汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的幾何位置精度直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的工作性能。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)缸體加工誤差的高精度、高效率測(cè)量, 湖北汽車工業(yè)學(xué)院研制了一臺(tái)EQ491 發(fā)動(dòng)機(jī)缸體垂直度測(cè)量?jī)x,用于檢測(cè)缸孔軸線相對(duì)于曲軸孔軸線的垂直度誤差(要求< 0. 05mm) 和位置度誤差(要求< 0. 15mm) 。

1 、測(cè)量原理

圖1 所示為發(fā)動(dòng)機(jī)缸體垂直度測(cè)量?jī)x的測(cè)量示意圖。測(cè)量?jī)x主要由基座、立柱、缸體定位部件、水平方向精密滾動(dòng)導(dǎo)軌及導(dǎo)軌工作臺(tái)、垂直方向精密滾動(dòng)導(dǎo)軌、電子塞規(guī)A、B 等部件組成。測(cè)量時(shí),將被測(cè)缸體放入定位部件中,移動(dòng)電子塞規(guī)A 和B ,分別插入缸孔和曲軸孔中進(jìn)行測(cè)量。電子塞規(guī)A 和B上分別裝有8 個(gè)(共16 個(gè)) 精密電感傳感器,它們均勻布置在兩個(gè)不同的測(cè)量截面上(如圖2 所示) ,用于測(cè)量缸孔和曲軸孔四個(gè)不同截面的半徑值Ri 。

圖1 發(fā)動(dòng)機(jī)缸體垂直度測(cè)量?jī)x測(cè)量示意圖 圖2 電感傳感器測(cè)量位置分布示意圖

根據(jù)空間直線度誤差的定義, 最小二乘評(píng)定法的空間直線度誤差為

f = 2 ×max{ Ri} ( i = 1 ,2 , ..., n)

在實(shí)際應(yīng)用中,為簡(jiǎn)化計(jì)算,提高運(yùn)算速度, 可用各被測(cè)點(diǎn)Oi 至最小二乘直線L 的偏差εi 代替各被測(cè)點(diǎn)至最小二乘直線L 的距離Ri ,即

f = 2 ×max{εi } ( i = 1 ,2 , ..., n)

這樣處理帶來(lái)的誤差很小,對(duì)最終計(jì)算結(jié)果的影響可忽略不計(jì)。

2 、測(cè)量精度分析

根據(jù)上述測(cè)量原理,可知儀器的測(cè)量誤差主要來(lái)源于傳感器誤差、缸體定位誤差、水平方向和垂直方向滾動(dòng)導(dǎo)軌的直線度誤差、缸體標(biāo)準(zhǔn)件誤差等。計(jì)算機(jī)A/ D 轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)處理誤差很小,可忽略不計(jì)。下面對(duì)測(cè)量垂直度誤差T1 時(shí)的測(cè)量誤差作一分析。

(1) 傳感器誤差引起的測(cè)量誤差

對(duì)垂直度誤差T1 的計(jì)算公式求導(dǎo)后,函數(shù)T1的測(cè)量極限誤差為

設(shè)單個(gè)傳感器的最大極限誤差ΔRilim ≤±1μm ,H/ L = 1/ 4 ,則ΔT1lim ≤±1. 12μm。

(2) 缸體定位誤差引起的測(cè)量誤差

被測(cè)缸體在測(cè)量?jī)x上的定位采用一面兩銷定位方式。當(dāng)存在定位誤差時(shí),將引起測(cè)量點(diǎn)不準(zhǔn),缸孔測(cè)量偏心。由于傳感器的測(cè)量值為孔的弦長(zhǎng),因此缸體定位誤差引起的測(cè)量誤差為

式中,缸孔半徑R = 45mm ,偏心量e = 0. 1mm。

(3) 水平方向和垂直方向滾動(dòng)導(dǎo)軌直線度誤差

Δ引起的測(cè)量誤差

測(cè)量?jī)x所用滾動(dòng)導(dǎo)軌的直線度精度為三級(jí)(即15μm/ 2000mm) ，則Δ= 3μm/ 400mm。Δ 引起的測(cè)量誤差為

(4) 缸體標(biāo)準(zhǔn)件誤差引起的測(cè)量誤差

缸體標(biāo)準(zhǔn)件誤差是影響整機(jī)測(cè)量精度的一項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)。通過(guò)精心調(diào)整和檢測(cè)修正,最終將標(biāo)準(zhǔn)件誤差引起的測(cè)量誤差控制在ΔT4lim ≤±3μm。

(5) 誤差合成

對(duì)上述各項(xiàng)誤差進(jìn)行誤差合成,可得缸體垂直度測(cè)量?jī)x的測(cè)量誤差為

3、結(jié)論

(1) 研制了采用準(zhǔn)直激光束作為測(cè)量基準(zhǔn)軸線、線陣CCD 光電器件作為傳感器、由單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、處理與顯示的直線度自動(dòng)檢查儀,可對(duì)大型機(jī)床精密導(dǎo)軌副的直線度誤差及運(yùn)動(dòng)精度進(jìn)行高精度測(cè)量,整機(jī)示值誤差可達(dá)0.02mm。

(2) 系統(tǒng)光路設(shè)計(jì)采用反射靶上的角隅棱鏡使光線折返,可減小測(cè)量誤差,簡(jiǎn)化整機(jī)結(jié)構(gòu),便于攜帶及現(xiàn)場(chǎng)使用。

(3) 采用最小二乘評(píng)定法編制了直線度誤差評(píng)定軟件,功能齊全,運(yùn)算速度快,易于掌握。

通過(guò)對(duì)電感傳感器測(cè)得的Ri 值進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,可用兩個(gè)不同截面四點(diǎn)定圓心的方法模擬計(jì)算實(shí)際缸孔和曲軸孔軸線相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)缸孔和曲軸孔軸線的偏差,并計(jì)算出缸孔軸線相對(duì)曲軸孔軸線的垂直度誤差和位置度誤差。垂直度誤差的計(jì)算公式為

位置度誤差的計(jì)算公式為