激光测量法在圆柱度误差检测中的应用

　　在机械加工中,一般采用带指示表的测量台架和V形块(或直角座)在平板上检测圆柱形工件的圆柱度误差,这种方法的测量精度低、手工操作及计算繁琐、可靠性差。另外,也可采用配备圆柱度误差测量软件的圆度仪或三坐标测量机检测圆柱度误差,但由于仪器价格昂贵,测量成本较高,且测量结果易受测量力的影响。采用激光技术测量圆柱度误差则具有测量精度高、测量效率高、测量装置结构简单、易于实现、操作方便、测量成本低廉等优点,由于激光测量属于非接触式测量,因此不存在测量力引起的误差。

　　1 测量原理

　　采用激光测量圆柱度误差时,根据夫琅和费单缝衍射原理,衍射条纹间距D与激光波长K、狭缝宽度b、狭缝与屏幕间的距离L之间的关系为D=KL/b。为提高衍射条纹的分辨率及测量精度,可在被测工件与屏幕之间安装一个放大倍数为k的负透镜,此时关系式变为D=kKL/b(k值可按负透镜安装前、后多次测得的衍射条纹的平均间距之比确定)。

　　2 测量方法

　　对于具有奇数棱形状误差的外圆表面,可用图1所示测量方法检测其圆柱度误差。将被测工件放置在长V形块7上(V形块长度应大于被测工件长度),通过调整激光器2、棱缘3和负透镜4的高度,使激光束与被测外圆表面相切,并通过负透镜中心观察屏幕5,直至看到清晰的衍射条纹为止(调整棱缘3使狭缝宽度b越小越好)。测量时,使被测工件6回转一周,确定狭缝宽度最大和最小的测量点,并分别测出bmax、bmin点的衍射条纹间距Dmax、Dmin,然后移动V形块和工件,按上述方法再连续测量若干个横截面,并以所有衍射条纹间距值中的最大、最小值之差作为该工件的圆柱度误差值,计算公式为

　　测量具有偶数棱形状误差的外圆表面的圆柱度时,可利用图2所示的直角座对被测工件定位(直角座高度尺寸应小于被测圆柱面直径)。测量时,应使被测工件紧靠直角座,棱缘则与圆柱面最高母线对正。

　　测量安装滚动轴承的轴颈表面的圆柱度误差时,可在测量装置上用顶尖将被测轴顶起,并在轴径上方安置一高度可调的棱缘(见图3)。测量时,调整激光束使其与被测圆柱表面相切并通过负透镜中心,然后调整好棱缘与轴径表面间的狭缝宽度。为实现分度,可用计算机绘出0b~360b的分度盘,用磁铁将其吸附在轴肩端面处,用固定于顶尖上的指针进行分度。首先在一个测量截面上测得各等分点处的衍射条纹间距,并求出各等分点处的狭缝宽度,然后再用各缝宽bi分别减去零点处的缝宽b0,即可得到被测轴回转一周中各测量点半径相对于零点半径的变化量Δi=bi-b0(i=0,1,2,,,n)。