凸轮轴是燃油发动机的核心部件,其几何误差是影响发动机工作效率与使用寿命的关键因素。对加工误差进行及时检测,并反馈给加工现场来指导加工,是实现大尺寸凸轮轴加工精度有效提高的重要途径。传统的凸轮轴几何误差检测是在完成每阶段的加工工序后,将凸轮轴从加工机床上取下进行测量。此种离线测量过程不仅给凸轮轴再次装夹在机床上加工带来了极大的不确定性,造成装夹误差累积,还使加工过程变得繁琐,极大地制约了凸轮轴加工精度的提升。现有的测量方法对于凸轮轴几何误差的在机测量,也存在因凸轮轴几何特征尺度大、基准难以提取、测量状态多变,以及磨床空间狭窄、传感器难以安装与定位等问题,导致难以实现有效测量。针对上述问题,为实现凸轮轴几何误差非接触在机测量,本文基于空间解析几何理论和激光三角测量原理,对测量模型的建立,几何误差的求解,基准要素的提取与定位,数据处理程序设计等方面,进行深入分析与研究。具体研究如下:1.对凸轮轴关键测量要素进行了详细分析,结合凸轮轴在机测量环境和测量要素几何特征,研究了基准要素的提取方法和几何误差的求解方法,并对传感器测量原理进行阐述,为测量方法实现奠定理论基础。2.对凸轮轴轴颈径向圆跳动和同轴度误差的测量方法进行了研究。建立在机测量模型,分析被测凸轮轴工件与测量系统的位姿关系,实现测量系统坐标系的标定和与凸轮轴工件坐标系的统一。基于空间解析几何理论和坐标测量法,实现基准轴线提取、径向圆跳动与同轴度误差的求解。通过仿真试验与实物测量,验证了测量方法的可行性,且能有效地减小装夹和回转误差对测量结果的影响。3.对凸轮相位角和升程误差的测量方法进行了研究。分析多面棱体与激光位移传感器光路的位置关系,建立角度测量数学模型。基于尺寸传递和解析几何理论,研究传感器位移变化数据对应的旋转角度的几何模型。对测量方法进行实验验证,分析结果并建立误差补偿模型,并与传统测量方法作对比,验证了测量方法的有效性,且可以仅利用位移数据和多面棱体尺寸求解出旋转角度,具有安装灵活和不受不稳定转速影响的优点。4.完成对凸轮轴几何误差测量实验平台的搭建和测量数据处理程序的设计,并通过试验验证了本文所研究测量系统的可靠性与测量方法的有效性。为实现凸轮轴几何误差非接触在机测量方法的自动化应用奠定理论与技术基础。本文基于空间解析几何理论和激光三角测量原理,提出了一种凸轮轴几何误差非接触在机测量方法,并设计测量系统与数据处理程序,为实现在机测量的应用奠定基础,对凸轮轴加工精度的提高具有重要的理论价值和实际的指导意义。