一个基于CCD的同轴度测量仪

　　1问题的提出

　　在大型发动机的生产过程中,多孔同轴度测量多采用光学基准线法.该方法精度低,调整非常复杂,使用很不便.近年来,随着大型三坐标机的问世,有些厂家己经利用三坐标机进行测量,但由于大型三坐标机价格一般较昂贵,车间现场应用较难,同时大型发动机的主体很重,也难每件都搬到坐标机上测量,只能做到抽检.目前从国内情况看,潍坊柴油机厂,大庆拖拉机修配厂等非合资厂,仍采用三坐标机抽检或专用芯杆法,而北京吉普车有限公司则是全套引进国外设备,虽然不能代表当今最新水平,但也具有一定的代表性,均使用上机测量,但其原理与方法已经落后,仍采用多电感触头测量法.国外发达国家在多孔同轴度测量方面已采用激光测量及随时跟踪在线测量,主要利用双频激光干涉仪及其附件进行.这种仪器应用范围大、功能多,但价格比较昂贵.

　　从长远看,多孔同轴度的测量逐步向在线测量并及时反馈给加工中心的方向发展.要做到这一点,必须应用激光光线作为测量的基准轴线,芯杆法则无力解决.根据我国现在的生产状况,首先研制一种利用激光光线作测量基准的仪器是今后几年的主要方向.只有解决了这一问题,下一步的随时跟踪法才有希望.

　　本文介绍的测量仪利用激光作为测量的基准轴线,线阵CCD测量位置变化,由单片机进行数据的采集和处理并显示测量结果.

　　2系统组成

　　1)系统的测量原理根据现场的实际情况,在不需要搬动被测机体的基础上,本系统利用可以固定在被测机体上的激光准直仪发射激光作为测量的基准轴线,采用特殊设计的定心装置确定被测轴孔的中心,通过固定在定心装置上的角隅棱镜将光线返回,由固定在激光准直仪上的两个互相垂直的线阵CCD接收,将光能信号转化为电信号,再由单片机采集数据进行处理,将CCD上的位置信号转换成各个轴孔的孔心的坐标,进而计算出这些轴孔的同轴度误差,最后用数码管显示测量结果.

　　2)硬件系统系统的组成如图1所示.主要由激光准直仪、定心装置及角隅棱镜、线阵CCD及其外围电路、单片机及显示系统组成.

　　按照传统方式,一般是将CCD等光敏感器件固定在定心装置上,由激光直接照射到CCD上,得出位置变化信号.本系统将角隅棱镜固定在定心装置上,而把CCD和激光准直仪固定在一起,加上单片机与显示系统,做成一个便携式机箱.这样做好处是:

　　①简化结构,减少了零部件,便于携带;

　　②机箱和定心装置之间无电气连接,避免了过长的引线及其带来的干扰问题;

　　③可将机箱直接固定在被测机器上,方便调整.