回转体零件装配同轴度误差的激光在线测量研究

　　0 前言

　　本研究内容源于生产线上对于零件装配同轴度测量的实际需要,生产实践要求系统具有良好的稳定性和精度,在不对生产线及零件有任何扰动的情况下进行非接触测量。由于仪器和环境的限制,传统的同轴度测量方法,往往不能很好地对同轴度进行多维空间测量[1]。文献[2]对两轴三维空间准直测量建立数学模型,解决了同轴度非接触测量的空间解析问题。但是该方案环境局限性强,同时由于准直仪发射器、接受器需要分别安装在各自的测量架上,也不能真正满足非接触测量要求。文献[3]根据夫朗和费单缝衍射原理,以激光作光源,采用线阵CCD获取衍射条纹图像,实现了同轴度误差的非接触自动测量,可达到亚微米级精度。但是需要工件与测量系统之间有相对旋转运动,以及高旋转精度。

　　本研究提出的基于激光位移传感技术的测量方案,根据实际测量环境设计了相应的传感器布置方案,并设计了易于软件实现的同轴度误差算法。

　　1 测量方案

　　用激光位移传感器测量各截面上指定方向上相对参考截面的位移量,从而得到下柱体(参考体)的两个不同高度截面圆心,以及上主体(被测体)的两个截面的圆心,然后将上、下柱体两轴线算出,并得出轴线之间的偏差,作为同轴度误差的评价值[4, 5]。考虑到实际生产线中零件的尺寸,为了达到传感器位置布置要求,同时不与生产线发生空间干涉,并综合考虑了传感器精度,本研究采用KEYENCE公司的LK-080/086激光位移传感器,其参考距离为80mm,量程为15mm,解析度为3μm,全程精度为7.5μm。

　　本研究采用正交4点测试,在测量工位周围互成90°布置4个激光位移传感器,每个传感器可在驱动系统的带动下,作垂直方向运动,并获得精确定位,以满足测量多个截面的需要。原理简图,如图1所示,实际应用中,传感器安装平台可以在垂直轨道上运行(轨道等在图中未画出),驱动和定位依赖于丝杠。滚珠丝杠安装的垂直度是影响测量精度的重要因素,因此安装时必须保证足够的精度。同时需要保证传感器安装的位置刚性,避免传感器在多次运动后,产生晃动。

　　4个激光位移传感器由PC机通过传感器控制器控制其各种工作状态,如设置参考面时位移值清零,同时控制器将采集到的位移值数字量通过USB传入PC,由PC机软件实现数据的处理和运算。激光位移传感器的垂直位置控制由PC机通过位移控制器控制步进电机而实现。

　　考虑到流水线零件运输与检测不发生干涉, 4点布置形式与零件传送方向的关系,如图2所示(位移传感器的工作参考距离为80mm,可以同时满足90°布置而且不干涉)。