一种转向螺杆螺旋弹道衰减变化的检测方法及检测装置与流程

本发明涉及一种检测方法及检测装置，具体涉及一种转向螺杆螺旋弹道衰减变化的检测方法及检测装置。

背景技术：

转向器是汽车行驶系统中的重要部件，作为其核心传动零件的工件会直接影响驾驶者操控方向盘的手感及操控安全性；转向螺杆包括螺杆主体和装配头，螺杆主体的圆周上呈螺旋状设置有螺旋弹道，螺旋弹道上方的螺杆主体端头设置有装配头；装配头呈变径圆筒状，装配头的顶部端面上设置有装配凹口，装配凹口下方的装配头上设置有中圆周面，中圆周面与装配凹口之间的装配头上设置有上圆周面；中圆周面下方的装配头上设置有下圆周面，下圆周面与中圆周面之间设置有装配环槽。转向螺杆的材料为：g20crni2moa，需要经过热处理渗碳工序使其表面硬度达到58-63hrc，工件的热处理后需再次进行精加工，以使其能与多个高精度零部件配合进行装配，其中工件的螺旋弹道作为整个转向器的核心扭矩输出部件，其加工精度和检测精度尤为重要。

目前对转向螺杆螺旋弹道衰减变化的检测主要通过三坐标检测机对转向螺杆螺旋弹道衰减变化的趋势进行检测，现有三坐标检测机以气源压力作为驱动动力驱动探针移动，探针移动移动过程中因气源压力波动，其位移距离和位移速度不能精确控制，且其检测过程中对转向螺杆（工件）三坐标系设置不合理，而对转向螺杆螺旋弹道衰减变化的检测精度较低，同时在评价过程中不易直观地评价转向螺杆螺旋弹道的衰减变化趋势是否合格，因此有必要对其改进。

技术实现要素：

本发明的目的是：提供一种能提高检测精度，同时能直观评价转向螺杆螺旋弹道的衰减变化趋势，以解决工件的螺旋弹道衰减变化检测精度低且不易评价问题的转向螺杆螺旋弹道衰减变化的检测方法及检测装置。

本发明的技术方案是：

一种转向螺杆螺旋弹道衰减变化的检测方法及检测装置，其特征在于：它包括如下步骤：

1）、清洁并固定工件；

将工件用无纺布擦拭干净，并将工件安装在三坐标检测机的检测台上，用三坐标检测机转盘的固定夹具夹紧以固定工件的位置；

2）、扫描工件以建立三坐标系；

通过三坐标检测机三坐标探针的一号探针对工件的顶部端面进行触碰打点扫描，并将数据上传至与三坐标检测机配套的pc机上；

顶部端面打点扫描后，通过三坐标检测机三坐标探针的二号探针对工件的上圆周面和下圆周面进行触碰打点扫描，并将数据上传至与三坐标检测机配套的pc机上；

通过工件的顶部端面、上圆周面和下圆周面的打点扫描数据以工件中心轴线为z轴，装配头顶部端面中心点为原点，装配头装配凹口中心所在直线为x轴，而在与三坐标检测机配套的pc机上对工件的三坐标系进行初建；

3）对三坐标系的坐标轴进行调整

三坐标检测机的转盘转动，转盘转动过程中带动工件转动，在工件转动过程中，通过三坐标探针的二号探针抵靠在工件的上圆周面的圆周上对上圆周面进行连续扫描一周；

上圆周面连续扫描一周后，将二号探针移动至工件的下圆周面处，并抵靠在下圆周面上，对下圆周面进行连续扫描一周；

下圆周面连续扫描一周后，将三坐标探针移动至工件的顶部端面，在工件转动过程中，通过三坐标探针的一号探针对工件顶部端面使装配凹口的中心为其中一个点进行打点扫描；

顶部端面打点扫描完成后，将三坐标探针移动至工件的中圆周面处，通过三坐标探针的二号探针对中圆周面进行连续扫描一周；

中圆周面连续扫描完成后，将三坐标探针下移使三坐标探针的三号探针抵靠在工件的装配环槽上，通过三号探针对装配环槽进行连续扫描；

通过三坐标探针重复对工件的上圆周面、下圆周面、中圆周面和装配环槽进行连续扫描以及对工件的顶部端面打点扫描2-3次，以对转盘转动时的离心力及转动误差进行校正，并对工件的三坐标系进行修正，进而对工件的三坐标系进行精确调整，确定三坐标系的z、x和y轴的精确位置；

4）、建立投影坐标系并设定计算规则和评价标准线；

在与三坐标检测机配套的pc机上设定以三坐标探针沿着工件的螺旋弹道检测过程中的旋转角度为y＇轴，设定三坐标探针端头至工件中心轴线的距离，即转向螺杆螺旋弹道的半径为x＇轴，进而建立投影坐标系；

在与三坐标检测机配套的pc机上设定投影坐标系x值和y值的计算规则；

在投影坐标系中设置多个理论落差点值，并连接理论落差点值，进而建立理论落差标准线；

在投影坐标系中设置多个最大落差点值，并连接最大落差点值，建立最大落差标准线；

在投影坐标系中设置多个最小落差点值，并连接最小落差点值，建立最小落差标准线；

5）、对工件的螺旋弹道进行检测；

通过三坐标探针的三号探针由上至下连续扫描工件的螺旋弹道并将扫描获得的参数填充至三坐标系中，沿着螺旋弹道对应的螺旋曲线依次选取三坐标系的点值对应的x轴和y轴数值，根据设定的计算规则计算投影坐标系的x值和y值并填充至投影坐标系中；

连接填充至投影坐标系的点值，建立转向螺杆螺旋弹道的衰减变化曲线；

6）、评价

将投影坐标系的转向螺杆螺旋弹道的衰减变化曲线与理论落差标准线、最大落差标准线和最小落差标准线进行对比，由此评价转向螺杆螺旋弹道的衰减变化趋势。

所述的三坐标检测机由底座、支撑架、横向位移电机和升降电机构成，底座上通过纵向传动带安装有支撑架，支撑架上通过横向位移齿条活动安装有垂臂，垂臂上活动插装有伸缩杆，伸缩杆的底部端头装有三坐标探针；伸缩杆一侧的垂臂上设置有横向位移电机，横向位移电机的输出轴上安装有位移齿轮，位移齿轮与横向位移齿条啮合；伸缩杆上方的垂臂内设置有升降电机，升降电机的输出轴上固装有升降螺杆，升降螺杆与伸缩杆螺纹连接；三坐标探针下方的底座上通过转盘电机安装有转盘，转盘的中部设置有固定夹具。

所述的支撑架由定位杆、装配横杆和支撑杆构成，定位杆的顶部端头固装有装配横杆，装配横杆与横向位移齿条固定连接；装配横杆的端头固装有支撑杆，支撑杆通过滚轮与底座滑动连接；定位杆与纵向传动带固定连接。

所述的三坐标探针由装配块、一号探针、二号探针和三号探针构成，装配块的底部中心固装有一号探针，装配块的侧面上对称固装有二号探针，二号探针一侧的装配块上对称固装有三号探针；所述的三坐标探针通过装配块与伸缩杆固定连接。

所述的伸缩杆横截面呈矩形。

所述的固定夹具为三爪卡盘。

本发明的有益效果在于：

该转向螺杆螺旋弹道衰减变化的检测方法及检测装置所使用的三坐标检测机通过纵向传动带、横向位移电机和升降电机驱动，相比于使用气源压力作为驱动动力不存在压力波动的问题，从而能精确控制三坐标探针的移动，而能有效提高检测精度；同时将三坐标系原点设置在工件的中心轴线上，减小了三坐标系原点至转向螺杆螺旋弹道的距离，且对三坐标系初建后再次修正，从而提高了转向螺杆螺旋弹道的检测精度；通过将三坐标系扫描出的数据点根据计算规则投影至投影坐标系的x轴和y轴，能直观地反映螺旋弹道衰减变化随螺旋弹道角度变化而变化的曲线，通过理论落差标准线、最大落差标准线和最小落差标准线来体现弹道衰减而能直观地评价螺旋弹道的衰减变化趋势是否合格，同时将数据直接与三坐标系原点相关联，进一步保证了检测数据的准确性，解决了现有检测方法工件的螺旋弹道衰减变化检测精度低且不易评价，现有检测装置检测精度低的问题，特别适用于转向螺杆螺旋弹道衰减变化的检测。

附图说明

图1是本发明三坐标系的示意图；

图2是本发明投影坐标系x值的计算规则示意图；

图3是本发明投影坐标系的示意图；

图4是本发明投影坐标系的扫描结果示意图；

图5是本发明三坐标检测机的结构示意图；

图6是图5的右视示意图；

图7是图5中a-a向的结构示意图；

图8是本发明三坐标探针的结构示意图。

图中：1、底座，2、横向位移电机，3、升降电机，4、纵向传动带，5、横向位移齿条，6、垂臂，7、伸缩杆，8、位移齿轮，9、升降螺杆，10、转盘电机，11、转盘，12、固定夹具，13、定位杆，14、装配横杆，15、支撑杆，16、装配块，17、一号探针，18、二号探针，19、三号探针，20、三坐标系，21、装配凹口，22、上圆周面，23、下圆周面，24、中圆周面，25、装配环槽，26、理论落差标准线，27、最大落差标准线，28、最小落差标准线，29、螺旋弹道，30、衰减变化曲线，31、纵向传动电机。

具体实施方式

该转向螺杆螺旋弹道衰减变化的检测方法及检测装置首先将工件用无纺布擦拭干净，以防止工件表面的杂物（如铁屑、毛发等）影响检测精度，并通过无纺布蘸取少量丙酮或酒精再次擦拭工件表面，以清除工件表面附着的油污，将工件表面进行彻底清洁，擦拭完成后，将工件固定在三坐标检测机的转盘上。

三坐标检测机由底座1、支撑架、横向位移电机2和升降电机3构成，底座1上通过纵向传动带4安装有支撑架，支撑架上设置有横向位移齿条5，支撑架由定位杆13、装配横杆14和支撑杆15构成，定位杆13的顶部端头固装有装配横杆14，装配横杆14与横向位移齿条5固定连接；装配横杆14的端头固装有支撑杆15，支撑杆15通过滚轮与底座1滑动连接；定位杆13与纵向传动带4固定连接，纵向传动带4通过底座1上设置的纵向传动电机31驱动，纵向传动电机31为伺服电机，以精确控制纵向传动带4的纵向位移，从而精确控制定位杆13的位移距离和位移速度，进而能精确控制装配横杆14和横向位移齿条5的纵向位移，相比于使用气源压力作为动力，气源压力波动导致位移不能精确控制，装配横杆14和横向位移齿条5在移动时能精确控制位移距离和位移速度；横向位移齿条5上活动安装有垂臂6，横向位移齿条5配合装配横杆14能限制垂臂6的位置，使垂臂6只能沿着横向位移齿条5运动；垂臂6上活动插装有伸缩杆7，伸缩杆7横截面呈矩形，伸缩杆7横截面呈矩形的作用是在伸缩杆7上下移动过程中防止伸缩杆7转动，使伸缩杆7在工作时只能上下运动；伸缩杆7的底部端头装有三坐标探针，三坐标探针由装配块16、一号探针17、二号探针18和三号探针19构成，装配块16的底部中心固装有一号探针17，装配块16的侧面上对称固装有二号探针18，二号探针18一侧的装配块16上对称固装有三号探针19；二号探针18或三号探针19在检测圆弧面时，通过水平方向上的纵向和横向复合运动，使二号探针18或三号探针19端头沿着圆周面进行半圆运动，即对称设置的二号探针18或三号探针19在工件静置和转动时均能进行圆形检测；三号探针19在检测螺旋弹道时，通过三维方向上的纵向、横向和垂直方向的复合运动，使三号探针19能沿着螺旋弹道进行螺旋线运动，即对称设置的二号探针18或三号探针19在工件静置和转动时均能进行圆形检测；三坐标探针通过装配块16与伸缩杆7固定连接；一号探针17、二号探针18和三号探针19分别为接触式探针，即一号探针17、二号探针18或三号探针19端头与工件表面接触时，一号探针17、二号探针18或三号探针19将产生的电信号反馈至三坐标检测机的控制器，进而控制器通过一号探针17、二号探针18或三号探针19端头的位置参数而检测工件的尺寸；伸缩杆7一侧的垂臂6上设置有横向位移电机2，横向位移电机2的输出轴上安装有位移齿轮8，位移齿轮8与横向位移齿条5啮合，横向位移电机2能通过位移齿轮8与横向位移齿条5配合而带动垂臂6进行水平方向上的横向运动，进而带动伸缩杆7做水平方向上的横向运动，使伸缩杆7在水平横向运动过程中，能带动三坐标探针进行水平方向上的横向运动；横向位移电机2为伺服电机，以在工作时，精确控制垂臂6的横向位移距离及位移速度，进而精确控制三坐标探针的横向位移距离和位移速度，相比于使用气源压力作为动力，气源压力波动导致位移不能精确控制，三坐标探针在横向移动时能精确控制位移距离和位移速度；伸缩杆7上方的垂臂6内设置有升降电机3，升降电机3的输出轴上固装有升降螺杆9，升降螺杆9与伸缩杆7螺纹连接，升降电机3转动时通过升降螺杆9带动伸缩杆7进行升降运动，而使伸缩杆7在升降运动过程中带动三坐标探针进行升降运动；升降电机3为伺服电机，以在工作时，精确控制伸缩杆7的升降高度及升降速度，进而精确控制三坐标探针的升降位移距离和位移速度，相比于使用气源压力作为动力，气源压力波动导致位移不能精确控制，三坐标探针在移动时能精确控制位移距离和位移速度；三坐标探针下方的底座1上设置有转盘电机10，转盘电机10的输出轴上安装有转盘11，转盘11的中部设置有固定夹具12，固定夹具12为三爪卡盘，固定夹具12的作用是在工作时将工件固定在固定转盘11上，使工件能与转盘11一同转动；转盘电机10为伺服电机，以能精确控制转盘11的转动速度和转动角度，进而能精确控制工件的转动角度和转动速度（参见图5、图6、图7和图8）。

用三坐标检测机的固定夹具12夹紧将工件固定在转盘11的中心部位，防止检测过程中因工件位置变动而导致检测结果出现较大误差而使检测结果不准确。

工件在三坐标系检测机的转盘上固定完成后，三坐标检测的三坐标探针以工件的中心轴线为圆心转动对工件扫描以对工件的三坐标系20进行初建，具体过程为：通过三坐标检测机三坐标探针的一号探针17对工件装配头的顶部端面以装配凹口21的中心点为起点，在顶部端面中心点为圆心，顶部端面半径为半径的顶部端面圆周上均匀选取4-8个点在工件转动过程中进行触碰而进行打点扫描；顶部端面打点扫描完成后，通过三坐标检测机三坐标探针的二号探针18在装配头的上圆周面22圆周上均匀选取4-8个点对工件的上圆周面22在工件转动过程中进行触碰而进行打点扫描，并通过二号探针18对工件的下圆周面23在工件转动过程中进行打点扫描，对工件的顶部端面、上圆周面22和下圆周面23进行打点扫描的过程中三坐标探针分别将扫描数据上传至与三坐标检测机配套的pc机，三坐标检测机对扫描的数据处理以工件中心轴线为z轴，装配头顶部端面中心点为原点，装配头装配凹口21中心所在直线为x轴，而在与三坐标检测机配套的pc机上对工件的三坐标系20进行初建（参见图1）。

三坐标系初建后，三坐标检测机的转盘转动，转盘转动过程中带动工件转动，在工件转动过程中，通过三坐标探针的二号探针18抵靠在工件的上圆周面22圆周上对上圆周面22进行连续扫描；上圆周面22连续扫描一周后，将二号探针18移动至工件的下圆周面23处，并抵靠在下圆周面23上，对下圆周面23进行连续扫描；下圆周面23连续扫描一周后，将三坐标探针移动至工件的顶部端面，在工件转动过程中，通过三坐标探针的一号探针对工件顶部端面使装配凹口21的中心为其中一个点进行打点扫描；顶部端面打点扫描完成后，将三坐标探针移动至工件的中圆周面处，通过三坐标探针的二号探针18对中圆周面24进行连续扫描一周；中圆周面24连续扫描完成后，将三坐标探针下移使三坐标探针的三号探针19抵靠在工件的装配环槽25上，通过三号探针19对装配环槽25进行连续扫描一周；通过三坐标探针重复对工件的上圆周面22、下圆周面23、中圆周面24和装配环槽25进行连续扫描以及对工件的顶部端面打点扫描2-3次，通过对扫描结果进行分析而对转盘转动时的离心力及转动误差进行校正，并对工件的三坐标系20进行修正，进而对工件的三坐标系20进行精确调整，确定三坐标系20的z、x和y轴的精确位置。

三坐标系20调整完成后，在与三坐标检测机配套的pc机上设定以三坐标探针沿着工件的螺旋弹道检测过程中的旋转角度为y＇轴，设定三坐标探针端头到工件中心轴线距离的落差值，即转向螺杆螺旋弹道半径的落差值为x＇轴，建立投影坐标系（参见图3）。

投影坐标系建立后，在与三坐标检测机配套的pc机上设定投影坐标系x值的计算规则为，其中x＇为投影坐标系的x值，a为三坐标系的x值，b为三坐标系的y值，m为补偿常数；设定投影坐标系y值的计算规则为，其中y＇为投影坐标系的y值，k为补偿系数，z为三坐标系的z值，n为补偿常数。

在投影坐标系中设置多个理论落差点值（参见表1），并使用虚线连接理论落差点值，进而建立理论落差标准线26（参见图3）。

表1落差点值表

理论落差标准线建立完成后在投影坐标系中设置多个最大落差点值（参见表1），连接各最大落差点值，进而建立最大落差标准线，并使用实线表示该最大落差标准线27（参见图3）。

最大落差标准线建立完成后在投影坐标系中设置多个最小落差点值（参见表1），连接各最小落差点值，进而建立最小落差标准线，并使用实线表示该最小落差标准线28（参见图3）。

通过三坐标探针的三号探针19由上至下沿着工件的螺旋弹道29连续扫描，三坐标探针将工件的螺旋弹道29的扫描数值填充至三坐标系20中，沿着螺旋弹道29对应的螺旋曲线依次选取三坐标系20的点值对应的x轴、y轴和z轴数值，并依据设定的计算规则计算投影坐标系的x值和y值并填充至投影坐标系中，使用实线连接该填充至投影坐标系的点值，建立转向螺杆螺旋弹道的衰减变化曲线30（参见图4）。

转向螺杆螺旋弹道的衰减变化曲线30建立后，将投影坐标系的转向螺杆螺旋弹道的衰减变化曲线30与理论落差标准线26、最大落差标准线27和最小落差标准线28进行对比，由此评价转向螺杆螺旋弹道的衰减变化趋势状况：1、转向螺杆螺旋弹道的衰减变化曲线30超过最大落差标准线27或最小落差标准线28，评价该转向螺杆螺旋弹道的衰减变化趋势不合格，不合格的工件作报废处理，同时通过对不合格曲线分析，将螺旋弹道不合格位置通知加工中心，使加工中心能对加工参数及工艺进行改进，以提升螺旋弹道加工的合格率；2、转向螺杆螺旋弹道的衰减变化曲线30在最大落差标准线27和最小落差标准线28之间，评价该转向螺杆螺旋弹道的衰减变化趋势合格；3、转向螺杆螺旋弹道的衰减变化曲线30在最大落差标准线27和最小落差标准线28之间时，且与理论落差标准线26相符程度越高，评价该转向螺杆螺旋弹道衰减变化趋势越优良（参见图4）。

该转向螺杆螺旋弹道衰减变化的检测方法及检测装置所使用的三坐标检测机通过纵向传动带4、横向位移电机2和升降电机3驱动，相比于使用气源压力作为驱动动力不存在压力波动的问题，从而能精确控制三坐标探针的移动，而能有效提高检测精度；同时将三坐标系原点设置在工件的中心轴线上，减小了三坐标系原点至转向螺杆螺旋弹道的距离，且对三坐标系初建后再次修正，从而提高了转向螺杆螺旋弹道的检测精度；通过将三坐标系扫描出的数据点根据计算规则投影至投影坐标系的x轴和y轴，能直观地反映螺旋弹道衰减变化随螺旋弹道角度变化而变化的曲线，通过理论落差标准线26、最大落差标准线27和最小落差标准线28来体现弹道衰减而能直观地评价螺旋弹道的衰减变化趋势是否合格，同时将数据直接与三坐标系原点相关联，进一步保证了检测数据的准确性，解决了现有检测方法工件的螺旋弹道衰减变化检测精度低且不易评价，现有检测装置检测精度低的问题，特别适用于转向螺杆螺旋弹道衰减变化的检测。