一种测量活塞裙部曲线方法的研究

　　l引言

　　活塞是交通运输工具中影响新产品性能的关键零件。活塞裙部呈中凸非圆截面的复杂形状，轮廓加工精度高，因此对活塞的精密测量也提出了很高的要求。本仪器采用光学非接触法测量，测量误差小于2um，避免了金属接触测头对活塞的划伤。

　　2仪器的工作原理和结构

　　被测活塞直径经一束平行光照射后，其阴影投射到电荷藕合器件(CCD)上形成影像d。经过电路处理，并与计算机控制的升降电机和旋转电机相配合测量出活塞裙部的中凸型线和椭圆曲线。测量原理公式为:

　　式中D—活塞直径(mm)

           d—活塞影像尺寸(mm)

           B—光学放大倍率

           S—CCD光敏元的中心间距(mm)

           N—活塞影像占CCD光

　　       L'—光学物距(mm)

　　       L—光学像距(mm )

　       　K—光学测量系统的常数(mm )

　　公式中K由CCD光敏元中心距S、光学系统物距L和L'像距等固定参数所决定的。因此活塞直径D仅与测量值N成正比。只要测定CCD光敏元数值N，就可求得活塞逐点直径的尺寸，即可实现对活塞中凸型线和椭圆曲线的测量。为了扩大仪器的测量范围，该仪器采用了双光路测量原理，如图1所示。仪器选用了两个多像元高精度的CCD。经过光学系统的放大和电学系统的特殊处理，以及计算机的软件计算和误差补偿，大大地提高了仪器的分辨力和测量准确度，满足了测量使用的要求。当两路光学系统的参数被调整为一致时，双光路测量原理公式为:

　　光学式活塞中凸型线和椭圆曲线测量仪器由光学系统、传感器系统、电子电路系统、计算机系统、机械与电气系统等组成。照明系统由点光源形成的平行光将被测活塞直径D投影于测量物镜的像平面CCD上。经过模拟和数字电路系统的处理，计算机通过具有光电隔离系统的接口电路板采集到32位数据，经过对数据的计算和误差分析与补偿，由显示器输出处理的图形和数据。并且计算机根据外部指令，发出脉冲驱动升降电机的上升和下降，进行活塞裙部型线的测量，或者发送脉冲给旋转电机驱动器，经细分后，驱动旋转电机，使活塞在特定截面高度下进行活塞椭圆曲线的测量。光学法测量活塞可以消除单测头的单边测量误差，免除双边法接触测头带来的偏心误差。