基于激光准直法的多孔同轴度测量仪

　　一、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专用芯杆法。该方法测量精度低,使用简便。近年来有些厂家已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,不便在车间现场使用,同时大型发动机的主体很重,也难做到每件都搬到三坐标机上测量,只能做到抽检。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,主要是利用双频激光干涉仪及其附件进行,这种仪器应用范围广、功能多,但价格比较昂贵。

　　目前,国外未见有采用激光准直准线的大型机械零件的多孔同轴度测量的技术报道,国内清华大学做过这方面的工作。但本文提出的大型机械零件的多孔同轴度技术,在测量原理和方法上与其完全不同。针对目前国内在测量多孔同轴度中存在的需在线或临床测量的技术问题,我们研制了一种新型的智能型多孔同轴度测量仪,测量对象是大型机械零件的多孔同轴度。

　　二、系统的组成

　　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的激光束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孔心,通过固定在定心装置上的角隅棱镜将光线返回,由固定在测量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,计算出各个轴孔的同轴度误差,并显示测量结果。

　　2.系统组成

　　系统的组成如图1所示。主要是由激光准直系统、定心装置和角隅棱镜、线阵CCD测量系统,单片机控制及显示系统等组成。

　　激光准直系统由激光器、光学发射望远镜系统、激光电源组成。本测量仪采用了半导体激光器[1],功率为10mW,其发射的激光束的波长为635nm。按照传统方式,一般是将CCD等光敏器件固定在定心装置上,由激光直接照射到CCD上,得出位置信号。本测量系统将角隅棱镜固定在定心装置上,而把CCD和激光准直系统固定在一起,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;

　　(4)由光学原理可知,光线经角隅棱镜折射后,可把被测轴孔孔心与基准轴线的偏差放大一倍,利于提高整机误差标准。

　　CCD和激光准直固定在一起,CCD采用两个线阵(1024像素)的器件,激光光线经角隅棱镜返回到CCD上,采用多次采样求质心的方法求出光斑的实际坐标.该算法的计算精度高,而且在实际使用中的稳定性和重复性都非常好。