[发明专利]一种空心轴的孔轴同轴度测量装置及方法

说明书

本发明属于同轴度测量领域，并具体公开了一种空心轴的孔轴同轴度测量装置及方法，该装置包括无衍射光基准发生器、外圆测头、内孔测头和数据采集处理单元，无衍射光基准发生器用于产生无衍射光光束；外圆测头包括外圆测头安装筒、沿外圆测头安装筒内部周向布置的多个位移传感器以及同轴布置在外圆测头安装筒内的位姿测量单元；内孔测头包括内孔测头安装筒、沿内孔测头安装筒外部周向布置的多个位移传感器以及同轴布置在内孔测头安装筒内的位姿测量单元；数据采集处理单元用于接收外圆测头和内孔测头中的位移传感器及位姿测量单元的数据。所述方法采用上述装置进行空心轴孔轴的同轴度测量。本发明具有测量精度高，稳定性好，操作简便等优点。

技术领域

本发明属于同轴度测量领域，更具体地，涉及一种空心轴的孔轴同轴度测量装置及方法。

背景技术

空心轴在各个领域受到广泛的应用，也解决了很多行业难题，同时，空心轴的结构也对整个旋转轴系的工作稳定性产生巨大影响，特别是内孔和外圆的同轴度误差，对保障其工作性能，提高其工作效率具有重要的意义。因此，对于空心轴的同轴度测量显得尤为重要。

对于同轴度测量而言，国内外均进行了诸多研究：

例如，吉林大学的佟金提出了一种测量大锻件同轴度的新方法，该方法采用面阵CCD作为测量工具，面阵CCD可实时获取锻件的图像，便于操作人员实时监控锻件的生产过程，操作人员可以在获取的锻件图像上选取适当的位置进行测量，实验采用自主开发的软件进行图像处理，测量结果反映测量综合误差在合理范围之内，单次测量时间在10s之内。该方法具有体积小、可靠性高、测量速度快及对工作环境无特殊要求等优点，但该方法无法进行孔-轴的同轴度测量，且对于大尺寸的测量对象，操作难度比较大。再如，南通大学的张政分析的三坐标测量机法(以下简称CMM)，具有测量精确度高，速度快，适应性强，数字化控制，可以满足多孔径同轴度的测量。CMM测量同轴度的最大特点是无须转动工件，无须专用芯轴或专用支架，无须机械找正，只需用测头探针对工件取点采样，即可快速输出测量结果。但用CMM测量同轴度时，由于对基准轴线理解的差异，或对被测要素轴线测量方法不同，或对同轴度评价方法不同，以及CMM采点误差的影响等原因，有时会出现测量结果误差较大、重复性较差的现象，即测量结果不能真实反映零件真实的同轴度误差。再如，吉林大学的张瑛玮提出了一种非接触方式测量同轴度的方法，采用二维激光位移传感器测量空心圆柱体内表面同轴度。同时给出了根据圆柱内表面直径选取二维激光位移传感器的方法及设计技巧，并且对影响测量精度的因素进行了详细分析。该测量方法适合于测量孔-孔同轴度。

国外，比如美国、德国等先后研发了多种能适应不同轴径同轴度测量的高精度光电测量设备，可以对轴的几何尺寸和形位误差进行非接触测。一些国外品牌的激光对中仪,如瑞典(Easy-laserD系列)、德国(OPTALIGN PLUS Series)、美国(FIXTURLASER)等较适用于测量旋转设备的轴-轴同轴度，而不适用于测量孔-孔同轴度或者孔-轴同轴度。也有些国家，利用获取零件外围尺寸的方法获得轴-轴同轴度，如韩国的双频激光器测量系统由3个激光器和彼此正交的2个长导轨组成，激光器所发射的激光束投向零件，则两激光束之间的距离即为所测零件长度(厚度或直径)；德国的LaCam-Forge系统，是将激光测量系统安装在某一固定位置，通过对大零件的连续扫描，采集大量的零件表面数据，最终通过图像处理完成锻件的尺寸测量。

综合国内外研究现状可知，在同轴度的接触测量方法中，存在测量精度偏低、测量步骤复杂的问题，在同轴度的非接触测量方法中，需要转动被测对象、对大尺寸和大质量的空心轴的孔-轴同轴度测量还存在一定难度。因此，需研究设计一种可精确测量大尺寸、大质量空心轴的孔-轴同轴度的测量装置及对应的方法。

发明内容