专用锥度校准装置的结构设计

　　0 概述

　　“专用锥度校准装置”是我单位承担的国防科技工业2007年度技术基础科研项目。科研任务书要求实现锥度和螺纹中径的自动测量,具体指标如下:

　　1)锥度测量范围:1B3~1B50;

　　2)直径:≤65mm;

　　3)长度:≤300mm;

　　4)螺纹中径测量精度: (1+L/100)μm;重复性: 1μm,其中L为中径尺寸,单位mm。

　　该项目已于2008年6月通过验收,现已投入使用。现对“专用锥度校准装置”的结构设计做一简要介绍。

　　1 系统测量方案的确定

　　多年来,国内外已研究出许多成熟的锥螺纹测量方法,并在生产中得到广泛的应用。传统的锥度检查仪按测量方式主要分为两种:接触式和光学瞄准式。接触式锥度检查仪通过两个半球式测头自定心的方法实现锥度的测量。存在的问题是:对测头的加工要求极高,使用过程中测头容易磨损或脱落;测量锥度螺纹时需要使用三针(接触法测量有三针法、双针法和单针法等)等辅助手段,操作繁琐,效率低下。

　　光学瞄准式主要通过万能工具显微镜(光学瞄准测量的方法有影像法、轴切法、光波干涉法等)等光学仪器对锥度进行测量。存在的主要问题是:通过人眼目视瞄准,人为误差因素增加,自动化程度低,效率低,长时间使用易造成人眼疲劳。

　　目前国际上最新式的锥度检查仪采用计算机视觉方式实现锥度的自动测量。采用CCD对被测件成像,计算机对采集图像进行分析处理,全部测量过程及数据处理由计算机自动控制完成,不仅测量精度高,而且是非接触测量,不存在测头磨损问题,也不需要三针等辅助手段,操作简便,检测效率大大提高。

　　在全新的自动化测量装置中采用何种测量原理更为合适,如何针对视觉检测的特点,改进测量方法,从而设计出整套测量系统的方案,是本课题研究的重要内容。

　　本课题所开发的新型锥度校准装置虽然不同于传统的手动测量装置,但测量原理必然基于以上常用的螺纹测量方法。考虑到“双针法”和“单针法”主要针对螺纹中径大于100mm的情况,不适合小直径螺纹的测量。光学瞄准法对螺纹牙型线的依赖程度大,从而增加了图像处理的难度。“三针法”对螺纹的轮廓线依赖程度小,但是测量过程复杂。结合小直径螺纹的测量特点和测量需求,特别从减小误差的角度考虑,最终采用/三针法0,并通过自动检测和图像处理,使测量过程变得更加便捷。

　　2 总体机构方案的比较和确定

　　现有的测量仪器大致可分为两种方式:水平放置被测件和竖直放置被测件。在本系统中分别设计两种方案,如图1和图2所示。