【摘要】：基于激光位移傳感器旋轉(zhuǎn),以回轉(zhuǎn)軸線為基準(zhǔn),提出和驗(yàn)證了一種測(cè)量深孔零件直線度的方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在選用的激光位移傳感器精度為±2μm的情況下,該方法實(shí)現(xiàn)了圓孔直線度的在機(jī)測(cè)量,與三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)給出的相對(duì)真值對(duì)比,誤差低于12%。該測(cè)量模型僅需機(jī)床主軸及其進(jìn)給部件,易于實(shí)施。
【圖文】：

５４，０３１２０３（２０１７）激光與光電子學(xué)進(jìn)展ｗｗｗ．ｏｐｔｉｃｓｊｏｕｒｎａｌ．ｎｅｔ圖２激光束回轉(zhuǎn)掃描圓孔內(nèi)表面模型Ｆｉｇ．２Ｍｏｄｅｌｆｏｒｓｃａｎｎｉｎｇｉｎｎｅｒｓｕｒｆａｃｅｏｆｈｏｌｅｗｉｔｈｌａｓｅｒｒｏｔａｔｉｏｎ感器相對(duì)于主軸垂直安裝時(shí)，，圖２所示的空間模型可轉(zhuǎn)變成平面模型，如圖３所示。當(dāng)掃描點(diǎn)為圖３中Ａｍａｘ和Ａｍｉｎ時(shí)，由（３）、（４）式可知，傳感器輸出值ＡＢ亦將出現(xiàn)極大和極小值。圖３圓孔極限點(diǎn)搜索模型Ｆｉｇ．３Ｓｅａｒｃｈｉｎｇｍｏｄｅｌｏｆｌｉｍｉｔｅｄｐｏｉｎｔｏｆｈｏｌｅ在設(shè)計(jì)測(cè)頭時(shí)，作如下限制：回轉(zhuǎn)軸線至零位測(cè)量點(diǎn)的距離不低于７０ｍｍ，安裝偏心ＯＣ小于０．１ｍｍ，測(cè)量范圍小于１０ｍｍ，則在△ＯＡＣ中，ＡＢ和ＡＤ的最大偏差不超過(guò)０．０５μｍ，可忽略不計(jì)，因而有ＯＯ１＝ＡｍａｘＯ－ＡｍｉｎＯ２＝ＡｍａｘＢ－ＡｍｉｎＢ２＝ｓ２，（５）式中ｓ表示傳感器單周期內(nèi)的峰谷值。由（５）式可以計(jì)算回轉(zhuǎn)軸線至被測(cè)孔圓心的距離，所有數(shù)據(jù)均經(jīng)過(guò)卡爾曼濾波處理以減小傳感器的隨機(jī)誤差。為求解圓心相對(duì)回轉(zhuǎn)軸線的相對(duì)位置，除兩者距離外，還需確定兩者方位［９］。為此，在對(duì)各個(gè)截面進(jìn)行回轉(zhuǎn)掃描時(shí)，預(yù)先固定一個(gè)起始方向，如圖３所示。由于傳感器采樣時(shí)間極短且測(cè)量值呈周期變化，波峰出現(xiàn)的時(shí)間可以轉(zhuǎn)化為波峰出現(xiàn)時(shí)激光束相對(duì)起始方向的角度θｐｅｅｋ。由圖３可知，當(dāng)波峰出現(xiàn)時(shí)，被測(cè)點(diǎn)、圓心、回轉(zhuǎn)軸線投影點(diǎn)三者共線，因而，θｐｅｅｋ即可表示圓心的方位：θｐｅｅｋ＝ｎｐｅｅｋＮ

５４，０３１２０３（２０１７）激光與光電子學(xué)進(jìn)展ｗｗｗ．ｏｐｔｉｃｓｊｏｕｒｎａｌ．ｎｅｔ式中ｎｐｅｅｋ表示單周期內(nèi)起始掃描點(diǎn)至最大測(cè)距點(diǎn)之間的掃描總點(diǎn)數(shù)，ＮＴ表示單周期內(nèi)掃描的總點(diǎn)數(shù)。３．２孔心定位模型直線度的量值一般為微米量級(jí)，而激光位移傳感器的誤差易受測(cè)距變化的影響，因此在測(cè)頭軸向平動(dòng)進(jìn)行直線度測(cè)量時(shí)，要求測(cè)距變化不應(yīng)過(guò)大。本方法在進(jìn)行首圓截面測(cè)量時(shí)，使回轉(zhuǎn)軸線和圓心重合，以減小傳感器誤差的干擾�；驹砣鐖D４所示，在機(jī)床Ｘ方向移動(dòng)測(cè)頭，ＯＯ１是一個(gè)由大變小再變大的過(guò)程，根據(jù)（５）式可知，測(cè)量峰谷值ｓ存在由大變小再變大的規(guī)律，其極小值對(duì)應(yīng)Ｐ點(diǎn)；沿Ｙ方向移動(dòng)測(cè)頭，觀測(cè)ｓ的變化，當(dāng)回轉(zhuǎn)軸線與孔心重合時(shí)，ｓ最小，理論上可以一次定心。圖４激光回轉(zhuǎn)定心模型Ｆｉｇ．４Ｍｏｄｅｌｆｏｒｃｅｎｔｅｒｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇｗｉｔｈｌａｓｅｒｒｏｔａｔｉｏｎ考慮到實(shí)際操作時(shí)機(jī)床平動(dòng)誤差和主軸回轉(zhuǎn)徑向誤差等多因素，有時(shí)需在Ｘ、Ｙ軸方向上多次交替移動(dòng)測(cè)頭，直至ｓ最小，使得Ｏ和Ｏ１重合。３．３圓孔直線度測(cè)量方法圓孔直線度的測(cè)量原理如圖５所示，其中ｓｅｃｔｉｏｎ１為初始掃描截面，ｓｅｃｔｉｏｎＮ（Ｎ＝２，３，…，ｎ）為其他任意掃描截面，設(shè)起始測(cè)量方向?yàn)楦┮晥D六點(diǎn)鐘方向。根據(jù)定義，圓孔直線度為各截面的圓心相對(duì)理想軸線的變動(dòng)量，若在軸線的中垂面上投影，可表示為所有圓心投影點(diǎn)的最小包容圓直徑［１０］。根據(jù)３．１節(jié)，可測(cè)得各截面圓心相對(duì)回轉(zhuǎn)軸線的極距和方位，進(jìn)而可繪制極坐標(biāo)圖，并轉(zhuǎn)成直角坐標(biāo)圖，快速構(gòu)建所有被測(cè)圓心的凸包［１１－１２
【作者單位】： 邵陽(yáng)學(xué)院多電源地區(qū)電網(wǎng)運(yùn)行與控制湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;天津大學(xué)精密測(cè)試技術(shù)及儀器國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;
【基金】：湖南省科技計(jì)劃(2016GK2021,2016TP1023)
【分類(lèi)號(hào)】：TG83

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本文編號(hào)：2547680