非接触法在线测量和调整圆柱轴线同轴度研究

    0 引言

    某类圆柱形零件,需装配在产品上,要求该圆柱的轴线与回转工作台基准轴线的同轴度在0.02mm以内,当测量值不符合要求时,及时调整圆柱轴线位置,直到满足测量要求。

    在几何量测量中,同轴度误差常见的测量方法有对径双测头测量法、坐标法等[1],这些测量方法依赖圆度仪、三坐标测量机等,测量时产品需要脱离生产或装配现场,因此不便在车间现场使用。根据产品性能和装配环境要求,我们需要采用非接触方法在线测量同轴度。

    同轴度误差对仪器的性能有很大影响。准确地求得符合定义的同轴度误差测量值,一直是一些学者研究的课题[2-4],文献2和3中采用解析方法对同轴度进行了仿真研究,文献4则介绍了以激光作光源,利用夫朗和费单缝衍射原理在线测量同轴度,但这些方法不便于在多零件装配时使用。本文介绍用激光位移传感器测量同轴度误差,测量装置结构简单,自动化程度高。

    1 轴线同轴度测量和调整原理

    1.1 轴线同轴度测量原理

    如图1,直角坐标系XYZ中,空间任意直线AB在两个相互垂直平面XZ、YZ内的投影为AxBx、AyBy,它们唯一的确定直线AB的位置,改变AxBx和AyBy的位置,就可以改变直线AB的位置,依据该方法,就可以测量和调整圆柱轴线位置。

    被测圆柱固定在回转工作台上,回转工作台轴线作为基准轴线Z,回转工作台一次转动90b,一个测量周期共测4个位置,以工作台0b和180b位置所在方向为X方向,0b位置为X正方向;90b和270b位置所在方向为Y方向, 90b位置为Y正方向,这样建立的坐标系不因圆柱旋转而改变。圆柱轴线与基准轴线的关系是空间两直线关系,将圆柱轴线正交分解,一条分轴线AxBx在XZ平面,另一条在YZ平面,它们唯一确定圆柱的实际轴线,分别调整这两个面上圆柱分轴线相对基准轴线Z的偏差,就可以实现调节圆柱实际轴线位置的目的。

    如图2所示XZ平面内,两支位移传感器位置固定,可上下移动,但不能转动,工作台带着圆柱旋转,就相当于圆柱不动,传感器反转。Ax、Bx是圆柱轴线在XZ面内投影与激光束测量方向的交点(AxBx就是圆柱轴线在该面内的分轴线),在0b时传感器读数分为A1、B1,工件转180b,此时传感器读数A2、B2:

    结合两个传感器的Z向距离L,就可算出在XZ面内分轴线AxBx的位置。工作台旋转90b(相当于两传感器反转90b,坐标系不改变),采用同样方法测量,就可以计算出圆柱轴线在YZ面分轴线的位置;这两条分轴线位置最终确定圆柱的轴线位置。