激光测量形位公差

　　1 引言

　　某企业生产中有一零件,其截面外形如图1所示,它的长度为(7000+100)mm,2条对称的螺旋棱带的螺旋角为8.5°15',基圆直径307.5mm,材料为冷轧钢板,板厚3mm。零件成形后,要测量以下几项形位精度:

　　(1)零件的直线度<8mm;

　　(2)零件在全长上的圆度<10mm;

　　(3)零件上棱带的螺旋角为8.5°15’;

　　(4)零件上2条棱带的对称度0.3。

　　由于零件较大,加工后人工测量工作量大,采样点少,测量慢且精度差。为了克服这些缺点,决定采用测量精度高,容易实现自动化的激光测量技术。

　　2 激光测距原理[1]

　　由于激光具有方向性好、亮度高等优点,以及激光器技术的快速发展,利用激光进行测量的技术发展很快,应用越来越广,用其进行距离测量的方法就有多种,可以适用于各种不同场合,这里采用激光三角法测量距离。

　　本测量中用到的激光三角法测量距离原理是最基本的一种,即单点直射式激光测量法。它的测量原理如图2所示。激光器1发出的光线,经汇聚透镜2聚焦后垂直入射到被测物体表面3上,物体移动或表面变化,导致入射光点沿入射光轴移动。接收透镜4接收来自入射光点处的散射光,并将其成像在光电位置探测器5的敏感面上。如果光点在成像面上的位移为x',则被测面位移

　　式中

　　a—激光束光轴和接收透镜光轴的交点到接收透镜前主面的距离;

　　b—接收透镜后主面到成像面中心点的距离;

　　θ—激光束光轴与接收透镜光轴之间的夹角。

　　在应用时,由激光发生器和光电接收器组成的测量仪,其a、b、θ为结构参数,是已知的。在测量时,光投影到光电位置探测器的敏感面上,可以得到光点偏离光轴的位移,此位移是以敏感面上的像素点数及两像素点间距离来表示的,所以,像素点间距大小是能否测量准确的一个关键;其次是放大倍数,在同样的像素点间距情况下,放大倍数越大,则测量误差越大,测量范围越大。为了达到一定的测量精度,这种测量方法的测量范围一般较小。而此处要求的测量范围并不大,约100mm,所以,采用这种测量方法完全可以满足测量要求。

　　3 零件数字化原理

　　根据欲测量的形位误差所需要的信息,只要知道该零件若干截面的数字化形状即可,所以,用图3所示的测量示意图进行零件截面的数字化。

　　在测量时,由计算机进行集中控制开始与结束,并完成数据的采集、存储与处理。激光测量传感器直接输出数字信号,即传感器到被测零件表面的距离,利用数控伺服驱动系统则可以获得零件的转角[2],从而获得零件若干截面的数字化信息即零件截面极坐标图。