激光在跳动误差测量中的应用

　　1 问题的提出

　　跳动公差既包括圆跳动也包括全跳动。圆跳动又分为径向、端面、斜向圆跳动三种情况,而全跳动也有径向、端面全跳动两种情况。

　　目前对圆跳动误差的测量,随着对零件的设计要求不同及结构不同,测量时采用的定位方法也不同,但测量方法却基本相同,如基本上都是用指示器进行接触测量。这种测量方法比较简单、直观、测量效率高,但对于精度很高的零件的测量,由于测量力不易控制,会影响其测量精度。本文介绍的用激光测量跳动误差的方法,采用非接触测量,因而没有测量力的影响。实验结果及精度分析表明,该方法适用于高精度跳动误差的测量。其测量原理及测量方法不仅适用于所有的圆跳动误差的测量,也可用于全跳动误差的近似测量。

　　2 测量原理

　　本文是利用激光的亮度高,单色性、方向性及相干性好等特点,并根据夫琅和费单缝衍射原理进行跳动误差的测量,其测量装置如图1所示。

　　在图1中AB为狭缝,其宽度为b,狭缝与屏幕间的距离为L。当激光通过狭缝并满足时,在接收屏幕上便可见到清晰的衍射条纹。根据夫琅和费单缝衍射原理,衍射条纹间距D与缝宽b、距离L及激光波长(的关系为

　　有时,为了提高测量精度,使衍射效果更好,可在屏幕与狭缝间安装负透镜,对衍射条纹进行放大,此时,公式(1)变为

　　式中,k为负透镜的放大倍数,其数值可通过实验获得。

　　测量径向圆跳动和全跳动误差时,其狭缝是由棱缘与圆柱面上母线或下母线形成,如图2(a)所示,测量端面圆跳动或端面全跳动时,其狭缝可由一个固定棱缘与一个活动棱缘组成或由棱缘与端面组成,如图2(b)所示。

　　3 测量方法

　　测量时,先调整棱缘使之与母线(或端面)成一狭缝b0,随着工件的转动狭缝宽度会发生变化,在工件回转一周的过程中,通过对衍射条纹移动方向的观察,可以找到缝宽最大和缝宽最小的测量点,即当狭缝变小时,衍射条纹向远离衍射条纹中心的方向移动,条纹间距增大直至不变;当缝宽变大时,两侧的衍射条纹向衍射条纹中心方向移动,条纹间距越来越小,直至不变。测出这两点处的衍射条纹间距并分别计算出狭缝宽度。测量径向跳动误差时,由于棱缘刃口至回转中心的距离不变,因此,缝宽最大处其回转半径必为最小;而缝宽最小处回转半径必为最大,于是,下式成立:

　　由此可知,测量径向圆跳动时,缝宽的最大变动量反映了在该测量平面内圆上的各点至回转中心的半径的最大变化,因此,最大、最小缝宽之差就是该测量平面内的径向圆跳动误差;同理,测量端面圆跳动时,最大、最小缝宽之差就是该测量圆柱面上的端面圆跳动误差。用同样方法测量几个平面或圆柱面,其中的最大差值就是被测圆柱面或端面对基准轴线的圆跳动误差,即