專(zhuān)利名稱(chēng)：一種形位公差測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提出一種公差測(cè)量方法，特別是涉及一種形位公差的測(cè)量方法。
背景技術(shù)：
形位公差包括直線度、平面度、垂直度、圓跳動(dòng)等。形位公差對(duì)于保證零件質(zhì)量具 有重要意義，如徑向圓跳動(dòng)公差過(guò)大極易導(dǎo)致動(dòng)不平衡的出現(xiàn)，并使零件和支撐軸承等磨 損乃至損壞。目前普遍采用的形位公差測(cè)量方法主要是機(jī)械式百分表。百分表是利用齒條 齒輪或杠桿齒輪傳動(dòng)，將測(cè)桿的直線位移變?yōu)橹羔樀慕俏灰频挠?jì)量器具。主要用于測(cè)量制 件的尺寸和形狀、位置誤差等。分度值為0.01毫米，測(cè)量范圍為0-3、0-5、0-10毫米。百 分表需要接觸零件表面進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量結(jié)果直觀，但測(cè)量效率低，精度有限。近年來(lái)，也有采用光學(xué)方法測(cè)量形位公差的，光學(xué)測(cè)量精度高，對(duì)操作環(huán)境要求 高，使用不便，成本也很高?；魻栃?yīng)發(fā)現(xiàn)至今已一百多年，而投入實(shí)際應(yīng)用則是最近三十年的事。今天，霍爾 元件已經(jīng)廣泛于工業(yè)領(lǐng)域，包括汽車(chē)、計(jì)算機(jī)和飛機(jī)等。霍爾傳感器測(cè)量精度高、可靠性好， 可用于位移測(cè)量、轉(zhuǎn)速測(cè)量、位置監(jiān)測(cè)等。霍爾傳感器可以測(cè)量微小位移，但測(cè)量范圍窄，且 測(cè)量位移時(shí)需要復(fù)雜的調(diào)零操作。

發(fā)明內(nèi)容
百分表屬于機(jī)械測(cè)量，需要利用探針等直接接觸被測(cè)零件表面，這是其效率低下 的主要原因，無(wú)法在整個(gè)區(qū)域內(nèi)作全面檢測(cè)，一般只能選取幾個(gè)點(diǎn)檢測(cè)然后取最大差值，精 度不高。直接接觸還可能會(huì)傷及零件表面。光學(xué)測(cè)量雖然為非接觸測(cè)量，但操作不便，成本
曰蟲(chóng) P卩貝。本發(fā)明采用霍爾傳感器檢測(cè)形位公差，霍爾傳感器不需要與零件表面直接接觸， 且霍爾傳感器本身的特性決定了其更適合測(cè)量微小位移的相對(duì)變化量，也就是更適合公差 的測(cè)量，具有成本低，操作簡(jiǎn)單，重復(fù)性好，精度也比較高，對(duì)使用環(huán)境無(wú)特殊要求等優(yōu)點(diǎn)。參照?qǐng)D1，在工作臺(tái)上安裝好被測(cè)零件。采用具有線性輸出的霍爾傳感器，傳感器 周?chē)贾糜杏谰么盆F或電磁鐵，用一殼體將傳感器和磁鐵固定，確保主磁通穿過(guò)傳感器，且 傳感器不處于飽和狀態(tài)，傳感器與磁鐵的具體距離與磁鐵的磁場(chǎng)強(qiáng)度有關(guān)。傳感器殼體固 定在保持架上，保持架安裝在支座上，并能在支座上調(diào)節(jié)。傳感器通過(guò)導(dǎo)線與信號(hào)處理與顯 示單元連接。該裝置在測(cè)量之前應(yīng)進(jìn)行校準(zhǔn)，但并不是每次測(cè)量都需要校準(zhǔn)。具體的校準(zhǔn)步驟 如下
1、在某滑動(dòng)導(dǎo)軌上安裝一表面光滑且平整的試塊，固定傳感器與之垂直相對(duì)，調(diào)節(jié) 傳感器和試塊間隙至2毫米；
2、緩慢移動(dòng)試塊，記錄試塊位置與對(duì)應(yīng)的輸出電壓，繪出試塊位置與輸出電壓的關(guān) 系曲線，該曲線在某一區(qū)間內(nèi)應(yīng)為近似直線；
33、 信號(hào)處理與顯示單元記錄試塊位置變化區(qū)間，并擬合出近似直線段的曲線，用公 式Y(jié)=KX+b表示，可得Δ X/ Δ Y=K,即位置的變化量與電壓的變化量為定值K。將該數(shù)據(jù)存 入到信號(hào)處理與顯示單元。具體的測(cè)量步驟如下
1、固定被測(cè)零件或傳感器，確保除零件表面形貌的變化外，不應(yīng)有其它可能影響傳 感器輸出電壓變化的因素；
2、調(diào)整傳感器和被測(cè)零件之間的位置關(guān)系和間隙，使傳感器垂直于被測(cè)零件表面， 并保證傳感器工作在合適的線性范圍(由校準(zhǔn)試塊位置變化區(qū)間決定)；
3、使霍爾傳感器和被測(cè)零件表面發(fā)生相對(duì)移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)，由于被測(cè)零件會(huì)有一定的形 位公差，傳感器與被測(cè)零件的間隙發(fā)生改變，傳感器上的輸出電壓也隨之變化；
4、信號(hào)處理與顯示單元記錄傳感器輸出電壓信號(hào)，根據(jù)形位公差計(jì)算公式和校準(zhǔn)數(shù) 據(jù)，計(jì)算并顯示被測(cè)零件的形位公差。本方法的測(cè)量原理是霍爾線性傳感器布置于被測(cè)的鐵磁性零件與磁鐵之間，當(dāng) 霍爾傳感器和被測(cè)零件表面發(fā)生相對(duì)移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于零件表面形貌的變化，磁鐵和被 測(cè)零件的間隙產(chǎn)生變化，磁鐵周?chē)拇艌?chǎng)強(qiáng)度會(huì)隨之按一定規(guī)律變化。霍爾線性傳感器感 應(yīng)到磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化，并在一定范圍線性地反映為電壓的變化。因此零件表面形貌的變化 最終反映為電壓的變化。在線性范圍內(nèi)，不必考慮電壓信號(hào)對(duì)應(yīng)的傳感器絕對(duì)位置，僅根據(jù) 獲取的電壓信號(hào)的變化量，結(jié)合校準(zhǔn)數(shù)據(jù)和公差公式，即可以得出被測(cè)零件的形位公差。通 過(guò)采用不同的安裝方法，所能測(cè)量的形位公差包括直線度、平面度、圓柱度、垂直度、平行 度、徑向圓跳動(dòng)和端面圓跳動(dòng)。相對(duì)于目前使用最廣泛的百分表，有以下優(yōu)點(diǎn)
1、不需要與零件表面直接接觸，實(shí)現(xiàn)了非接觸公差測(cè)量；
2、能夠?qū)α慵砻孢M(jìn)行連續(xù)測(cè)量，測(cè)量效率高；
3、測(cè)量精度高，經(jīng)過(guò)補(bǔ)償后精度可達(dá)1微米；
4、能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)測(cè)量。相對(duì)于光學(xué)測(cè)量的方法，該發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)
1、測(cè)量操作簡(jiǎn)單，不需特殊的使用培訓(xùn)；
2、測(cè)量環(huán)境要求低；
3、成本低。


圖1是采用本發(fā)明的徑向圓跳動(dòng)公差檢測(cè)裝置示意圖；圖2是采用本發(fā)明的直線 度公差檢測(cè)裝置示意圖。
具體實(shí)施例方式方法1 如圖1所示，一種基于霍爾傳感器的徑向圓跳動(dòng)測(cè)量裝置。包括支座、保 持架、傳感器、信號(hào)處理與顯示單元、電源。其中霍爾傳感器選用線性輸出傳感器，磁鐵使用 釹鐵硼磁鋼，磁鋼為圓柱形，直徑4-10mm，長(zhǎng)度10_20mm。供電電源選用干電池，為信號(hào)處理 與顯示單元供電，并接一恒流源電路為傳感器供電，根據(jù)傳感器的電源要求范圍選擇電壓和電流。磁鋼和傳感器安裝在一塑料殼體內(nèi)，在殼體上安裝調(diào)整螺釘以微調(diào)磁鋼和傳感器 的位置。調(diào)整磁鋼和傳感器的距離到l_2mm，按校準(zhǔn)步驟進(jìn)行校準(zhǔn)。必要時(shí)旋轉(zhuǎn)調(diào)整螺釘， 調(diào)整磁鋼和傳感器的位置，但旋轉(zhuǎn)調(diào)整螺釘后，必須重新校準(zhǔn)。數(shù)據(jù)處理與信號(hào)顯示單元內(nèi) 部包括A/D轉(zhuǎn)換、單片機(jī)和顯示模塊。傳感器信號(hào)線通過(guò)一個(gè)下拉電阻連接到信號(hào)處理與 信號(hào)顯示單元的A/D轉(zhuǎn)換輸入端。下拉電阻應(yīng)不低于2. 2千歐。在完成校準(zhǔn)后，將校準(zhǔn)數(shù) 據(jù)存入信號(hào)處理與信號(hào)單元，測(cè)量時(shí)，固定傳感器的位置，然后旋轉(zhuǎn)被測(cè)零件，信號(hào)處理與 顯示單元自動(dòng)記錄輸入電壓，并取輸入電壓最大最小值之差，利用校準(zhǔn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換計(jì)算為徑 向圓跳動(dòng)公差顯示。 方法2 如圖2所示，一種基于霍爾傳感器的直線度測(cè)量裝置。包括支座、保持架、 傳感器、信號(hào)處理與顯示單元、電源。其中霍爾傳感器選用線性輸出傳感器，磁鐵使用釹鐵 硼磁鋼，磁鋼為圓柱形，直徑4-10mm，長(zhǎng)度10_20mm。供電電源選用干電池，為信號(hào)處理與顯 示單元供電，并接一恒流源電路為傳感器供電，根據(jù)傳感器的電源要求范圍選擇電壓和電 流。磁鋼和傳感器安裝在一塑料殼體內(nèi)，在殼體上安裝調(diào)整螺釘以微調(diào)磁鋼和傳感器的位 置。調(diào)整磁鋼和傳感器的距離到l_2mm，按校準(zhǔn)步驟進(jìn)行校準(zhǔn)。必要時(shí)旋轉(zhuǎn)調(diào)整螺釘，調(diào)整磁 鋼和傳感器的位置，但旋轉(zhuǎn)調(diào)整螺釘后，必須重新校準(zhǔn)。數(shù)據(jù)處理與信號(hào)顯示單元內(nèi)部包括 A/D轉(zhuǎn)換、單片機(jī)和顯示模塊。傳感器信號(hào)線通過(guò)一個(gè)下拉電阻連接到信號(hào)處理與信號(hào)顯示 單元的A/D轉(zhuǎn)換輸入端。下拉電阻應(yīng)不低于2. 2千歐。在完成校準(zhǔn)后將校準(zhǔn)數(shù)據(jù)存入信號(hào) 處理與信號(hào)單元。測(cè)量時(shí)，固定傳感器的位置，在滑軌上水平移動(dòng)被測(cè)零件，信號(hào)處理與顯 示單元自動(dòng)記錄輸入電壓，信號(hào)處理與顯示單元根據(jù)對(duì)輸入電壓信號(hào)進(jìn)行曲線擬合，并取 輸入電壓最大最小值之差，然后根據(jù)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)將該差值轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的直線度公差顯示。
權(quán)利要求
一種形位公差測(cè)量方法，其特征在于具有線性輸出的霍爾效應(yīng)傳感器布置于被測(cè)鐵磁性零件與磁鐵之間；使霍爾傳感器和被測(cè)零件表面發(fā)生相對(duì)移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)；除零件表面形貌的變化外，其它可能引起霍爾傳感器輸出電壓信號(hào)變化的因素都被消除；記錄霍爾傳感器輸出電壓信號(hào)，根據(jù)霍爾傳感器的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)和形位公差計(jì)算方法計(jì)算霍爾傳感器信號(hào)對(duì)應(yīng)的公差值，該值即為被測(cè)零件的形位公差。
2.根據(jù)權(quán)利1要求的形位公差測(cè)量方法，其特征還在于包括用于安裝被測(cè)零件的工 作臺(tái)；具有線性輸出的霍爾效應(yīng)傳感器；用于產(chǎn)生磁場(chǎng)的永久磁鐵或電磁鐵；用于固定并 能調(diào)整傳感器和磁鐵位置的殼體和調(diào)整螺釘；用于調(diào)整和固定霍爾傳感器位置的保持架以 及保持架支座；用于采集霍爾傳感器輸出電壓并能完成傳感器校準(zhǔn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、公差計(jì)算和 顯示功能的信號(hào)處理與顯示單元；用于為傳感器和信號(hào)處理與顯示單元供電的電源。
3.根據(jù)權(quán)利1要求的形位公差測(cè)量方法，其特征還在于所能測(cè)量的形位公差包括直 線度、平面度、圓柱度、垂直度、平行度、徑向圓跳動(dòng)和端面圓跳動(dòng)。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種利用霍爾傳感器對(duì)鐵磁性零件的形位公差進(jìn)行測(cè)量的方法?；魻柧€性輸出傳感器布置于被測(cè)零件與磁鐵之間，與被測(cè)零件保持合理的間隙且垂直于被測(cè)零件表面。除零件表面形貌的變化外，其它可能引起霍爾傳感器輸出電壓信號(hào)變化的因素都應(yīng)被消除。當(dāng)霍爾傳感器和被測(cè)零件表面發(fā)生相對(duì)移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于零件表面形貌的變化使磁鐵與被測(cè)零件的間隙發(fā)生變化。此變化反映為霍爾傳感器輸出電壓的變化，信號(hào)處理與顯示單元采集霍爾傳感器輸出電壓信號(hào)。根據(jù)所獲取的電壓信號(hào)變化量，結(jié)合校準(zhǔn)數(shù)據(jù)和公差公式，可以計(jì)算出被測(cè)零件的形位公差。其優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了非接觸測(cè)量，測(cè)量精度高、速度快、成本低、能做到自動(dòng)化和在線檢測(cè)。
文檔編號(hào)G01B7/00GK101922907SQ20101028587
公開(kāi)日2010年12月22日 申請(qǐng)日期2010年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月19日
發(fā)明者陳凡 申請(qǐng)人:陳凡