飞轮齿圈总成圆跳动的非接触检测方法

　　飞轮齿圈总成是汽车发动机传动部分的一个关键部件,其加工质量和装配质量对汽车的动力特性和操纵性能有直接影响,为了保证发动机的性能和传动精度,对它的3个部位圆跳动误差,即齿圈端面、外圈径向和摩合面(端面)跳动,必须进行高速、高精度百分之百检测。目前国内外对该类圆跳动的检测通常用三坐标测量机或千分表等进行接触式测量[1],尚未见到采用半导体激光测头对3个部位圆跳动同时进行实时、非接触检测的文献报道。为此,本文研制出一种采用3个半导体激光测头,可同时自动非接触测量飞轮齿圈总成3个不同部位圆跳动误差的方法和测量系统。

　　1 理论基础

　　我们设计了3种采用半导体激光器作光源,PSD作光电位置传感器的半导体激光测头,通过测量位置尺寸的变化量来测量圆跳动误差,其测量原理如图1.1所示。

　　位置尺寸H的测量方程为[2]:

　　式中α、θ分别为入射光和系统RS光轴与基准面法线夹角;φ为PSD与RS光轴夹角;L、L'分别为RS的物距和象距;S为被测面在PSD上成象的象点位置,且有

　　式中,I1、I2分别为PSD两极输出的光电流;L0为PSD有效敏感面α长度。由于要测量的跳动量较小,即测量范围小,此时S<<L',则(1.1)式可简化为

　　由于设计时已根据θ、α、L、L'、φ确定了光学系统的相对关系,它们是已知的,因此由(1.3)式可知,根据S就可求出θ。

　　利用3种具有不同的分辨率、测量范围和工作距离的半导体激光测头同时分别测量齿圈总成3个不同部位的圆跳动误差,若被测件旋转一周,采样点数均取为N,根据圆跳动误差定义[3]可知,在被测件旋转一周过程中,θ变化的最大差值即为圆跳动误差fj,且

　　式中Lj,Lj’,αj,φj,θj,Sji分别表示3个测头的相应参数值;i表示采样点,i=1,2,3,,N;j表示测量部位或3个测头,j=1,2,3。

　　由(1.4)式可求出齿圈总成3个部位的圆跳动误差。当j=1时,f1为齿圈端面跳动误差;当j=2时,f2为外圈径向跳动误差;当j=3时,f3为摩合面端面跳动误差。

　　2 测量系统

　　根据齿圈总成部件的检测要求和形状特点,研制的测量系统如图211所示。系统将3个半导体激光测头集成于以精密轴系为核心的主体精密机械系统上,由微机多级控制系统控制,通过伺服系统实现工件的回转运动,从而实现齿圈总成3个圆跳动的高速非接触动态测量。

　　系统在测量过程中,首先对被测件进行定位夹紧,然后启动无级调速力矩电机,由传动系统带动精密回转轴系做慢速匀速回转;3个测头的会聚光斑分别对准被测部位进行高速采样,并完成采样平均、误差修正和粗大误差自动剔除等处理,把信号传送给主控制器,单片机8051将测得的大量原始数据进行实时处理后,将3个部位的测量结果数字显示或打印输出。如果测量结果合格,指示灯显示绿色;如超差,指示灯显示红色,并发出声光报警信号,超差部位的红色指示灯也同时显示。本系统除具有上述功能外,还可输入和打印检测日期、班组号、检测总件数和不合格件数等。