一种VVL凸轮轴螺旋槽轮廓精度测量方法与流程

一种vvl凸轮轴螺旋槽轮廓精度测量方法
技术领域
1.本发明涉及发动机系统零部件试验评价检测技术领域，特别涉及一种vvl凸轮轴螺旋槽轮廓精度测量方法。


背景技术：

2.vvl凸轮轴全称为可变气门升程凸轮轴，主要通过螺旋槽型线控制滑移套筒的平移，进而实现凸轮轴凸桃高低升程的切换，因此其螺旋槽轮廓精度直接影响着切换时机和精度，是至关重要的设计参数。
3.目前，国内一般是针对固定升程的凸轮轴进行检测，没有螺旋槽结构，缺乏对vvl凸轮轴螺旋槽轮廓精度检测的方法，即便使用传统三坐标曲面测量方法进行测量，但其无法满足图纸的精度要求，而且测量效率也较低。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提供了一种vvl凸轮轴螺旋槽轮廓精度测量方法中，能够满足测量的精度要求，以及能够有效提高了测量的效率。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.一种vvl凸轮轴螺旋槽轮廓精度测量方法，包括：
7.步骤1、构建vvl凸轮轴滑移套筒数模；
8.步骤2、根据三坐标测量机的测量特点，在vvl凸轮轴滑移套筒数模上建立测量坐标系；
9.步骤3、在vvl凸轮轴滑移套筒数模的螺旋槽理论轮廓线上定义测量点，并提取每个测量点的坐标及法矢信息；
10.步骤4、将测量点的坐标及法矢信息整理为测量点位文件；
11.步骤5、通过三坐标测量软件根据逻辑语言编写三坐标测量程序，并调用测量点位文件控制三坐标测针按理论点位探测vvl凸轮轴螺旋槽；
12.步骤6、通过实测点与理论点对比，评价vvl凸轮轴螺旋槽轮廓精度。
13.优选地，在所述步骤1中，构建vvl凸轮轴滑移套筒数模包括：
14.根据vvl凸轮轴螺旋槽的理论特征点，拟合vvl凸轮轴螺旋槽的理论轮廓线，以此构建vvl凸轮轴滑移套筒数模。
15.优选地，在所述步骤3中，在vvl凸轮轴滑移套筒数模的螺旋槽理论轮廓线上定义测量点，并提取每个测量点的坐标及法矢信息包括：
16.对vvl凸轮轴滑移套筒数模的螺旋槽理论轮廓线进行分度以此定义测量点，并通过三维造型软件提取每个测量点处的坐标及法矢信息。
17.优选地，在所述步骤4中，将测量点的坐标及法矢信息整理为测量点位文件包括：
18.将测量点坐标及法矢信息按三坐标程序可识别格式整理成测量点位文件。
19.优选地，在所述步骤5之前，还包括：
20.使用专用测量工装固定vvl凸轮轴滑移套筒。
21.优选地，所述专用测量工装包括：测量平板、压板、支撑杆和三爪卡盘；
22.所述三爪卡盘用于固定vvl凸轮轴滑移套筒；所述支撑杆一端用于连接所述三爪卡盘，另一端用于连接所述测量平板；所述压板一端用于连接所述测量平板，另一端用于压紧所述三爪卡盘。
23.优选地，在所述步骤5中，调用测量点位文件控制三坐标测针按理论点位探测vvl凸轮轴螺旋槽包括：
24.调用测量点位文件控制三坐标星型测针按理论点位探测vvl凸轮轴螺旋槽。
25.优选地，所述星型测针包括：测针夹持器、主测针、左测针、右测针、前测针和后测针；
26.所述主测针用于连接所述测针夹持器的下部，所述左测针用于连接所述测针夹持器的左部，所述右测针用于连接所述测针夹持器的右部，所述前测针用于连接所述测针夹持器的前部，所述后测针用于连接所述测针夹持器的后部。
27.优选地，在所述步骤6中，通过实测点与理论点对比，评价vvl凸轮轴螺旋槽轮廓精度包括：
28.根据三坐标测量程序输出的实际测量点位，与理论点位进行对比分析，以此评价vvl凸轮轴螺旋槽轮廓精度。
29.优选地，在所述步骤7中，在评价vvl凸轮轴螺旋槽轮廓精度之后，还包括：
30.根据比对数据生成理论轮廓线与实测轮廓线对比的图形化检测报告。
31.从上述的技术方案可以看出，本发明提供的vvl凸轮轴螺旋槽轮廓精度测量方法中，具有如下的有益效果：
32.1、本方案利用高精度三坐标测量机，实现了一种全新的vvl凸轮轴螺旋槽轮廓精度测量方法，其方法测量高效、测量精确；
33.2、通过构建零件数模并定义测量点，进而能够快速提取点位信息，有效解决了零件图纸缺乏测量点法矢无法测量的难题，测量效率较高；
34.3、利用提取的点位信息，控制三坐标测针沿测量点法矢反方向探测螺旋槽轮廓，有效避免测量过程的余弦补偿误差，测量精度高。
附图说明
35.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
36.图1为本发明实施例提供的vvl凸轮轴螺旋槽轮廓精度测量方法的流程图；
37.图2为本发明实施例提供的vvl凸轮轴滑移套筒数模的示意图；
38.图3为本发明实施例提供的测量点位文件的示意图；
39.图4为本发明实施例提供的专用测量工装的结构示意图；
40.图5为本发明实施例提供的星型测针的结构示意图。
41.其中，2.1为vvl凸轮轴滑移套筒数模，2.2为测量坐标系，2.3为螺旋槽，2.4为测量
点，2.5为测量点法矢；4.1为测量平板，4.2为压板，4.3为支撑杆，4.4为三爪卡盘；5.1为测针夹持器，5.2为主测针，5.3为左测针，5.4为右测针，5.5为前测针，5.6为后测针。
具体实施方式
42.本发明公开了一种vvl凸轮轴螺旋槽轮廓精度测量方法，其方案利用高精度三坐标测量机，实现vvl凸轮轴螺旋槽轮廓精度的检测，为发动机vvl技术的应用提供数据支持。
43.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
44.本发明实施例提供的vvl凸轮轴螺旋槽轮廓精度测量方法，如图1所示，包括：
45.步骤1、构建vvl凸轮轴滑移套筒数模；
46.步骤2、根据三坐标测量机的测量特点，在vvl凸轮轴滑移套筒数模上建立测量坐标系；本方案如此设计，以保证数模上点坐标与测量位置的一致性；
47.步骤3、在vvl凸轮轴滑移套筒数模的螺旋槽理论轮廓线上定义测量点，并提取每个测量点的坐标及法矢信息；
48.步骤4、将测量点的坐标及法矢信息整理为测量点位文件，以待三坐标测量程序的调用；
49.步骤5、通过三坐标测量软件根据逻辑语言编写三坐标测量程序，并调用测量点位文件控制三坐标测针按理论点位探测vvl凸轮轴螺旋槽；
50.步骤6、通过实测点与理论点对比，评价vvl凸轮轴螺旋槽轮廓精度。
51.从上述的技术方案可以看出，本发明实施例提供的vvl凸轮轴螺旋槽轮廓精度测量方法中，具有如下的有益效果：
52.1、本方案利用高精度三坐标测量机，实现了一种全新的vvl凸轮轴螺旋槽轮廓精度测量方法，其方法测量高效、测量精确；
53.2、通过构建零件数模并定义测量点，进而能够快速提取点位信息，有效解决了零件图纸缺乏测量点法矢无法测量的难题，测量效率较高；
54.3、利用提取的点位信息，控制三坐标测针沿测量点法矢反方向探测螺旋槽轮廓，有效避免测量过程的余弦补偿误差，测量精度高。
55.在本方案中，由于vvl凸轮轴滑移套筒螺旋槽图纸上仅有理论特征点坐标，无特征点法矢的相关信息，因此，仅靠vvl凸轮轴滑移套筒螺旋槽图纸无法支持三坐标测量机控制测针进行测量，为了克服这一问题，这就需要对vvl凸轮轴滑移套筒建模，以便于在后续定义测量点时获取相应特征点的法矢信息；相应地，在所述步骤1中，构建vvl凸轮轴滑移套筒数模包括：
56.根据vvl凸轮轴螺旋槽的理论特征点，拟合vvl凸轮轴螺旋槽的理论轮廓线，以此构建vvl凸轮轴滑移套筒数模(其数模如图2所示)。
57.进一步地，在所述步骤3中，在vvl凸轮轴滑移套筒数模的螺旋槽理论轮廓线上定义测量点，并提取每个测量点的坐标及法矢信息包括：
58.对vvl凸轮轴滑移套筒数模的螺旋槽理论轮廓线进行分度以此定义测量点，并通
过三维造型软件提取每个测量点处的坐标及法矢信息。即为利用三坐标测量机的三维造型软件的分析功能，以实现了对每个测量点处的坐标及法矢信息的快速提取。本方案如此设计，能够有效解决了因零件图纸缺乏测量点法矢而无法测量的难题，且其测量效率较高。
59.再进一步地，在所述步骤4中，将测量点的坐标及法矢信息整理为测量点位文件包括：
60.将测量点坐标及法矢信息按三坐标程序可识别格式整理成测量点位文件。即为将测量点坐标及法矢信息按三坐标程序可识别格式转化为三坐标测针探测点位信息，然后再基于三坐标测针探测点位信息，以便于实现对三坐标测针探测点位的控制。
61.为了进一步优化上述技术方案，在所述步骤5之前，还包括：
62.使用专用测量工装固定vvl凸轮轴滑移套筒。本方案如此设计，以便于实现对vvl凸轮轴滑移套筒的固定，以保证测量过程的稳定性和可靠性。
63.具体地，如图4所示，专用测量工装包括：测量平板4.1、压板4.2、支撑杆4.3和三爪卡盘4.4；
64.三爪卡盘4.4用于固定vvl凸轮轴滑移套筒；支撑杆4.3一端用于连接三爪卡盘4.4，另一端用于连接测量平板4.1，如此一来，以使得三爪卡盘4.4通过支撑杆4.3支撑固定在测量平板4.1上；压板4.2一端用于连接测量平板4.1，另一端用于压紧三爪卡盘4.4，如此一来，以保证在测量过程中vvl凸轮轴滑移套筒的稳定性和可靠性。此外，测量平板4.1作为专用测量工装的基座。另外，本方案如此设计，具有结构简单，拆装方便和紧固稳定性好等特点。
65.在本方案中，由于vvl凸轮轴滑移套筒螺旋槽为空间自由曲面，为保证三坐标测针能够覆盖螺旋槽上所有测量点，这就要求三坐标测针具有多个维度的测量探头；相应地，在所述步骤5中，调用测量点位文件控制三坐标测针按理论点位探测vvl凸轮轴螺旋槽包括：
66.调用测量点位文件控制三坐标星型测针按理论点位探测vvl凸轮轴螺旋槽。
67.此外，本方案采用三坐标测量机的测针进行测量，由于测针沿测量点法矢的反方向进行探测，如此一来，可有效避免测量过程中的余弦补偿误差，以满足被测件图纸对螺旋槽轮廓度精度的要求。
68.具体地，如图5所示，星型测针包括：测针夹持器5.1、主测针5.2、左测针5.3、右测针5.4、前测针5.5和后测针5.6；
69.主测针5.2用于连接测针夹持器5.1的下部，左测针5.3用于连接测针夹持器5.1的左部，右测针5.4用于连接测针夹持器5.1的右部，前测针5.5用于连接测针夹持器5.1的前部，后测针5.6用于连接测针夹持器5.1的后部。本方案如此设计，以便于实现了星型测针在竖直方向以及水平0
°
、90
°
、180
°
、270
°
方向等多个维度的测量。
70.进一步地，在所述步骤6中，通过实测点与理论点对比，评价vvl凸轮轴螺旋槽轮廓精度包括：
71.根据三坐标测量程序输出的实际测量点位，与理论点位进行对比分析，以此评价vvl凸轮轴螺旋槽轮廓精度。本方案如此设计，具有测量高效和测量精度高等特点。
72.再进一步地，在所述步骤7中，在评价vvl凸轮轴螺旋槽轮廓精度之后，还包括：
73.根据比对数据生成理论轮廓线与实测轮廓线对比的图形化检测报告。即为通过数据的分析和处理，以形成理论轮廓线与实测轮廓线图形，如此一来，以便于更加直观评价螺
旋槽轮廓精度。
74.下面再结合具体实施例对本方案作进一步介绍：
75.本发明的技术解决方案：
76.本方案利用高精度三坐标测量机进行vvl凸轮轴螺旋槽轮廓精度检测的方案如下：
77.步骤1、根据vvl凸轮轴螺旋槽理论特征点，拟合理论轮廓线，构建vvl凸轮轴滑移套筒数模；
78.步骤2、考虑到数模上点坐标与测量位置的一致性，需在vvl凸轮轴滑移套筒数模上，根据三坐标测量机测量特点，建立测量坐标系；
79.步骤3、测量点集定义与坐标法矢获取，对理论轮廓线进行分度，从而定义测量点，并在图纸上没有测量点法矢信息的情况下，通过三维造型软件中快速提取每个测量点处的坐标及法矢信息；
80.步骤4、将测量点坐标及法矢信息按三坐标程序可识别格式整理成文本文件，作为测量点位文件等待测量程序调用；
81.步骤5、开发vvl凸轮轴螺旋槽三坐标测量专用工装，用于固定vvl凸轮轴滑移套筒，保证测量过程的稳定与可靠；
82.步骤6、搭建星型测针，在三坐标测量软件中，根据逻辑语言编写测量程序，调用测量点位文件，控制星型测针按理论点位探测vvl凸轮轴螺旋槽；
83.步骤7、通过实测点与理论点对比，评价螺旋槽轮廓精度，并生成理论轮廓线与实测轮廓线对比的图形化检测报告。
84.具体地，由于vvl凸轮轴滑移套筒螺旋槽图纸上仅有理论特征点坐标，无特征点法矢的相关信息，不能有效支持三坐标控制测针测量。因此本发明根据图纸构建被测件的数模，在数模上定义测量点，同时利用三维造型软件的分析功能，快速提取测量点位信息的方法获取测量点坐标与法矢的信息，进而再通过测量点位文件处理、专用测量程序编制、专用测量工装开发、测针选择与搭建、测量数据分析与处理等步骤最终实现vvl凸轮轴螺旋槽轮廓精度的测量。
85.根据图纸上的理论特征点，拟合vvl凸轮轴螺旋槽理论轮廓线，同时，构建如图2所示滑移套筒数模。由于数模上的理论特征点坐标需与三坐标测量点坐标保持一致，因此需在数模上提前定义vvl凸轮轴滑移套筒测量坐标系，此坐标系需与实际三坐标测量过程中的坐标系保持一致。
86.vvl凸轮轴螺旋槽理论轮廓线共490
°
，从起始位置出发，按10
°
一点的间距分度，定义测量点，如图1所示，测量点a与测量点b间距10
°
，测量点b与测量点c间距10
°
，测量点c与测量点d间距10
°
，以此类推，直至测量点覆盖所有螺旋槽轮廓线，此间距与轮廓线复杂程度及轮廓精度要求相关，轮廓线越复杂，精度要求越高，分度间距需越小。通过三维造型软件同步提取相应测量点的坐标与法矢信息(x,y,z,u,v,w)。将在数模上获取的测量点坐标及法矢(x,y,z,u,v,w)转化为三坐标测针探测点位信息(x,y,z,
‑
u,
‑
v,
‑
w)，按三坐标可识别格式编辑成为图3所示测量点位文件。
87.设计搭建如图4所示的vvl凸轮轴螺旋槽轮廓专用测量工装，采用三爪卡盘固定vvl凸轮轴滑移套筒，同时将三爪卡盘通过支撑杆螺纹连接固定在测量平板上，并在两侧通
过压板固定，以保证测量过程中vvl凸轮轴滑移套筒的稳定性和可靠性。
88.由于vvl凸轮轴滑移套筒螺旋槽为空间自由曲面，为保证三坐标测针能够覆盖螺旋槽上所有测量点，需搭建如图5所示的星型测针，星型测针共计5根测针，分别在竖直方向以及水平0
°
、90
°
、180
°
、270
°
方向。所选测针测球半径需小于螺旋槽轮廓面的曲率半径，以避免与被测螺旋面干涉，造成测量误差。
89.通过三坐标测量软件，调用图3所示的测量点位文件，根据编程逻辑语言，编辑测量程序控制如图5所示的星型测针沿测量点位进行探测，并输出实际测量点坐标，此处在程序中需提前定义0
°
、90
°
、180
°
、270
°
方向测针所对应的测量点，以避免测量过程中产生干涉；由于测针沿测量点法矢的反方向进行探测，可以有效避免测量过程中的余弦补偿误差，以满足被测件图纸对螺旋槽轮廓度精度的要求。
90.根据三坐标测量程序输出的实际测量点位，与理论点位进行对比分析，从而评价vvl凸轮轴螺旋槽轮廓精度，并可以通过数据分析和处理，形成理论轮廓线与实测轮廓线图形，直观评价螺旋槽轮廓精度。
91.本发明的技术效果：
92.通过采取上述技术方案，本发明的技术效果如下：
93.1)利用高精度三坐标测量机，实现了一种全新的vvl凸轮轴螺旋槽轮廓精度测量方法，其方法测量高效、测量精确；
94.2)通过构建零件数模定义测量点，进而快速提取点位信息，有效解决了零件图纸缺乏测量点法矢无法测量的难题，测量效率较高；
95.3)利用提取的点位信息，控制三坐标测针沿测量点法矢反方向探测螺旋槽轮廓，有效避免测量过程的余弦补偿误差，测量精度高。
96.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
97.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。