用水排开冷却液进行在线光学测量研究

　　制造技术发展的一个目标是制造出越来越高精度的各种零件，而提高制造精度的一个重要技术手段就是进行在线测量.在线测量常常要求是非接触的，对于某一具体目标可能存在各种不同的测量方法.本文所讨论的问题是如何在有冷却液存在的情况下对机械加工零件表面进行光学测量.由于冷却液是一种不透明的乳状液体，它覆盖在加工工件的表面，测量光线无法透过它到达工件表面.因此问题的关键就在于如何为测量光线提供一个通道直达工件表面.

　　对于表面存在冷却液的工件的测量，已有类似的研究[1-2]，这些研究所用的都是声波测量，因而精度有限.本文提出的方法用测量头内部喷出的一根水柱来排开在测量头和工件表面之间的冷却液，而水柱自身就形成一个透明窗口和通道，让测量光线沿水柱内部到达工件表面进行测量.本文将介绍这种技术在平面磨床上初步研究的结果.

　　1测量原理和测量装置

　　测量装置由两大部分组成，一是喷水窗口，二是光学测量器(如图1所示).

　　工作原理是:水从水管进入喷水窗口的腔体内，并使腔体内充满水;然后，水从喷口向工件喷出.只要水的速度、压力足够大，就可以将工件表面原有的冷却液排开，使工件和喷口之间只存在透明的水，因此，激光三角测量器发出的测量光束能够依次通过玻璃平板和水到达工件表面，而表面的散射光再通过水和玻璃平板返回测量器，从而实现对工件表面高度的测量.

　　2几个技术问题的讨论

　　2.1运动工件表面上的排液技术

　　由于被测工件运动速度可能很高，表面上附着的冷却液亦可能有很高的运动速度，如何用水将冷却液彻底排开，使测量处不存在冷却液，是一个困难的问题.

　　在工件运动速度不太高的一般情况下，可以靠提高喷水的压力、流速来抵抗冷却液对测量区域的冲击，将工件表面吸附的冷却液带走.但是，当工件和冷却液运动速度过高时，上述方法就不可行了，因为要获得极高的水压和流速是不容易的，所付出的代价也太大，因此，不能靠这种硬顶的办法，而需要巧妙地设计喷水头的形状和水流的方向，使得在高速运动的、附着冷却液的工件表面能形成一个局部透明的区域.一种方法是改变水流喷射的方向，使之与工件运动方向垂直，这样做的理由是:要沿着工件和冷却液的运动方向阻挡冷却液的运动并将其推开是十分费力的，但是如果沿垂直于运动速度的方，向推动冷却液，显然是十分容易的事.在图2(a)中，实际的水流和冷却液运动方向沿图中的弧线方向，因而，即使工件的运动速度很大，只要喷水速度、流量足够大，且喷口有足够的宽度，水流就可以在沿喷口宽度方向的某一点(图2(a)中B处)之后彻底冲干净冷却液，从而可以在水流的合成运动路线上找到一点(图2(a)中“”)，作为光学测量的窗口.因此，这种侧喷方法将可以较好地解决高速运动工件表面的冷却液排除问题.