)量結(jié)果的數(shù)據(jù)處理程序中；5.將誤差補(bǔ)償所需要測(cè)量的截面加入到測(cè)量程序中，在測(cè)量工件過(guò)程中加測(cè)用于誤差補(bǔ)償所需要測(cè)量的截面；6.進(jìn)行測(cè)量結(jié)果數(shù)據(jù)處理，完成溫度誤差補(bǔ)償。本發(fā)明主要應(yīng)用于回轉(zhuǎn)體零件測(cè)量。
文檔編號(hào)G01B21/00GK101825453SQ201010171390
公開(kāi)日2010年9月8日 申請(qǐng)日期2010年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月13日
發(fā)明者劉書(shū)桂, 張國(guó)雄, 李杏華, 裘祖榮, 郭敬濱 申請(qǐng)人:天津大學(xué)