高温回转体零件形位误差综合自动测量系统

　　1 系统总体概述

　　检测系统的机构构成如图1所示。整机在计算机控制下,实现X、Z、C方向的运动。测量开始前,在旋转工作台1上用夹具2将零件3固定,两个激光位移传感器6和7,安装位置如图1所示。其中激光位移传感器6照射测量杠杆4的上端测量面,通过测量杠杆4的下端,获取内表面的轮廓信息。激光位移传感器7照射零件的外表面,获外表面的轮廓信息。系统工作时,旋转工作台1带动零件旋转,激光位移传感器依次对选定的各截面Nj进行扫描。由于零件内、外径的实际尺寸r实、R实存在偏差,导致实际的测量距离也存在偏差,激光位移传感器6、7的控制器将实际测量距离的变化量转化成电压信号输出,经A/D转换,根据数学模型即可计算得到高温回转体零件内、外径尺寸、壁厚差及其形位误差。

　　2 测量原理和方法

　　目前,通过热锻成形(1150°C)工艺或温挤压技术成形的零件温度高达(或超过)850°C左右,在如此的高温和巨大的成形压力共同作用下,模具会产生很大的弹塑性变形。另外,零件毛坯材料也存在强度、硬度及温度的不均匀,共同作用的结果,使零件的内腔与外形产生严重的尺寸与形位误差。为测量零件精度,本课题专门研制了高温回转体零件形位误差综合自动测量系统。研究对象在高温状态下测量,传统的测量方法都无法适应如此恶劣的环境。本文利用测量杠杆和激光位移传感器远距离测量相结合的方法,实现了回转体零件壁厚差及形位误差的测量。

　　该系统采用相对测量法测量零件外径。测量原理如图2所示。首先将一个标准试件(其内、外径分别为r,R),安装于工作台上,然后把激光位移传感器6、7的输出电压设定为0V,标定工作即告完成。

　　将被测零件固定在旋转工作台上,其安装位置应与标准试件一致。将零件顶端截面与Z轴的交点设为测量坐标系原点O(0,0,0)。在零件上选择n个测量截面。各截面位置,即坐标zj(j=1,2,,, n)已知。测量时零件绕Z轴逆时针转动,每截面有m个采样点,即每间隔角度H=3600/m采样一次。激光位移传感器将采集到的距离信号传输到控制器中,其处理电路具有线性化功能,即被测量的位移l2实-l2与激光位移传感器的输出电压V2成正比,综上述可得:

　　式中: l2实为采样点到传感器7的距离,mm;l2为标准试件外表面与传感器7的距离,mm;k为激光位移传感器7的灵敏度,Lm/mV;V2为激光位移传感器7的输出电压,mV;R为标准试件外径,mm;Rij为第j个采样截面第i个采样点的实际半径,mm。

　　显然有:

　　零件内径的测量借助长度比为L1BL2的测量杠杆4进行。当零件旋转时,内径尺寸相对于标准试件的微小位移变化就可以用杠杆水平方向的位移来表示。因此,实际内径为: