曲臂轴线平行度误差激光扫描测量方法

    曲臂轴线平行度误差是自行火炮典型关键件)曲臂的一项重要指标,由于曲臂零件形状复杂,重量与尺寸较大,目前其轴线平行度误差只能靠加工工装来保证其精度,尚无检测手段。为此,针对曲臂零件平行度误差的检测要求,我们利用激光、光电检测技术、精密机械技术、现代传感技术和计算机等多学科技术研制了激光扫描式平行度误差光电检测系统,解决了曲臂轴线平行度误差的非接触检测难题,对提高产品质量和可靠性具有重要意义。

    1 测量方法理论分析

    平行度误差是位置误差的一种,是被测实际要素与一项有确定方向的理想要素(即基准要素)不平行的变动量。即被测要素与其理想要素相比较。本测量中,以回转轴线即A臂的轴线作为基轴线,而把B臂的轴线作为被测轴线与之比较来确定两臂轴线的平行度误差。被测零件曲臂如图1所示。

    利用激光扫描式平行度误差光电检测系统,通过数学分析法模拟其轴线,可分别测出水平和垂直方向两轴线的平行度误差fH和fV,则在任意方向上的平行度误差为:

    1.1 模拟基准轴线的建立

    对轴类零件,其截面圆形轮廓曲线可用付里叶级数来描述,即

    式中,Q(H)表示以某点起始度量的H角处的半径,它是H角的函数;C02为级数的常数项,实际上为一平均圆半径,an、bn为傅氏系数。某截面平均圆度半径R为:

    截面的圆心坐标(a, b)为:

    在A臂运用检测系统分别对1、2两截面不同位置进行扫描,由扫描测径原理可得1、2两截面处的两个轴心坐标(aA1,bA1)和(aA2,bA2),则1截面的模拟圆心与2截面的模拟圆心的连线即为A臂的模拟轴线,由这两点坐标即可求出A臂轴线在水平和垂直方向的角偏差AAH和AAV,即:

    由于AAH和AAV很小,式(6)、(7)的近似关系式为:

    1.2 被测轴线角偏差的确定

    由于B臂轴线与回转中心不重合,因此不能采用通过测量外径的方法确定其中心,只能用间接的方法确定其角偏差。当工件转到水平位置时,采用狭缝扫描法测得3、4截面处的两个狭缝值HHB3和HHB4,则由此可得到B臂轴线在水平面内的角偏差ABH为:

    当被测件翻转90b时,同样可测得B臂轴线3、4截面处的两个狭缝值HHB3和HHB4,则轴线在垂直面内的角偏差ABV为:

    1.3 两臂轴线平行度误差

    利用式(8) ~ (11),将两轴线在水平面和垂直面内的角偏差分别相减,可得到两轴线的角偏差AH和AV即: