1.一种曲轴平行度在线测量方法,其特征在于:包括以下步骤:S1:建立六面棱体:根据曲柄销和主轴颈的直径尺寸,得到六面棱体边长尺寸并建立对应的六面棱体,将每个曲柄销的角度在六面棱体中进行标定,并在六面棱体的边长上均布设置A、B、C、D、E、F、H、I、J、K、L、M个点;
S2:采集位移数据:设置激光位移传感器和线激光位移传感器分别测量六面棱体以及曲柄销或主轴颈的位移变化数据;
S3:获取六面棱体的基圆尺寸:将六面棱体与曲轴主轴颈同轴设置,当曲轴旋转时,六面棱体跟随曲轴同轴转动,通过尺寸和角度传递,获取基圆尺寸;
S4:获取曲柄销和主轴颈的旋转角度:基于角度传递、尺寸传递和几何原理,利用六面棱体的几何特征尺寸及其位移变化数据、基圆尺寸,求解出每个曲柄销、主轴颈的旋转角度;
S5:获取曲轴中心线平行度:移动线激光位移传感器,在曲柄销转动相同角度下,对每个曲柄销采集表面轮廓信息,对主轴颈采取反转法进而通过旋转角度和坐标求解出中心线,获得曲轴中心线平行度;
所述S5包括:
S501:获取曲柄销轴心线空间坐标;
所述S501具体为:
针对曲柄销轴心线进行测量,通过移动线激光位移传感器到任一曲柄销处,当曲柄销旋转至线激光位移传感器光路范围内时,线激光光路轮廓出现在曲柄销表面上,此时记录曲柄销轮廓截面数据,根据线激光位移传感器的测量原理,可以测量半截面轮廓弧,通过以下公式可计算得出曲柄销轴心线,将曲柄销测量点对应的轮廓坐标代入椭圆一般方程: (7)
根据最小二乘法的原理,所拟合的目标函数为:(8)
使得f的各项偏导为0,即:
(9)
由此,可以获得线性方程组A、B、C、D、E和F的值,设椭圆的几何中心点的坐标为(xu1,zu1): (10)即第一个轴心点的空间坐标为(xu1,yu1,zu1);
线激光位移传感器水平移动yu2,根据公式(7‑9)得到第二个轴心点的空间坐标为(xu2,yu2,zu2): (11)S502:获取主轴颈轴心线空间坐标;
所述S502具体为:
针对主轴颈轴心线进行测量,将线激光位移传感器移动到主轴颈处,主轴颈顺时针转动,通过反转法记录主轴颈上任意三个点S1(m1,y1,n1)、S2(m2,y2,n2)、S3(m3,y3,n3)的坐标和旋转角度 ,设主轴颈的圆心坐标为(me1,ye1, ne1),将坐标带入以下公式: (12)通过整理上式可得:
(13)
解得圆心为:
(14)
即主轴颈第一个轴心空间坐标为(me1,ye1,ne1),根据公式(12‑13)得出第二个主轴颈轴心空间坐标坐标(me2,ye2,ne2);
S503:通过曲柄销轴心线求出曲柄销平行度,并通过主轴颈轴心线求出主轴颈平行度;
所述S503具体为:
设曲轴两个中心点坐标为 和 ,曲柄销或主轴颈两个中心点坐标为 和 ,分别连接 和 ,因此 所在直线即为曲轴的中心线,该直线的方向向量 为:
(15)
所在直线即为曲柄销轴心线或主轴颈轴心线,该直线的方向向量 为:(16)
计算两空间向量的夹角 为:
(17)
已知曲柄销或主轴颈长度为H,则曲柄销轴心线或主轴颈轴心线与曲轴中心线平行度计算公式为: (18)。
2.根据权利要求1所述的曲轴平行度在线测量方法,其特征在于:所述S3具体为:线激光位移传感器照射至主轴颈轮廓表面后延伸至内部的点设为零点,零点与轴心水平轴的距离为d,零点绕轴心旋转得出半径为r的基准圆,与轴心偏差的距离为r0,曲轴同六面棱体顺时针进行旋转,当线激光位移传感器照射到曲柄销轮廓表面,记录轮廓截面数据,已知六面棱体的距离lHK和lLI ,根据六面棱体的几何特征关系,可得: (1)
其中, 、 、 、 分别是激光光斑照射到H、K、L、I点显示的位移;
解公式(1)可求得d和r0的值,零点位置与旋转中心的距离r可以通过公式(2)求得: (2)。
3.根据权利要求2所述的曲轴平行度在线测量方法,其特征在于:所述S4具体为:根据几何学原理,激光位移传感器测量的六面棱体上的P1点到旋转中心O的距离 可以如下公式(3)获得: (3)其中, 为激光传感器读取第一个任意点的位移;
将点C设为起始点,可以得到点对应的旋转角 ,可以通过(4)获得: (4)
距离 和旋转角度 为:
(5)其中, 为激光传感器读取第二个任意点的位移;
旋转过的角度 为:
(6)。
4.一种实现权利要求1‑3任一项所述的曲轴平行度在线测量方法的装置,其特征在于,包括激光位移传感器(1)、线激光位移传感器(2)、移动组件(3)、夹具(4)、处理模块,曲轴安装于所述夹具(4)上,六面棱体安装于曲轴末端并且与曲轴主轴颈同轴设置,所述移动组件(3)与夹具(4)同向平行设置,所述激光位移传感器(1)、线激光位移传感器(2)依次滑动式安装于移动组件(3)上,所述处理模块与激光位移传感器(1)、线激光位移传感器(2)分别信号连接。
5.根据权利要求4所述的实现曲轴平行度在线测量方法的装置,其特征在于,所述移动组件(3)包括光栅滑道(31)和滑块(32),所述滑块(32)分别同轴设置于光栅滑道(31)上,所述激光位移传感器(1)、线激光位移传感器(2)分别安装于滑块(32)上。