[发明专利]一种环形零件的外径测量装置及方法

权利要求书

1.一种环形零件的外径测量方法，该方法应用外径测量装置实现，该外径测量装置包括底座、设置在底座中心用于夹紧环形零件的夹紧机构、用于驱动夹紧机构转动的转动驱动机构以及设置在底座上用于测量环形零件的测量机构；所述夹紧机构包括转动设置在所述底座中心的夹具体、设置在所述夹具体上端用于将环形零件压紧在夹具体上的夹具盖，所述夹具盖与所述夹具体通过螺纹结构连接；所述转动驱动机构与所述夹具体连接；所述测量机构包括8组测量组件，8组测量组件绕着底座中心圆周均匀分布，每组测量组件均包括设置在所述底座上的安装座、滑动设置在所述安装座上的测量杆以及用于驱动所述测量杆朝着底座的径向方向运动的测量驱动机构；其特征在于，该外径测量方法包括以下步骤：

(1)以底座中心为原点O，建立直角坐标系，并确定8个测量杆的头部的钢珠中心位置坐标；其中4个钢珠中心位于坐标轴上；

(2)将标准环形零件安装在夹紧机构上，测量驱动机构驱动测量杆移动，使得钢珠与标准环形零件接触，通过测力传感器获取此时的读数为F_预，测量驱动机构反向驱动测量杆移动，当测力传感器的读数为F’_预时，停止对测量杆的驱动，通过F_预和F’_预计算出测量杆的回程误差η，并取下标准环形零件；

(3)将待测环形零件安装在夹紧机构上，测量驱动机构驱动测量杆接近待测环形零件，使得钢珠与待测环形零件进行第一次接触，待测力传感器有读数时，停止对测量杆的驱动，记录此时每个测力传感器的读数为F’，然后计算每个钢珠与待测环形零件接触时接触点的坐标；

(4)从步骤(3)中的8个接触点的坐标选择其中3个接触点的坐标，通过3个接触点的坐标求得待测环形零件的外径D，该3个接触点的坐标两两相连均不过原点；选择其中8组不同组合的接触点，每组接触点计算出一个待测环形零件的外径D，获取8个待测环形零件的外径D的数据；

(5)测量驱动机构驱动测量杆反向运动，钢珠与待测环形零件分离，停止对测量杆驱动，转动驱动机构驱动夹紧机构转动，带动待测环形零件旋转至一定角度，测量驱动机构驱动测量杆移动，使得钢珠与待测环形零件进行第二次接触，记录此时每个测力传感器的读数为F”，然后计算每个钢珠与待测环形零件接触时接触点的坐标；重复步骤(4)的计算方法，获取另外8个待测环形零件的外径D的数据；

(6)通过获取的16个待测环形零件的外径D的数据，对数据分析，判断待测环形零件加工是否正常；

在步骤(1)中，8个测量杆的头部的钢珠中心位置坐标分别标记为为点1，点2，点3，……，点8，其中，点1位于X轴的正半轴上，点5位于X轴的负半轴上，点3位于Y轴的正半轴上，点7位于Y轴的负半轴上；点2与点6的连线和点4与点8的连线分别与坐标轴成45度，其中，点2位于第一象限，点4为于第二象限，点6位于第三象限，点8位于第四象限；8个点的坐标分别为：

点1(L1，0)，点2(L2*cos45°，L2*sin45°)，点3(0，L3)，点4(-L4*cos45°，L4*sin45°)，点5(-L5，0)，点6(-L6*cos45°，-L6*sin45°)，点7(0，-L7),点8(L8*cos45°，-L8*sin45°)，其中，L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7、L8为各点到原点O的距离；

测量驱动机构驱动测量杆远离原点O，获取钢珠中心到O点的距离为L_初，并将L_初设定为初始位置；

在步骤(2)中，通过以下公式计算回程误差η：

其中，L_导为对应测量驱动机构中丝杆的导程，θ为对应测量驱动机构中伺服电机所转的角度，K为对测量杆中伸缩弹簧的劲度系数；

在步骤(3)中，每个接触点的坐标通过接触点到原点O的距离L_接确定，则每个接触点到原点O的距离L_接的计算公式为：

其中，θ_第一次为对应的测量驱动机构中的伺服电机在钢珠与待测环形零件进行第一次接触时所转的角度，R为钢珠的半径；

因此，在钢珠与待测环形零件进行第一次接触时，各个接触点的坐标为：接触点1(L_接1，0)，接触点2(L_接2*cos45°，L_接2*sin45°)，接触点3(0，L_接3)，接触点4(-L_接4*cos45°，L_接4*sin45°)，接触点5(-L_接5，0)，接触点6(-L_接6*cos45°，-L_接6*sin45°)，接触点7(0，-L_接7),接触点8(L_接8*cos45°，-L_接8*sin45°)，其中，L_接1，L_接2，……，L_接8为各个接触点到原点O的距离；

在步骤(4)中，8个接触点选择3个点进行计算待测环形零件外径，取其中八组，其中，第一组：接触点1、接触点4和接触点6；第二组：接触点2、接触点5和接触点7；第三组：接触点3、接触点6和接触点8；第四组：接触点4、接触点7和接触点1；第五组：接触点5、接触点2和接触点8；第六组：接触点6、接触点7和接触点1；第七组：接触点7、接触点4和接触点2；第八组：接触点8、接触点5和接触点3；

将每组的三个接触点的坐标代入下列方程(X₀，Y₀)中，计算处每组待测环形零件外径D；

通过上述方程，算出八个待测环形零件外径，分别为D₁、D₂、D₃、……、D₈；R_环表示为待测环形零件的半径；

在步骤(5)中，每个接触点到原点O的距离为L’_接，则L’_接通过下列公式计算：

其中，L’为第二次接触时接触点与原点O的距离，θ_第一次为对应的测量驱动机构中的伺服电机在钢珠与待测环形零件进行第一次接触时所转的角度，θ_后退为对应的测量驱动机构中的伺服电机在远离时所转的角度，θ_第二次为对应的测量驱动机构中的伺服电机在钢珠与待测环形零件进行第二次接触时所转的角度，F’为第一次接触后对应的测力传感器的读数，F”为第二次接触后对应的测力传感器的读数，K为对应测量杆头部内的伸缩弹簧的劲度系数，η为对应测量杆的回程误差，R为钢珠半径；

因此，在钢珠与待测环形零件进行第二次接触时，各个接触点的坐标为：接触点1(L’_接1，0)，接触点2(L’_接2*cos45°，L’_接2*sin45°)，接触点3(0，L’_接3)，接触点4(-L’_接4*cos45°，L’_接4*sin45°)，接触点5(-L’_接5，0)，接触点6(-L’_接6*cos45°，-L’_接6*sin45°)，接触点7(0，-L’_接7),接触点8(L’_接8*cos45°，-L’_接8*sin45°)，其中，L’_接1，L’_接2，……，L’_接8为各个接触点到原点O的距离；

重复步骤(4)的计算方法，将每组的三个接触点的坐标代入下列方程(X₀，Y₀)中，计算处每组待测环形零件外径D；

通过上述方程，算出八个待测环形零件外径，分别为D₉、D₁₀、D₁₁、……、D₁₆。