[发明专利]阿基米德螺旋凸轮轮廓曲线的等分度测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及坐标测量机应用等分度测量法测绘和检验阿基米德螺旋曲线的技术领域，尤其是关于关闭测针半径补偿完成阿基米德螺旋曲线测试及其曲线回归分析的方法，适用于机械制造业对阿基米德凸轮的检验、凸轮曲线的线性分析、凸轮机构研究、计量技术研究、方程式反求及逆向工程等。

背景技术

阿基米德螺旋被广泛应用于机械设计和精密仪器制造业，由于阿基米德螺旋线的升程变化是角度变化的线性函数，因此它可应用于长度精密测量仪器设计及机床工业等，所以阿基米德螺旋线广泛应用于计量；在凸轮机构设计中，凸轮的轮廓若采用阿基米德螺旋线，可以把匀速圆周运动转化为匀速直线运动，所以，在轻工机械的卷烟包机上用于机械传动等，在其它机械制造业，阿基米德螺旋也有广泛的应用，例如，用于空气动力学中的风动实验等等。检验阿基米德螺旋凸轮的传统方法，过去常用万能工具显微镜，但测量范围小，一般100×200mm，由于要人工用万能分度头做分度测量，因此，测量效率低，由于要人工记录和处理数据，因此，数据处理困难，并且也难于做反求设计；目前，也有用专业凸轮检验设备，如凸轮检查仪，但仪器价格昂贵，由于其只用于检验曲线的升程相对误差量，因此，它们不做回归分析和逆向工程，难于完成反求设计和信息化制造。由于阿基米德螺旋的计量检验指标通常是给定角度下的升程变化量，因此，不用测量机测试时，其测试设备要有高的等分度准确度，这要求仪器要有高的精度；在反求方面，对机械原理分析而言，要计算出阿基米德螺旋线方程的系数，以便做凸轮机构研究，因此，一般的计量仪器没有回归分析时，是很困难的。用三坐标测量机完成阿基米德螺旋线的计量检验，数据准确、效率高，例如，在昆明某厂过去用万能工具显微镜完成一个用于机床线性位移的阿基米德凸轮检验分析，通常时间为一天，如现在使用测量机，只需十几分钟。

对曲线测量，一般触发式测量机不具备这样的测量功能，因此，需要人工研究测量方法和有高的测量软件设计能力。在三坐标测量技术中，补偿测针半径是关键技术，精密测量任何几何元素，都必须作测针半径补偿，因此，测针应沿着所测量点的法线无障碍地趋近测量点测量，并在该法线矢量上做测针半径补偿，其产生误差原理如图1述，测针以V方向测量曲线M的目标点A，按V方向做测针半径补偿，将产生补偿误差t，其中，t1表示实际值，t2表示做补偿的实测值，t3表示未补偿值，0表示原点。综上所述，曲线面的测量是困难的，在三坐标测量机上用触发式测头完成凸轮曲线面轮廓的精密测量，人工测量模式难完成，应该研究测量方法和设计测量程序。

用测量机对阿基米德螺旋线的测量关键点，一是如何实现等分，二是如何准确测量曲线上的坐标点，也即如何确定该测量点的法向矢量。对于未给定的阿基米德曲线方程，是无法启用函数微分法计算所测量点的法向矢量的，因此，若启动测针半径补偿，又没有精确的法向矢量，应用测量机难于完成阿基米德螺旋线的准确测量。所以，本发明采用关闭测针半径补偿方法完成其曲线测量。

发明内容

为实现上述目的，本发明的测量阿基米德螺旋凸轮轮廓曲线的方法的技术方案包括：

在阿基米德螺旋凸轮面上建立测量坐标系；

采用等分度测量方法测量阿基米德螺旋凸轮轮廓曲线。

所述步骤中，在阿基米德螺旋凸轮面上建立测量坐标系进一步包括如下步骤：

1)在阿基米德螺旋凸轮面上的测量坐标系中使用极坐标系；

2)极坐标系的原点设在阿基米德螺旋凸轮的基圆中心；

上述采用等分度测量方法测量阿基米德螺旋凸轮轮廓曲线的步骤进一步包括如下步骤：

3)关闭测针半径补偿，计算测量点数M；

4)确定第一定位点P1的坐标位置，预先确定其极半径R1，极角W，Z坐标为Z1；利用测量机使测针从P1位置沿径向方向趋近测量，测量的矢量方向指向原点，测量第一测量点的坐标，得到第一测量目标点A1的坐标；

5)测针退回P1点，计算下一个测量目标点A2，A2的极半径取A1的极半径，Z坐标取A1的Z坐标，A1点和A2点投影在XOY坐标系中的极角差值为θ，即r₂＝r₁，Φ₂＝w+θ，z₂＝z₁；

6)移动到第二定位点P2，R₂＝R₁，Φ₂＝W+θ，Z₂＝Z₁；

7)利用测量机使测针从P2位置沿径向方向趋近测量，测量的矢量方向指向原点，测量第二测量点的坐标，得到第二测量目标点A2的坐标；