CN115060212A - 一种螺旋槽测量方法 - Google Patents

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尚谦
张广舒
殷云飞
刘桂荣
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韩雪峰
何艳玲
姜维
梁冬
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Abstract

本发明涉及工件检测技术领域，公开一种螺旋槽测量方法。其中螺旋槽测量方法，先将工件竖直安装于三坐标测量仪上，且拨头朝上；通过三坐标测量仪手动测量并建立工件的粗基准坐标系；三坐标测量仪以粗基准坐标系为基础自动测量工件并建立精基准坐标系；将精基准坐标系与三维数模坐标系相统一；根据精基准坐标系测量螺旋槽，实现对螺旋槽的自动化测量。该发明能够实现螺旋槽内所有点位的位置度和螺旋槽的轮廓度的快速精确测量，并可实现编程，测量重复性及结果再现性高，提高螺旋槽的测量精度，有效的提高测量的准确性，通过避免误差产生，提高测量效率高，测量结果稳定。

Description

一种螺旋槽测量方法
技术领域
本发明涉及工件检测技术领域，尤其涉及一种螺旋槽测量方法。
背景技术
随着国内汽车工业的发展及人们对汽车驱动力的需求，四驱车在国产车中的占比逐渐增高，其中分动器做为传递和分配动力的核心部件，对零件设计及制造精度的控制也很严格。在需要动力传递和分配时，从动凸轮和主动凸轮将产生一个相对角位移，此时螺旋凹槽内钢珠沿凹槽移动，使得主动凸轮盘断开或压紧离合器，从而实现动力得传递，所以螺旋凹槽的精度直接影响分动器传递动力及时性和准确性，但螺旋凹槽属于空间螺旋结构，且加工精度高(≤0.05mm)，对测量带来很大的困难。
主/从动凸轮中的螺旋凹槽为均布多个空间螺旋结构，在专利CN201210252322.6中，将螺旋凹槽绘制成三维立体图，结合CAD软件截取几个测量平面的钢球接触点理论坐标，然后利用百分表测量出钢球接触点的实测坐标，从而根据公式可计算出该点的位置精度。该方案只能测量有限的几个点坐标，不能真实反映螺旋凹槽的位置精度和轮廓度，且不能实现自动化，测量效率和准确性低，对人员技能要求高，不利于现代化生产测量。
基于此，亟需一种螺旋槽测量方法，以解决上述存在的问题。
发明内容
基于以上，本发明的目的在于提供一种螺旋槽测量方法，实现螺旋槽内所有点位的位置度和螺旋槽的轮廓度的快速精确测量，并可实现编程，测量重复性及结果再现性高，提高螺旋槽的测量精度。
为达上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种螺旋槽测量方法，用于测量工件上螺旋槽，工件一侧设置有平面A，另一侧设置有螺旋槽，工件呈环形，工件的侧壁设置有拨头，拨头的两侧对称设置有平面B，平面B垂直于平面A，所述螺旋槽测量方法包括以下步骤：
S1、工件竖直安装于测量台上，且拨头朝上；
S2、通过三坐标测量仪手动测量并建立工件的粗基准坐标系；
S3、三坐标测量仪以粗基准坐标系为基础自动测量工件并建立精基准坐标系；
S4、将精基准坐标系与三维数模坐标系相统一；
S5、测量螺旋槽。
作为一种螺旋槽测量方法的优选技术方案，在S2步骤中，包括：
S21、探测平面A的至少三个点，构建第一平面，第一平面的法向作为第一轴向；
S22、探测两个平面B，每个平面B探测至少三个点，两个平面B之间拟合生成第二平面，第二平面的法向作为第二轴向；
S23、在工件的径向的外侧壁探测至少三个点，三个点投影到第一平面上，并通过投影后的点构建第一圆，第一圆的圆心作为坐标系的第一原点；
S24、通过第一原点、第一轴向和第二轴向构建粗基准坐标系。
作为一种螺旋槽测量方法的优选技术方案，在S3步骤中，包括：
S31、在平面A中的直径100mm圆上探测至少十六个点，构建第三平面，第三平面的法向作为第三轴向；
S32、探测两个平面B，每个平面B探测至少四个点，且两个平面B之间拟合生成第四平面，第四平面的法向作为第四轴向；
S33、探测工件的径向的侧壁至少三十二个点，三十二个点投影到第三平面上，并通过投影后的点构建第二圆，第二圆的圆心作为坐标系的第二原点；
S34、通过第二原点、第三轴向和第四轴向构建粗基准坐标系。
作为一种螺旋槽测量方法的优选技术方案，在S33步骤中，至少三次构建第二圆，通过三个第二圆的圆心构建第二原点。
作为一种螺旋槽测量方法的优选技术方案，在S31步骤中，还包括检测第三平面的平面度，当平面度大于预设值时，判定工件为不合格产品。
作为一种螺旋槽测量方法的优选技术方案，在S3步骤中，探测的方式为点测或扫描。
作为一种螺旋槽测量方法的优选技术方案，在S5步骤中，包括：探测螺旋槽内多个检测点，检测点的实际坐标为(x，y，z)，检测点的理论坐标为(X,Y,Z)；
通过公式：
Figure BDA0003690536680000031
计算检测点的位置度
Figure BDA0003690536680000032
作为一种螺旋槽测量方法的优选技术方案，在S5步骤中，包括：
设置探针的扫描循环语句，探针随扫描循环语句进行扫描检测，得出螺旋槽的实际数据点云，实际数据点云与理论数据点云对比计算得出螺旋槽的轮廓度。
作为一种螺旋槽测量方法的优选技术方案，扫描循环语句与螺旋槽加工时的循环语句相同，扫描循环语句为：
r1＝r+(D2/2-D1/2)×sinθ1；
θ1＝S×10°(S＝-6、-5、-4、-3、-2、-1、0、1、2、3、4、5、6)；
Z＝1.566×t，1≥t≥0；
其中，r1为探针距离工件轴线的距离；r为螺旋槽的中心线的半径；D1为探针的直径；D2为螺旋槽的横截面的直径；θ1为探针绕螺旋线的中心线的轨迹角度；Z为探针在螺旋槽内的高度。
作为一种螺旋槽测量方法的优选技术方案，三坐标测量仪的测量模块能够沿X、Y、Z三个方向运动，测量模块的测头为可旋转的探针，测量工件前对探针的旋转角度进行校准。
本发明的有益效果为：
本发明提供一种螺旋槽测量方法，测量时，先将工件竖直安装于三坐标测量仪上，且拨头朝上；通过三坐标测量仪手动测量并建立工件的粗基准坐标系；三坐标测量仪以粗基准坐标系为基础自动测量工件并建立精基准坐标系；将精基准坐标系与三维数模坐标系相统一；根据精基准坐标系测量螺旋槽，实现对螺旋槽的自动化测量。该发明能够实现螺旋槽内所有点位的位置度和螺旋槽的轮廓度的快速精确测量，并可实现编程，测量重复性及结果再现性高，提高螺旋槽的测量精度，有效的提高测量的准确性，通过避免误差产生，提高测量效率高，测量结果稳定。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。
图1是本发明具体实施方式提供的螺旋槽测量方法的流程图；
图2是本发明具体实施方式提供的工件的主视图；
图3是本发明具体实施方式提供的工件的侧视的剖视图；
图4是本发明具体实施方式提供的轴线与第三平面的交点坐标值与第二圆投影至第三平面的圆心坐标值的对比图；
图5是本发明具体实施方式提供的探针位于螺旋槽内的示意图。
图中标记如下：
1、工件；11、拨头；12、轴线；13、螺旋槽。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
如图1-图3所示，本实施例提供一种螺旋槽测量方法，该螺旋槽测量方法用于测量工件1上螺旋槽13，工件1一侧设置有平面A，另一侧设置有螺旋槽13，工件1呈环形，工件1的侧壁设置有拨头11，拨头11的两侧对称设置有平面B，平面B垂直于平面A，螺旋槽测量方法包括以下步骤：
S1、工件1竖直安装于测量台上，且拨头11朝上；
将工件1竖直、稳定地摆放的测量台的中间位置，平面B与测量台的XY面垂直，然后使用虎钳或固定块安装在测量台上。
S2、通过三坐标测量仪手动测量并建立工件1的粗基准坐标系；
需要说明的是，三坐标测量仪的测量模块能够沿X、Y、Z三个方向运动，测量模块的测头为可旋转的探针，测量工件1前对探针的旋转角度进行校准，其中探针探测的方式为点测或扫描。
由于工件1安装在台面上，无定位基准，因此通过三坐标测量仪手动测量并建立工件1的粗基准坐标系，便于后续对工件1自动化测量，包括以下步骤：
S21、探测平面A的至少三个点，构建第一平面，第一平面的法向作为第一轴向；
S22、探测两个平面B，每个平面B探测至少三个点，两个平面B之间拟合生成第二平面，第二平面的法向作为第二轴向；
S23、在工件1的径向的外侧壁探测至少三个点，三个点投影到第一平面上，并通过投影后的点构建第一圆，第一圆的圆心作为坐标系的第一原点；
S24、通过第一原点、第一轴向和第二轴向构建粗基准坐标系。
S3、三坐标测量仪以粗基准坐标系为基础自动测量工件1并建立精基准坐标系；
由于工件1安装于测量台后，具有粗基准坐标系，因此可通过编程自动测量工件1并建立精基准坐标系；其包括以下步骤：
S31、在平面A中的直径100mm圆上探测至少十六个点，构建第三平面，第三平面的法向作为第三轴向；
在S31步骤中，还包括检测第三平面的平面度，当平面度大于预设值时，判定工件1为不合格产品。
S32、探测两个平面B，每个平面B探测至少四个点，且两个平面B之间拟合生成第四平面，第四平面的法向作为第四轴向；
S33、探测工件1的径向的侧壁至少三十二个点，三十二个点投影到第三平面上，并通过投影后的点构建第二圆，第二圆的圆心作为坐标系的第二原点；
在其他实施例中，探测检测工件1的轴线12上的多个点的坐标，轴线12与第三平面的交点作为精基准坐标系的第三原点，但是第三原点受工件1的形状公差影响较大，且轴线12距离较短，因此第三原点的精度较低。如图4所示，从图4中可以看出第二圆投影至第三平面的圆心坐标更为集中，离散度更小，用第二原点作为精基准坐标系的原点更精准。
优选地，在S33步骤中，至少三次构建第二圆，通过三个第二圆的圆心构建第二原点，提高第二原点的选取精度。
S34、通过第二原点、第三轴向和第四轴向构建粗基准坐标系。
S4、将精基准坐标系与三维数模坐标系相统一；此过程进行坐标转换，将建立的精基准坐标系与三维数模的坐标系相统一，方便后续数据采集及拟合；
S5、测量螺旋槽13。
测量螺旋槽13可通过两种方式，分别测量螺旋槽13内点位的位置度和螺旋槽13的轮廓度，具体如下：
方式一：采点方式，探测螺旋槽13内多个检测点，检测点的实际坐标为(x，y，z)，检测点的理论坐标为(X,Y,Z)；
通过公式：
Figure BDA0003690536680000081
计算检测点的位置度φ。
方式二：扫描方式，设置探针的扫描循环语句，探针随扫描循环语句进行扫描检测，得出螺旋槽13的实际数据点云，实际数据点云与理论数据点云对比计算得出螺旋槽13的轮廓度。
进一步地，扫描循环语句与螺旋槽13加工时的循环语句相同，如图5所示，本实施例中螺旋槽13的设计公式为：
螺旋槽13的横截面的直径D2＝11.3；
螺旋槽13的中心线的半径r＝34.25；
螺旋槽13绕工件轴线12的轨迹角度θ＝t×60°；
螺旋槽13轨迹角度Z＝1.566×t
t为变量，1≥t≥0；
根据上述螺旋槽13的设计公式设计扫描循环语句，
R1＝r+L1，r1为探针距离工件轴线12的距离；L1为探针距离螺旋槽13中心线的水平方向的距离；
L1＝L2×sinθ1，L2为探针距离螺旋槽13中心线的距离，θ1为探针绕螺旋线的中心线的轨迹角度；
L2＝D2/2-D1/2，D1为探针的直径；
θ1＝S×10°，S＝-6、-5、-4、-3、-2、-1、0、1、2、3、4、5、6；
由上述公式可得：
r1＝r+(D2/2-D1/2)×sinθ1
故扫描循环语句为：
r1＝r+(D2/2-D1/2)×sinθ1；
θ1＝S×10°(S＝-6、-5、-4、-3、-2、-1、0、1、2、3、4、5、6)；
Z＝1.566×t，t为变量，1≥t≥0。
将扫描循环语句输入三坐标测量仪的软件中，实现了探针自动随螺旋槽13形状进行检测，检测更加准确，数据可靠，有效的提高测量的准确性，通过避免误差产生，提高测量效率高，测量结果稳定。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种螺旋槽测量方法，用于测量工件上螺旋槽，工件一侧设置有平面A，另一侧设置有螺旋槽，工件呈环形，工件的侧壁设置有拨头，拨头的两侧对称设置有平面B，平面B垂直于平面A，其特征在于，所述螺旋槽测量方法包括以下步骤：
S1、工件竖直安装于测量台上，且拨头朝上；
S2、通过三坐标测量仪手动测量并建立工件的粗基准坐标系；
S3、三坐标测量仪以粗基准坐标系为基础自动测量工件并建立精基准坐标系；
S4、将精基准坐标系与三维数模坐标系相统一；
S5、测量螺旋槽。
2.根据权利要求1所述的螺旋槽测量方法，其特征在于，在S2步骤中，包括：
S21、探测平面A的至少三个点，构建第一平面，第一平面的法向作为第一轴向；
S22、探测两个平面B，每个平面B探测至少三个点，两个平面B之间拟合生成第二平面，第二平面的法向作为第二轴向；
S23、在工件的径向的外侧壁探测至少三个点，三个点投影到第一平面上，并通过投影后的点构建第一圆，第一圆的圆心作为坐标系的第一原点；
S24、通过第一原点、第一轴向和第二轴向构建粗基准坐标系。
3.根据权利要求1所述的螺旋槽测量方法，其特征在于，在S3步骤中，包括：
S31、在平面A中的直径100mm圆上探测至少十六个点，构建第三平面，第三平面的法向作为第三轴向；
S32、探测两个平面B，每个平面B探测至少四个点，且两个平面B之间拟合生成第四平面，第四平面的法向作为第四轴向；
S33、探测工件的径向的侧壁至少三十二个点，三十二个点投影到第三平面上，并通过投影后的点构建第二圆，第二圆的圆心作为坐标系的第二原点；
S34、通过第二原点、第三轴向和第四轴向构建粗基准坐标系。
4.根据权利要求3所述的螺旋槽测量方法，其特征在于，在S33步骤中，至少三次构建第二圆，通过三个第二圆的圆心构建第二原点。
5.根据权利要求3所述的螺旋槽测量方法，其特征在于，在S31步骤中，还包括检测第三平面的平面度，当平面度大于预设值时，判定工件为不合格产品。
6.根据权利要求1所述的螺旋槽测量方法，其特征在于，在S3步骤中，探测的方式为点测或扫描。
7.根据权利要求1所述的螺旋槽测量方法，其特征在于，在S5步骤中，包括：探测螺旋槽内多个检测点，检测点的实际坐标为(x，y，z)，检测点的理论坐标为(X，Y，Z)；
通过公式：
Figure FDA0003690536670000021
计算检测点的位置度
Figure FDA0003690536670000022
8.根据权利要求1所述的螺旋槽测量方法，其特征在于，在S5步骤中，包括：
设置探针的扫描循环语句，探针随扫描循环语句进行扫描检测，得出螺旋槽的实际数据点云，实际数据点云与理论数据点云对比计算得出螺旋槽的轮廓度。
9.根据权利要求8所述的螺旋槽测量方法，其特征在于，扫描循环语句与螺旋槽加工时的循环语句相同，扫描循环语句为：
r1＝r+(D2/2-D1/2)×sinθ1；
θ1＝S×10°(S＝-6、-5、-4、-3、-2、-1、0、1、2、3、4、5、6)；
Z＝1.566×t，t为变量，1≥t≥0；
其中，r1为探针距离工件轴线的距离；r为螺旋槽的中心线的半径；D1为探针的直径；D2为螺旋槽的横截面的直径；θ1为探针绕螺旋线的中心线的轨迹角度；Z为探针在螺旋槽内的高度。
10.根据权利要求1-9任一项所述的螺旋槽测量方法，其特征在于，三坐标测量仪的测量模块能够沿X、Y、Z三个方向运动，测量模块的测头为可旋转的探针，测量工件前对探针的旋转角度进行校准。
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