分组粒子群算法应用于圆度误差在线检测

　　1 引 言

　　在机械加工行业，大孔径管件的加工占有相当大的比重，而且绝大多数都要控制圆度误差。为了满足工业的发展的需求，各国专家学者都在对圆柱形工件形位误差检测技术进行了卓有成效的研究工作，如安志勇等[1]探讨了非接触激光圆度研制的一些问题，特别适合于大尺寸回转体零件的测量; 陈立杰等[2]研究了虚拟圆度误差的测量仪; 谢劲松等[3]利用激光干涉原理设计了Φ200mm-Ф1000mm大型回转类零件形位误差测量仪器。但是上述研究成果多是离线检测，并且设备安装要求较高，对于体积大、重量大、移动不便，对检测精度要求较高的深孔圆柱型管件的在线实时检测显得却无能无力。

　　我们现在设计了一种新型大孔径管件的在线检测系统[4]，可以对管件内部任意截面的三维信息实现快速采集，并得到精确的直径信息，但是对圆度信息只能实现了定性的分析，因此本文采用分组粒子群优化算法进行圆度误差评价，并可以应用在该系统中。

　　2 圆度误差在线检测系统设计

　　1) 检测系统硬件结构 从两个视角给出了检测系统的本体结构。其中，左侧为从正面看到检测系统的基本结构，右侧为检测系统底部向上的观察效果。该检测系统主要包括5个主要部分旋转构架，纵向测量定位可调框架，横向测量定位可调框架; 进退行走机构; 电磁固定系统，详细介绍见文献[4]。在线检测系统结构，如图1所示。

　　在系统设计中充分地考虑了系统数据传输及数据处理的快速性，因而，可以在很短时间内在线给出管件内壁表面的品质评估及圆度测量结果，但是只是有圆度信息的定性分析，没有定量的精确结果，因此本文提出了一种基于分组粒子群优化算法的圆度误差评定，如图2所示。

　　2) 圆度误差检测原理 圆度误差在线检测系统是一种基于光学三角法测距原理的非接触检测，核心部件即为旋转臂上安置的的LK-150H型激光CCD位移传感器，测量时激光CCD位移传感器在软件系统的控制下匀速旋转，扫描被测工件的若干截面，同时按设定的采样频率采集数据。扫描原理，如图3所示。

　　pij，i = 1，2，3，…，m为激光束扫描的截面序号，j = 1，2，3，…，n为每个截面上扫描的点的序号为工件表面上的被扫描点，0为测头的旋转中心，pij是该点的激光CCD读数，θij是工件相对于同一扫描截面起始点转过的角度，这样通过数据处理就可以计算出该截面的圆度。

　　3 基于分组粒子群优化算法圆度误差评价

　　1) 标准粒子群优化算法基本原理