[发明专利]一种大型筒柱状工件尺寸和几何误差测量方法

说明书

技术领域

 本发明涉及一种基于坐标测量的工件尺寸和几何误差测量方法，特别是一种大型筒柱状工件尺寸和几何误差测量方法，属于工业测量领域。

背景技术

目前的坐标测量的测量方法从技术手段上讲主要是直接测量，测量仪器采用接触或者非接触的方法（探针、测球、激光扫描）获取工件上被测要素特征点的信息，拟合出被测要素，实现对工件尺寸和几何误差的测量和评定。这种方法比较容易实现，精度较高，但是有一个前提，工件被测要素的特征必须能够直接测量或是可引出测量。但是，直径在2m-20m之间的大型筒柱状工件一般由内壁、外壁、上端面和下端面等四个主要测量部分组成，其中两端面一般包含有较复杂的联接、装配和密封结构；工件的内表面和外表面也往往有细部结构。对于这类工件，目前通用的坐标测量方法存在如下问题：

对于大型筒柱状大型工件，在测量过程中，需要对工件的内表面、外表面、工件两个端面等各个主要被测部位进行尺寸及几何公差的综合测量和评定，测量内容还包括了工件整体尺寸、工件局部尺寸、工件整体和局部的相互关系。在这种情况下，用直接测量的方法测量时，现有的测量仪器无论如何摆放，一次测量装夹难以同时完成对以上被测要素的测量，如果增加现有的测量仪器的摆放位置，会大大的降低测量精度、增加了测量的复杂程度；如果转站测量，则会降低测量的精度和测量的效率。因此对于这类筒柱状大型工件，现存的坐标测量设备无法实现现场测量。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的在于提出一种大型筒柱状工件尺寸和几何误差测量方法，通过间接测量的方法，获取工件被测要素的特征点，采用坐标变换和特征拟合算法，用于对筒柱状大型工件的坐标测量。使用现有的测量仪器，在能达到测量目的、保证测量精度、一次测量装夹能获取所有的被测信息的前提下，采用在辅助的检测工装上设置一定的传感器和靶标的方式，设计出一种计算简单、测量精度较高且基于坐标测量的针对筒柱状大型工件的尺寸和几何误差测量方法。

本发明要解决的技术问题：对于筒柱状的大型工件，需要对工件的内表面、外表面，工件两个端面等各主要被测部位进行尺寸及几何误差的综合测量和评定，测量内容又涵盖了工件整体尺寸、工件局部尺寸、工件整体和局部的相互关系。工件的整体尺寸包括工件的内径、外径等；局部尺寸包括工件的壁厚、工件两端面细部结构(如凸沿)的尺寸和形位公差等；整体和局部的相互关系包括工件内外径的同轴度、工件轴线与端面的垂直度、工件两端面的平行度等被测要素。

为了达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种大型筒柱状工件尺寸和几何误差测量方法，通过间接测量的方法，获取工件被测要素的特征点；采用齐次坐标变换的方法，通过坐标平移，将获取的特征点统一变换到测量坐标系；采用最小二乘特征拟合算法，由特征点构造出被测要素的拟合要素，对工件尺寸和几何误差进行测量，其步骤如下：

通过间接测量的方法，获取工件被测要素的特征点：设计检测工装，在检测工装上设置测量靶标，使测量仪器获取工件整体尺寸如工件的内外径、同轴度等被测要素的特征点；在检测工装上安装传感器，使测量仪器获取工件局部尺寸如工件端面倾斜、壁厚等被测要素的特征点；使用传感器获取被测要素特征点在检测工装辅助坐标系下的坐标值；测量仪器通过对靶标测量获取靶标在测量坐标系下的坐标值；测量靶标使检测工装辅助坐标系与测量坐标系相关联；

靶标在检测工装辅助坐标系下的坐标值可以在安装前由更高精度的测量设备通过标定给出，给出参数；传感器获取的相关被测要素特征点在检测工装辅助坐标系下的坐标值也可以在安装前，通过系统标定确定尺寸和位置参数；采用坐标变换，将获取的相关被测要素的特征点统一到测量坐标系；

通过提取的被测要素特征点，拟合出被测要素的特征，通过坐标测量的方法，对工件尺寸和几何误差进行测量。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点：

1）本发明通过间接测量的方法，获取工件被测要素的特征点。通过检测工装，一次测量安装就可以测量不同部位的全部被测要素，提高测量精度、节约了测量时间。

2）本发明在检测工装上设置了传感器，这些传感器的设置与相关被测要素进行关联，测量工件局部尺寸及工件整体与局部相互关系。

3）本发明设计了测量仪器与检测工装和传感器数据的关联方法。测量仪器和靶标组成测量坐标系；在检测工装上设置辅助坐标系。通过系统标定的方法，获取靶标和传感器位置在辅助坐标系下的坐标值。通过坐标变换的方法，拟合出被测要素的特征，进行尺寸和几何公差的评定。