圆柱度测量中基于光电传感器的误差分离方法

    0 引 言

    圆柱度误差直接影响零部件的配合精度、旋转精度、引起振动、产生噪声等,圆柱度是衡量圆柱形工件形状精度的重要指标之一。对圆柱度误差的测量与评定,国内外众多学者做了大量研究,并取得了一定进展[1~5]。但这些研究多集中在长度和直径较小的圆柱形工件测量上,且大多是外径的圆柱度评定,对大直径超长管件内径的圆柱度误差测量与评定的研究很少。液压油缸等大直径超长管类工件内径可达几百毫米,长度达2~3m,甚至更长。对于这类工件的内腔加工精度,评定参数主要包括内腔圆柱面轴线的直线度和截面圆的圆度,这2个参数统一为对圆柱度参数的评定。

    对于圆度误差的测量,国内外现有的技术方法已较为成熟[6, 7]。而由于工件长度范围很大,且圆柱面的轴线在工件实体中并不存在,这使得圆柱度误差测量的难点落在了对工件内腔圆柱面轴线的直线度误差测量上。目前,国内外采用较多的测量方法有采用直线度量规、感应式应变计测量法、超声波测量法、圆度法、杠杆法等[8, 9]。但这些方法大都存在测量设备笨重、对被测对象要求高、精度较低等缺点。此外,工件本身的体积和质量很大,在测量时不得不考虑由于自重而引起的变形。

    由此可见,采用传统的测量方法很难达到较高的测量精度,且国内尚没有同类型的测量装置可以参考,因此,对于该类工件内径圆柱度误差的测量与评定方法研究显得十分紧迫。

    1 测量方案设计

    1.1 总体结构

    根据被测对象的实际测量要求,大直径超长管件内径圆柱度误差测量系统总体结构如图1所示。工件竖直放置并装夹定位,这样,既可以消除水平放置时由于管件自重引起的工件悬挂变形(此变形量一般可达数10Lm),同时也方便测量导轨的进给。测量导轨采用升降轴机构,测量时,安装在测量台架上的测头随升降轴一起按设定间距上下移动到各测量位置。测量台架旋转,测头按一定间隔测量工件内腔圆柱面轮廓。安装在测量台架中心位置的圆形激光器发出准直光束,工件装夹底座上的光电位置传感器检测激光束投射光斑的位置和形状,实时监测测量台架的中心偏移以及台架旋转机构的瞬时倾斜,提供导轨直线度误差修正的依据。

    测头采用高精度电感传感器,分辨力可达0. 1Lm,精度达?1Lm。测量过程中,圆度量规对测头实时校准,确保测量值的稳定。计算机系统自动采集和处理测量数据、修正系统误差,完成圆柱度误差的测量与评定,并给出最终测量结果。

    1.2 测量与评定过程