大距离分布孔系同轴度和尺寸检测系统的设计

　　本文是针对国内某飞机机翼连接孔尺寸和同轴度的测量方法进行研究。飞机机翼的连接孔具有孔径小、孔数多、相邻孔间距小的特点，用一般的测量方法很难在满足在线快速测量的同时达到高精度的测量[1-2]。因此，新的测量方法要求不但可以高精度测量连接孔的内径，而且要求可以在线测量其同轴度，从而实现快速测量与高精度测量的统一。

　　1 系统原理介绍

　　针对大距离分布孔系零件的特征，需要提出一种在线的测量方案，要求满足高精度的同轴度测量要求，还可检测出被测零件不合格的地方并予以记录，以便于零件的返修。大距离分布孔系零件参数和测量技术指标见表1。

　　被测零件特征分析:

　　a.被测孔系没有确定的基准。零件表面没有精基准，因此，要测量各个孔的同轴度，需要建立一个绝对的精基准，来对被测要素进行评定。

　　b.孔径尺寸小，孔间间隔尺寸小，比如在测量孔径的内径时，用一般的测量装置只能测量到被测零件的前端和后端的部分孔径，而沿着轴线的很多孔都测量不到。因此，必须设计专用量具，来测量所有被测孔径的内径等一系列参数[3]。

　　c.孔数量比较多，孔组分布距离长，对基准的理想要素精度要求高。

　　1. 1 系统总体原理

　　整个测量系统硬件由自定心多功能测头、激光基准子系统、数据采集与处理子系统 3 部分组成。将基准激光光源安装在控制云台上，调整云台位置，使得激光束可以通过被测零件的所有孔径。采用激光束作为轴线的理想要素，设计带有二维位置传感器和径向位移传感器的专用自定心综合测头，沿着被测零件孔慢慢移动测头，逐次采集各孔多个径向截面尺寸和圆心位置参数信息，计算机采集光电传感器和径向传感器测量数据并运算处理，根据激光光斑位置进行测量头方向和位置误差的实时采集，直到整个截面圆测量结束，最后拟合出系列截面圆的圆心坐标，确定孔系基准轴线位置并进行同轴度误差评定[4]。

　　测量系统原理示意图如图1 所示。

　　1. 2 PSD 光电位置传感器原理

　　PSD光电位置传感器是一种对入射到光敏面上的光点的位置敏感的PIN 型光电二极管，面积较大，其输出信号只与光斑的能量中心有关，而对光斑的形状无严格要求，并且在光敏面上无死区，可连续测量光板位置，分辨率较高，一般可达0.2μm。一般PSD 有一维PSD 和二维PSD。

　　一维PSD 主要用来测一维变化的位置信号。当光照射到PSD 光敏面上的时候，在入射位置表面就会产生与光强成正比的光电流，光电流的大小与入射光点到PSD 的2 个电极的距离有关。设PSD 的2 个电极的距离为2L，经过2 个电极的光电流分别为I1与I2，总电流I0=I1+ I2，则以PSD的中心点为原点建立坐标系，设光点离中心点的距离为x，则