一种三坐标测量机配套大规格钢球检测工装及检测方法与流程
本发明涉及机械领域，具体是一种三坐标测量机配套大规格钢球检测工装及检测方法。
背景技术：
1、目前钢球圆度检测主要使用圆度仪，尺寸使用钢球直径测量仪进行检测，由于圆度仪的气浮轴结构承载能力有限，钢球直径测量仪最大量程100mm，对于直径≥200mm的钢球，重量达到32kg以上，使用圆度仪及钢球直径测量仪无法进行精确检测，特大规格钢球的尺寸检测主要使用千分尺，圆度值通过千分尺检测数据计算，检测精度差，不能满足高端客户对特大规格钢球的检测要求，因此需通过设计专用工装使用三坐标测量机进行检测。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种三坐标测量机配套大规格钢球检测工装及检测方法
2、，以解决上述背景技术中提出的问题。
3、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
4、本发明提供一种三坐标测量机配套大规格钢球检测工装，检测工装位于三坐标工作台上，检测工装包括一个圆形底盘，底盘中央与一个圆管的底端固定连接，圆形底盘本身沿上下方向轴心线与圆管本身沿上下方向轴心线共线，圆管上端端面与管壁相交处设有倒角；圆管上端放置大规格钢球，大规格钢球直径大于圆管本身管腔内径。
5、所述圆管上端端面及圆管上端端面与管壁相交处设有倒角位置均为喷塑处理表面。
6、所述圆管上端端面与管壁相交处设有倒角包括圆管上端端面与圆管外壁相交处设有r5倒圆角，圆管上端端面与圆管内壁相交处设有45度倒斜角。
7、所述一种三坐标测量机配套大规格钢球检测工装的检测方法，包括以下几个步骤：
8、第一，初步测定钢球尺寸及球心坐标，具体先由三坐标测量机通过配套电脑cad系统在三坐标本身工作台台面上设一个临时工件坐标系，坐标系z轴沿上下设置，并与x轴、y轴及工作平台垂直；将钢球放置于检测工装本身圆管上端，由三坐标测量机探头对钢球表面多角度分别沿上下垂直截面方向进行三个及三个以上的检测点检测，并将检测数据传输到三坐标配套电脑cad系统中，并在电脑cad系统中，每个相邻两点之间做直线，并沿直线中点做垂线，其中经过每相邻两点间直线中点的垂线彼此也相交于一点，并以该点所在临时工件坐标系中坐标（x、y、z）中取其z向坐标值并予以保存；三坐标测量机探头对钢球表面在z向选定一个高度值上并沿水平截面方向进行三个及三个以上检测点检测，并将检测数据传输到三坐标配套电脑cad系统中，并在电脑cad系统中，每个相邻两点之间做直线，并沿直线中点做垂线，其中经过每相邻两点间直线中点的垂线彼此也相交于一点，并以该点所在临时工件坐标系中坐标（x、y、z）中取其x向坐标值和y向坐标值并予以保存；将保存的z向坐标值和x向坐标值、y向坐标值合并在一起，作为钢球估算球心，并通过该估算球心与现有钢球表面检测点最小距离估算为钢球半径，进而在电脑cad系统中生成钢球建模模型，并在电脑cad系统相连的电脑显示屏中予以显示。
9、第二，以钢球球心坐标为工件原点，设定工件坐标系。
10、第三，以新设定工件坐标系为基础对钢球圆度进行检测，具体步骤：
11、首先，通过三坐标测量机电脑cad系统先将三坐标测量机探头沿z向设任一z向坐标值固定，同时，在电脑cad系统中，以该z向坐标值所在位置建立一个沿水平方向平铺的基本面，以该基本面对电脑cad系统中钢球建模模型进行水平剖切，钢球建模模型被沿水平方向的基本面剖切出一个圆形截面，计算出该圆形截面直径；尔后，在三坐标测量机电脑cad系统控制下，三坐标测量机探头以圆形截面边沿为行进路径对钢球表面进行行进测量，沿周向测量钢球表面跳动，并将三坐标测量机探头沿行进路径行进过程中探测到的含有所有跳动变量的行进轨迹数据通过数据线传输至三坐标测量机电脑cad系统中，并在电脑屏幕中以图形轨迹方式予以显示，并在图形轨迹上以圆形截面圆心为中心沿角度范围380度进行取点，并将取点坐标在三坐标测量机电脑cad系统中予以记录。
12、尔后再次，将三坐标测量机探头沿坐标系z轴向上升起或下降固定值并将此处z向坐标值固定，探头设定z轴坐标值均不重复，重复三坐标测量机上一步中在电脑cad系统控制下使用三坐标测量机探头沿水平方向对钢球表面沿周向行进路径对钢球表面跳动变量进行测量，并形成行进轨迹路线，将行进轨迹路线相关数据传输至三坐标电脑cad系统中，并在电脑屏幕中以图形轨迹方式予以显示，并在图形轨迹上以圆形截面圆心为中心沿角度范围380度进行取点，并将取点坐标在三坐标测量机电脑cad系统及excel数据库中予以记录，以此往复多次。
13、最后根据圆度公差最小二乘法依据三坐标电脑cad系统和数据库excel中包含的上述以圆形截面圆心为中心沿角度范围380度的取点，判断钢球球心的精确球心坐标（xo、yo、zo）并求得圆度公差和钢球半径精确尺寸r,且该半径r值也是圆度公差下允许的最小值；根据前两步所述三坐标测量机探头在不同z轴坐标值下，将三坐标测量机探头沿水平方向对钢球表面沿周向行进路径对钢球表面跳动变量进行测量的数据，同步传输入电脑cad系统并在电脑屏幕中形成的图形轨迹，图形轨迹上以圆形截面圆心为中心沿角度范围380度进行的所有取点; 以圆形截面圆心为中心沿角度范围380度方向上的取点本身坐标值中x值和y值、z值中，将不同角度方向上的x2+y2计算所得值为最小值且同时为距离钢球估算球心最近的取点检出，依次标为q1、q2、q3、q4、q5…………qn;；将q1、q2、q3、q4、q5…………qn;各取点坐标值中x值、y值、z值，其中设x=xi、y=yi、z=zi, i=1、2、3、4、·······n；并将xi、yi、zi三坐标值代入至公式2=min，求得最小值，并由该公式的采用变二法判断推导出，zo=，r=，从推导公式中可求出钢球半径r的精确尺寸；以圆形截面圆心为中心沿角度范围380度方向上的取点本身坐标值中x值和y值、z值中，将不同角度方向上的x2+y2计算所得值为最大值且同时为距离钢球估算球心最远的取点检出，将检出的所有取点进行标号，依次标为h1、h2、h3、h4、h5…………hn;; 将h1、h2、h3、h4、h5…………hn;;各取点坐标值中x值、y值、z值，其中设x=xi、y=yi、z=zi, i=1、2、3、4、·······n；并将xi、yi、zi三坐标值代入至公式2=max中，求得最大值,并由最大值减去最小值，从而得到圆度公差值，具体公式为：圆度公差=max{}-min{} 。
14、所述检测方法第三步中，每次三坐标测量机探头沿坐标系z轴向上升起或下降固定值并将此处z向坐标值固定后，在三坐标测量机探头在电脑cad系统控制下，沿周向测量钢球表面跳动，并将探测到的含有所有跳动变量的行进轨迹数据通过数据线传输至三坐标测量机电脑cad系统中，并在电脑屏幕中以图形轨迹方式予以显示，并在图形轨迹上以圆形截面圆心为中心沿角度范围380度进行取点数量不小于1000处，并将取点坐标在三坐标测量机电脑cad系统中予以记录；且直径81 到 250mm钢球表面总共取点不少于4250处， 直径250mm以上钢球表面总共取点不和于12700处。
15、与现有技术相比，本发明的有益效果是：
16、（1）、解决了特大规格钢球三坐标检测时钢球的固定问题，提高了测量精度。
17、（2）、实现了不同特大规格钢球共用一套工装进行检测，避免钢球检测过程中的表面质量破坏。
18、（3）、为大规格钢球精准检测提供了检测方法，精测精度可达到微米级。
技术特征：
1.一种三坐标测量机配套大规格钢球检测工装，检测工装位于三坐标工作台上，其特征在于：检测工装包括一个圆形底盘，底盘中央与一个圆管的底端固定连接，圆形底盘本身沿上下方向轴心线与圆管本身沿上下方向轴心线共线，圆管上端端面与管壁相交处设有倒角；圆管上端放置大规格钢球，大规格钢球直径大于圆管本身管腔内径。
2.根据权利要求1所述一种三坐标测量机配套大规格钢球检测工装，其特征在于：圆管上端端面及圆管上端端面与管壁相交处设有倒角位置均为喷塑处理表面。
3.根据权利要求1所述一种三坐标测量机配套大规格钢球检测工装，其特征在于：圆管上端端面与管壁相交处设有倒角包括圆管上端端面与圆管外壁相交处设有r5倒圆角，圆管上端端面与圆管内壁相交处设有45度倒斜角。
4.一种实现权利要求1-3任一所述三坐标测量机配套大规格钢球检测工装的检测方法，包括以下几个步骤：
5.根据权利要求4所述一种三坐标测量机配套大规格钢球检测工装的检测方法，其特征在于：检测方法第三步中，三坐标测量机电脑cad系统电脑屏幕上所有沿z向高度的基本面上以圆形截面圆心为中心沿角度范围380度取点，取点坐标数值导入excel数据库中，均通过最小二乘法及相关计算公式，通过拟合计算得到钢球的精确直径尺寸和圆度公差；其具体实质是在图形轨迹上根据圆度公差最小二乘法作为计算方法，依据三坐标测量机电脑cad系统电脑屏幕上在图形轨迹上以圆形截面圆心为中心沿角度范围380度的取点进行拟合计算，判断钢球球心的精确球心坐标o（xo、yo、zo）并求得圆度公差和钢球半径精确尺寸r,且该半径r值也是圆度公差下允许的最小值；其具体做法在于：首先，所述三坐标测量机探头在不同z轴坐标值所在基本面上，将三坐标测量机探头沿水平方向对钢球表面沿周向行进路径对钢球表面跳动变量进行测量的数据，同步传输入电脑cad系统并在电脑屏幕中形成的图形轨迹，图形轨迹上以圆形截面圆心为中心沿角度范围380度进行多处取点; 在所有沿z向高度的基本面上且以圆形截面圆心为中心沿角度范围380度方向上的取点，及取点本身坐标值中x值和y值、z值中，将不同角度方向上取点坐标的x2+y2计算所得值为最小值且同时为实际上距离钢球估算球心最近的取点检出，依次标为q1、q2、q3、q4、q5…………qn;，并将取点坐标导入至excel数据库中；并在excel数据库中将q1、q2、q3、q4、q5…………qn;各取点坐标值中x值、y值、z值，其中设x=xi、y=yi、z=zi, i=1、2、3、4、·······n；并将xi、yi、zi三坐标值代入至公式 2=min，求得最小值，并由该公式的采用变二法判断推导出，zo=，r=，从推导公式中可求出钢球半径r的精确尺寸；再次，在所有沿z向高度的基本面上且以圆形截面圆心为中心沿角度范围380度方向上的取点，及取点本身坐标值中x值和y值、z值中，将不同角度方向上取点坐标的x2+y2计算所得值为最大值且同时实际上为距离钢球估算球心最远的取点检出，将检出的所有取点进行标号，依次标为h1、h2、h3、h4、h5…………hn ，并导入excel数据库中; 并在excel数据库中将h1、h2、h3、h4、h5…………hn;;各取点坐标值中x值、y值、z值，其中设x=xi、y=yi、z=zi,i=1、2、3、4、·······n；并将xi、yi、zi三坐标值代入至公式2=max中，求得最大值,并由最大值减去最小值，从而得到圆度公差值，具体公式为：圆度公差=max{}-min{} 。
6.根据权利要求4所述一种三坐标测量机配套大规格钢球检测工装的检测方法，其特征在于：检测方法第三步中，每次三坐标测量机探头沿坐标系z轴向上升起或下降固定值并将此处z向坐标值固定后，在三坐标测量机探头在电脑cad系统控制下，沿周向测量钢球表面跳动，并将探测到的含有所有跳动变量的行进轨迹数据通过数据线传输至三坐标测量机电脑cad系统中，并在电脑屏幕中以图形轨迹方式予以显示，并在图形轨迹上以圆形截面圆心为中心沿角度范围380度进行取点数量不小于1000处，并将取点坐标在三坐标测量机电脑cad系统中予以记录；且直径81 到 250mm钢球表面总共取点不少于4250处， 直径250mm以上钢球表面总共取点不和于12700处。
技术总结
本发明公开了一种三坐标测量机配套大规格钢球检测工装及检测方法，检测工装位于三坐标工作台上，包括一个圆形底盘，底盘中央与一个圆管的底端固定连接，圆管上端端面与管壁相交处设有倒角；圆管上端放置大规格钢球；检测方法在于依托三坐标对钢球表面多检测点检测，在三坐标测量机电脑中设定临时工件坐标系，并将各检测点数据输入三坐标量机本身电脑CAD系统中拟算出钢球球心坐标和钢球直径，并以钢球球心为坐标原点建立的新工件坐标系为基础上对钢球圆度值进行检测，本发明有益效果在于解决了特大规格钢球三坐标检测时钢球的固定问题，提高了测量精度；为大规格钢球精准检测提供了检测方法，精测精度可达到微米级。
技术研发人员：陈军杰,林洪,李宝亮,杨哲,周俊豪,秦广亮,周楷锋
受保护的技术使用者：洛阳海普森高精滚动体有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23