一種基于弧面凸輪等距模型的輪廓度誤差測量裝置及測量方法
【專利摘要】一種基于弧面凸輪等距模型的輪廓度誤差測量裝置及測量方法屬于弧面凸輪的測量與誤差評定【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明在三坐標(biāo)測量機上進行，通過搭配轉(zhuǎn)臺構(gòu)成四軸測量坐標(biāo)系，對弧面凸輪進行測量，測量結(jié)果為基于弧面凸輪等距模型的線輪廓度誤差。測量裝置包括三坐標(biāo)測量機，水平放置在三坐標(biāo)測量機平臺上的轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)與計算機。方法包括：改造三坐標(biāo)測量機；建立弧面凸輪等距曲面模型；建立理論特征線，確定采點策略；建立基準(zhǔn)坐標(biāo)系；建立測量坐標(biāo)系；根據(jù)三坐標(biāo)測量機的測量結(jié)果，結(jié)合數(shù)學(xué)最優(yōu)化方法，計算線輪廓度誤差；結(jié)合數(shù)學(xué)最優(yōu)化方法，計算弧面凸輪的制造誤差。本發(fā)明加快測量速度，提高測量準(zhǔn)確性，一種經(jīng)濟、實用且操作簡單的測量方法。
【專利說明】—種基于弧面凸輪等距模型的輪廓度誤差測量裝置及測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明設(shè)計弧面凸輪的測量與誤差評定【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種測量裝置。具體為對自動換刀裝置凸輪變速箱中的弧面凸輪線輪廓度誤差進行評定，涉及一種包括上述裝置的測量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]自動換刀裝置(ATC)是加工中心上的重要功能部件，弧面凸輪是ATC凸輪箱中的核心部件?，F(xiàn)階段對弧面凸輪的測量主要在三坐標(biāo)上進行，但是不可避免的由于半徑補償引入誤差；由于凸輪廓面的復(fù)雜性，導(dǎo)致三坐標(biāo)測量機難以測量到所有的廓面點，無法通過逆向工程，進行廓面還原；因此，急需提出一種不進行廓面還原，并且能夠避免半徑補償?shù)臏y量方法，提高測量結(jié)果的準(zhǔn)確程度。對弧面凸輪的精度指標(biāo)體系進行補充。目前弧面凸輪的檢驗標(biāo)準(zhǔn)，只有分度精度一項，局限性很強，準(zhǔn)確度不足；因此，提出輪廓度誤差的標(biāo)定方法具有急切的實際意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明目的在于提出了一種基于弧面凸輪等距模型的輪廓度誤差測量裝置及測量方法，對弧面凸輪加工精度進行快速測量，實現(xiàn)弧面凸輪測量的高效率和低成本，并對加工質(zhì)量進行評價。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種基于弧面凸輪等距模型的輪廓度誤差測量裝置及測量方法。
[0005]所述的一種基于弧面凸輪等距模型的輪廓度誤差測量裝置包括三坐標(biāo)測量機，轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)與計算機。轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)水平放置在三坐標(biāo)測量機平臺上，包括轉(zhuǎn)臺底座、轉(zhuǎn)臺臺面、定位模塊、轉(zhuǎn)臺驅(qū)動系統(tǒng)、轉(zhuǎn)臺測量系統(tǒng)。轉(zhuǎn)臺臺面中心處開有通孔，定位模塊安裝在轉(zhuǎn)臺臺面中心通孔內(nèi)，為過盈配合，保證定位模塊與轉(zhuǎn)臺同軸；定位模塊轉(zhuǎn)臺臺面部分的直徑與被測弧面凸輪中心通孔直徑一致，為過盈配合，保證弧面凸輪與轉(zhuǎn)臺同軸；通過更換定位模塊，可以測量不同規(guī)格的弧面凸輪。轉(zhuǎn)臺驅(qū)動系統(tǒng)包括步進電機、電機驅(qū)動器與控制器，通過蝸輪蝸桿傳動系驅(qū)使轉(zhuǎn)臺做旋轉(zhuǎn)運動。轉(zhuǎn)臺測量系統(tǒng)包括圓形光柵尺、讀數(shù)頭與數(shù)顯表，光柵尺安裝在轉(zhuǎn)臺臺面下部的主軸上，讀數(shù)頭固定安裝在底座上，讀數(shù)頭通過數(shù)據(jù)線與數(shù)顯表連接，數(shù)顯表實時顯示轉(zhuǎn)臺的角位置信息。
[0006]所述的一種基于弧面凸輪等距模型的輪廓度誤差測量方法，包括如下步驟:
[0007]I)建立弧面凸輪等距曲面模型:
[0008]三坐標(biāo)測量得到的數(shù)據(jù)點坐標(biāo)并不是接觸點的坐標(biāo)值，而是該位置測球球心坐標(biāo)，因此需要進行半徑補償，對于廓面形狀復(fù)雜的工件，現(xiàn)有的半徑補償方法大多進行法向量的模糊計算，將球心坐標(biāo)沿法向量偏移一定距離，該距離為測球半徑，這類方法存在理論誤差；或者對待測工件廣泛采點，通過逆向工程構(gòu)造測量模型，對該模型進行等距法來得到實際接觸點的坐標(biāo)，這類方法不適用于弧面凸輪。本發(fā)明提出將三坐標(biāo)測量結(jié)果點直接與弧面凸輪的等距曲面點進行比較，可以得到弧面凸輪等距曲面的線輪廓度誤差。該方法計算簡便、測量效率高、適用于快速測量。具體實施如下:
[0009]將弧面凸輪上的每一點P (X，y, ζ)，沿它的法向量方向T (dx，dy，dz)偏移固定距離，該距離為紅寶石測頭半徑R，得到點PU，y, ζ)對應(yīng)的等距點P’(X，y, ζ):
[0010]P，(X，y, z) =P (X，y, z) +R.T (dx, dy, dz)
[0011]得到弧面凸輪的等距曲面模型，該模型上的點對應(yīng)于三坐標(biāo)測頭的球心坐標(biāo)。利用弧面凸輪的等距曲面模型作為三坐標(biāo)測量時的理論模型，在進行測量結(jié)果的處理時，將三坐標(biāo)的測量結(jié)果與等距曲面模型上的點相比較，可以避免半徑補償。
[0012]弧面凸輪機構(gòu)由弧面凸輪與從動件(滾子)組成?；∶嫱馆喤c從動件的運動規(guī)律為修正正弦運動規(guī)律，根據(jù)空間共軛接觸點的基本條件，結(jié)合上述等距曲面方法，對弧面凸輪的廓面方程進行改造，由于滾子與弧面凸輪的廓面接觸為線接觸，且該接觸線與滾子軸線在同一平面內(nèi)且平行于滾子軸線，因此，將滾子半徑減小測球半徑，等價于弧面凸輪廓面沿各點法方向延伸測球半徑的距離。
[0013]下式為改造后的從動件接觸點方程:
【權(quán)利要求】
1.一種基于弧面凸輪等距模型的輪廓度誤差測量裝置，其特征在于: 包括三坐標(biāo)測量機，轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)與計算機；轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)水平放置在三坐標(biāo)測量機平臺上，包括轉(zhuǎn)臺底座、轉(zhuǎn)臺臺面、定位模塊、轉(zhuǎn)臺驅(qū)動系統(tǒng)、轉(zhuǎn)臺測量系統(tǒng)；轉(zhuǎn)臺臺面中心處開有通孔，定位模塊安裝在轉(zhuǎn)臺臺面中心通孔內(nèi)，為過盈配合，保證定位模塊與轉(zhuǎn)臺同軸；定位模塊轉(zhuǎn)臺臺面部分的直徑與被測弧面凸輪中心通孔直徑一致，為過盈配合，保證弧面凸輪與轉(zhuǎn)臺同軸；通過更換定位模塊，可以測量不同規(guī)格的弧面凸輪；轉(zhuǎn)臺驅(qū)動系統(tǒng)包括步進電機、電機驅(qū)動器與控制器，通過蝸輪蝸桿傳動系驅(qū)使轉(zhuǎn)臺做旋轉(zhuǎn)運動；轉(zhuǎn)臺測量系統(tǒng)包括圓形光柵尺、讀數(shù)頭與數(shù)顯表，光柵尺安裝在轉(zhuǎn)臺臺面下部的主軸上，讀數(shù)頭固定安裝在底座上，讀數(shù)頭通過數(shù)據(jù)線與數(shù)顯表連接，數(shù)顯表實時顯示轉(zhuǎn)臺的角位置信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于弧面凸輪等距模型的輪廓度誤差測量裝置，其特征在于，所述轉(zhuǎn)臺的傳動系統(tǒng)為蝸輪蝸桿傳動。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于弧面凸輪等距模型的輪廓度誤差測量裝置，其特征在于，所述轉(zhuǎn)臺中心鉆有螺紋孔。
4.應(yīng)用權(quán)利要求1所述的一種基于弧面凸輪等距模型的輪廓度誤差測量裝置的方法，其特征在于，包括如下步驟: 1)建立弧面凸輪等距曲面模型: 將弧面凸輪上的每一點P(x，1，z)，沿它的法向量方向T(dx，dy, dz)偏移固定距離，該距離為紅寶石測頭半徑R，得到點P(x，y，z)對應(yīng)的等距點P' (x，y，z):
P’(X，y, z) =P (X，y, z) +R.T (dx, dy, dz) 得到弧面凸輪的等距曲面模型，該模型上的點對應(yīng)于三坐標(biāo)測頭的球心坐標(biāo)； 弧面凸輪機構(gòu)由弧面凸輪與從動件即滾子組成；弧面凸輪與從動件的運動規(guī)律為修正正弦運動規(guī)律，根據(jù)空間共軛接觸點的基本條件，結(jié)合上述等距曲面方法，對弧面凸輪的廓面方程進行改造； 下式為改造后的從動件接觸點方程:
【文檔編號】G01B21/20GK103925902SQ201410137395
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年4月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月8日
【發(fā)明者】孫樹文, 曹思奇, 楊建武, 陳晨 申請人:北京工業(yè)大學(xué)