同轴度误差的激光扫描测量方法

　　同轴度误差是机械制造和仪器仪表工业中常见的检测项目,其测量方法是利用千分表等通用量具进行接触式测量,测量精度受测量力和人为因素的影响,测量速度也较慢。本文提出了同轴度误差的激光扫描测量方法并研制出相应的光电检测系统,实现了同轴度误差的非接触自动测量。

　　1 光电检测系统

　　根据同轴度误差的测量要求,研制的光电检测系统如图1.1所示。它是多机分布式控制系统,由上级计算机控制激光扫描检测系统(测量刀口尺与被测轴线对基准轴线间隙变化量);光栅位移检测系统(测量轴向尺寸);伺服控制系统(控制线位移和角位移)。三者之间可以互相通讯,进行数据交换和控制信息传送,从而实现对同轴度误差的测量。

　　激光扫描检测系统的狭缝间隙测量原理如图1.2所示。激光器发出的激光光束入射到扫描转镜上,经扫描光学系统后成为平行于光轴的扫描光束,对工件与刀口尺之间的两个狭缝进行高速扫描,经接收光学系统后再被光电接收器接收,经光电变换与数据处理后,可得到两个狭缝间隙的测量结果。

　　若扫描速度为v,对两个狭缝的扫描时间分别为t和t',则狭缝间隙M和M'分别为

　　式中,K1=cosθ;K2=sinθ;θ为扫描转镜上激光束的入射角;φ为扫描转镜的角位移;R为扫描转镜内切圆半径;f为扫描光学系统焦距;ω为扫描转镜角速度。

　　光栅位移检测系统轴向尺寸测量是通过记录光栅莫尔条纹移动数目来实现的[2]。

　　2 同轴度误差的测量方法

　　如图2.1所示,测量前,在被测件某一固定位置上,通过轴向进给执行机构,在被测件两端用激光扫描检测系统测量并调整上下两刀口尺与被测件之间的间隙并使之相等。

　　为提高测量的准确性,一般取若干个轴截面,并在每个轴截面上又取若干个垂直基准轴线的正截面。在某一轴截面方向上,由激光扫描检测系统测出正截面上相对180°各对应点与刀口尺之间的间隙,其差值绝对值即为该正截面上的同轴度误差。由轴向进给执行机构,可测出不同正截面上的同轴度误差值,其最大值作为该轴截面上的同轴度误差。再由分度回转执行机构,可测出若干个轴截面上的同轴度误差,其最大值作为该被测件的同轴度误差值。

　　若轴截面数取n,正截面取p个,则每次测量转动的角度值Δα=180°/n,每次测量轴向移动量ΔL=L/p,其中L为测量长度。设第i个轴截面上第j个正截面相对180°各对应点与刀口尺之间的间隙值分别为Mij和Mij',则第i个轴截面上各正截面的同轴度误差为: