阶梯轴非接触在线检测方法的研究

　　某客车厂生产的重达500Kg的大型阶梯轴的直径、圆度、圆柱度及同轴度急需解决非接触在线检测方法。该检测方法的实现将对提高产品精度,提高生产率,降低废品率具有重要意义。

　　1.1 结构原理

　　测量系统如图1所示, 1为被测量阶梯轴,测量系统主要由滚动导轨副2,光栅尺3,激光扫描测头4,数显表5、6,计算机7,伺服电机8构成。激光扫描测头4在伺服电机驱动下沿着滚动导轨副2移动,扫描被测阶梯轴外圆表面,并实时分别把激光测头给定X方向位置坐标的数字信号和光栅尺测得的Y方向位置数字信号输送给数显表5、6,从而确定了外圆表面被测点的位置坐标值。并把新测得的坐标值输送给计算机进行数字处理,得到我们想要测得的直径、圆度、圆柱度及同轴度。

　　1.2直径测量原理

　　将测量系统V型块固定在被测阶梯轴上,如图2所示。在伺服电机驱动之下激光测头扫描被测件1轮廓表面A点,由光栅尺给出该点的X坐标值为x0,激光测头输出y坐标值y0,移动激光扫描测头扫描被测轴表面B点和C点。其x、y坐标分别为B(x1,y1)、C(x2,y2)。则在ΔABC中

　　已知内接三角形三边尺寸,则可以求得被测轴直径D

　　将上述数据输送给计算机,可得出被测直径的数值。

　　1.3 圆度测量原理

　　如图3所示,采用V型块三点测量方法测量阶梯轴圆度,其测量原理如图3所示。激光扫描测头瞄准被测轴径轮廓表面最高点A点,V型块绕被测轴无轴向串动旋转,激光扫描测头实时记录了被测轴半径变化量,并给出最大值与最小值变化两之差v,则圆度误差为:

　　上式中α为V型块夹角,n为被测轴轮廓棱度数,可由该误差曲线分析给出。

　　1.4圆柱度误差测量原理

　　采用等分截面的测量方法测量圆柱度误差。如图4所示,将测量装置V型块分别放在被测轴1的大约等分轴向不同位置上,用测量圆度误差的方法,激光测头扫描检测各个不同位置的圆度误差。取其半径差最大值作为实际轴得圆柱度误差,即

　　也可以把各个截面误差曲线由计算机绘出垂直于轴线的平面上,如图5所示,把空间的测量数据变为平面得测量数据,由计算机进行最小二乘法处理,可以给出Rmax和Rmin。

　　1.5 同轴度误差测量原理

　　在测量阶梯轴同轴度误差时,可以选其一个轴作为测量基础。如图6所示,以轴A作为基准,测量系统V型块固定在A轴上,V型块以A轴为基准转动,由激光扫描测头测出B轴不同截面误差轮廓曲线,以被测轴线轮廓曲线变化量的2倍作为同轴度误差,即: