高精度外径激光自动测量系统的研究

　　0　引　言

　　外径测量方法可以分为接触式测量和非接触式测量。其中,接触法测量主要有坐标测量机测量法、电接触法、尺寸规划法等,它们的缺点是接触力的存在会引起测杆和测头的机械变形,容易造成较大的误差;非接触法主要有光学测量法和气动测量方法等。

　　目前,高新技术产业逐渐向技术密集型转轨,测试技术面临着越来越多的复杂问题,不但要有较高的测量速度与可靠性,而且还要向自动化、数字化、智能化方向发展。这势必将使原有的静态、接触测量转向动态、非接触、在线测量。激光测径仪具有检测速度快、精度高、非接触检测、闭环控制等特点,完全适用于直径尺寸的在线检测和控制^[1]。本文提出了一种基于激光测径仪的外径测量方法。

　　本系统主要用途为50Ω阻抗空气同轴线外径的高精度自动测量。

　　1　激光测径仪工作原理^[1]

　　系统的工作原理如图1所示,系统采用半导体激光器为光源,激光器光束通过多面体扫描转镜和扫描光学系统后,形成与光轴平行的连续高速扫描光束,对被置于测量区域的工件进行高速扫描,并由放在工件对面的光电接收器接收,投射到光电接收器上的光线在光束扫描工件时被遮断,所以,光电接收器输出的是一个方波脉冲,宽度与工件直径成正比。若扫描速度为v,扫描时间为t,则被测工件的尺寸D为

　　由于扫描速度由系统参数确定,那么工件尺寸就是扫描时间t的函数,式中t可通过对时钟脉冲计数器来准确求得。

　　2　系统结构设计

　　2.1　硬件系统设计^[2,3]

　　如图2所示,在激光测径仪片光发射头的下部安装带步进电机的精密滑台,精密滑台安装于转接板上,借助于激光测径仪底盘的螺孔安装转接板,因此,不对测径仪进行任何改动。在精密滑台的滑动台上安装推杆,用来推动工件位移。步进电机由运动控制卡控制旋转角度和速度,该角度通过精密丝杠将角度量转换为长度位移量。

　　控制箱内安装步进电机驱动器、电源、手动与自动转换器、接线端子、导轨位移限位保护电路,手动正负方向快速位移电路及按钮、手摇微位移编码器等。

　　自动测量时,由计算机发出位移指令,通过编码器的读数来控制步进电机旋转角度(即长度位移值)。

　　2.2　软件系统设计

　　该系统的应用软件实用LabVIEW8. 2开发,软件系统组成如图3所示,主要包括数据采集处理模块、显示模块和控制模块。

　　采集模块主要完成电压信号与外径值的转换、阻抗的运算。控制模块主要包括步进电机控制系统和编码器反馈控制系统,步进电机模块主要实现定位和自动测量,编码器反馈控制模块保证测量的精确控制。