基于最小二乘法的四缸发动机缸体孔位置度测量方法
点击数：7924 次 录入时间：03-04 11:58:09 整理：http://www.55dianzi.com 机床
1 引言
在生产中，当零件上分布的孔组的位置度符合相关原则时，一般可采用通用量仪进行检测。但由于通用量仪难以建立实效边界，因此会给孔组位置度的测量带来困难，尤其在装配发动机缸体时，为保证活塞、连杆、曲轴等运动部件相互位置准确，必须将气缸孔位置度误差限制在要求的公差范围内。为保证气缸孔的位置精度，除采用合理的加工方法外，气缸孔位置度的检测也十分重要。为适应在发动机生产、装配线上快速、准确测量气缸孔位置度误差的需要，需要开发相应的专用测量仪器。文献研究了采用多传感器确定孔心位置的测量方法和模型，但该方法在测量成本和测量可靠性上还存在一定局限性，测量结果的随机误差较大。本文提出一种基于最小二乘法的缸体孔位置度误差评定方法及模型，并研制了用于四缸发动机缸体孔位置度测量的专用测量仪器。
2 单孔中心位置测量的最小二乘法模型
为确定发动机缸体上各缸体孔的位置度，首先必须确定每个孔的中心位置。 孔的位置度误差测量采用相对测量法，即首先制作一个标准件，标准孔的位置精度经高精度测量仪器检测后已知，将其作为评定被测孔位置度的基准。测量前，先在标准件上对传感器进行校正，以校正传感器的测量数据作为传感器零点。 根据测量方案，在每个被测孔的测量截面上按180°相对布置两个传感器。设两个传感器测头分别安装于测试棒上的a、b点，O点为测试棒的中心，r为标准孔的直径，hi1、hi2为被测孔两传感器第i次测量的位移量，θi为第i次测量时与x轴的夹角。为确定被测孔的实际中心位置，需要对被测孔圆周进行多次测量，然后根据最小二乘法原理构造一个最小二乘圆，并以该最小二乘圆的圆心O'近似作为被测孔的实际中心位置。 在平面坐标系O-xy中，A、B点的坐标分别为 A (xA, yA)=[(r+hi1)cosθi, (r+hi1)sinθi)
B(xB, yB)=[(r+hi2)cos(θi+π), (r+hi2)sin(θi+π)]直线AB的中点坐标为[(h1-h2)cos(θ/2), (h1-h2)sin(θi/2)] 。 设在被测孔上对N个点采样，采样间隔角度为θ=360/N。以测试棒的中心为坐标原点，以x轴为测量起始位置，则最小二乘圆的中心坐标为(Δx, Δy)，可建立最小二乘法模型为 {[(hi1-hi2)cos iθ-Δx]2+[(hi1-hi2)sin iθ-Δx]2}=min (i=0, …, N-1)22hi1-hi2cos iθN2Δy=1hi1-hi2sin iθ22(1)3 缸体孔位置度测量原理
根据被测缸体孔的结构尺、并设计了可测量四个缸体孔的传感器测试棒组件装置，其装配结构。测量时，整个测试棒组件装置在气缸推动下沿两导向立柱向下运动，插入被测孔中。每个测试棒各配置一个步进电机，用于控制其旋转运动，使传感器测头按要求旋转并获取采样数据。每一被测孔的传感器安装方式与测量单孔中心位置时相同，测量前需用标准件校正传感器。传感器组测量各孔位置度的示意。设标定标准件时孔NO.1、NO.2、NO.3、NO.4 的单孔中心位置坐标分别为(Δx1b，Δy1b), (Δx2b，Δy2b), (Δx3b，Δy3b), (Δx4b，Δy4b)；；测量实际工件时缸体孔NO.1、NO.2、NO.3、NO.4 的单孔中心位置坐标分别为(Δx1，Δy1), (Δx2，Δy2), (Δx3，Δy3), (Δx4，Δy4)，则各被测实际工件孔的中心位置坐标分别为 式中，i=1,2,3,4。标准孔、被测孔的单孔中心位置坐标Δxib，Δyib，Δxi，Δyi(i=1, 2, 3, 4)分别按单孔中心位置测量方法和式(1)计算。 根据企业标准，将发动机四缸体孔的位置度定义为：缸体孔NO.2、NO.3、NO.4的中心位置相对于以缸体孔NO.1为基准的理想位置的最大变化量。按此定义，缸体孔的位置度是相对于孔NO.1而言的，即孔No.2、No.3、No.4的位置相对于孔No.1中心位置的偏移量，相当于测试棒平动使其中心位置与缸体孔NO.1的中心位置重合后，各孔中心位置的偏差，即 式中，i=2, 3, 4。则第i个孔的位置误差为 该缸体孔组的位置度为 Ø=2eimax (i=2, 3, 4)4 结语
根据本测量原理研制的四缸发动机缸体孔位置度专用测量仪，作为发动机缸体综合精度测量机的一个组成部分，已成功应用于发动机缸体全自动生产线上。该测量仪的使用可显著提高缸体孔位置度的检测精度和检验效率，对保证发动机制造质量、提高生产率起到了重要作用。该测量原理同样可推广应用于其它位置度误差测量场合。
本文关键字：测量 发动机 机床，应用领域 - 机床
