關(guān)于一種高精度小孔圓度檢測(cè)方法研究

1、關(guān)于一種高精度小孔圓度檢測(cè)方法研究 【摘 要】隨著科技的不斷發(fā)展，微型零件的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，尤其在精密系統(tǒng)中，對(duì)微型零件的精確度要求越來(lái)越高，需要我們加強(qiáng)高精度小孔圓度檢測(cè)方法的研究。在零件的檢測(cè)中，圓度誤差及形狀直接關(guān)系著零件的精確度，為了確保微型零件的加工質(zhì)量，我們?cè)谖闹性敿?xì)介紹了一種高精度小孔圓度檢測(cè)方法。該檢測(cè)方法主要運(yùn)用了激光共焦測(cè)距的原理，降低了檢測(cè)誤差，進(jìn)一步提高了小孔表面圓度的檢測(cè)精度，以供參考。 【關(guān)鍵詞】高精度 小孔圓度檢測(cè) 檢測(cè)方法 研究分析 引言 目前，在小孔圓度檢測(cè)方法中，一些傳感器已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了非接觸性、較高精度的測(cè)量，例如光纖傳感器、激光位移傳感器等，有效提高了圓度檢

2、測(cè)的準(zhǔn)確度。但是，在檢測(cè)過(guò)程中，傳感器的運(yùn)行會(huì)造成一定的誤差，軸系旋轉(zhuǎn)也會(huì)存在誤差，許多的檢測(cè)方法完全考慮到這些誤差的存在，導(dǎo)致測(cè)量精度受到了一定的影響。而運(yùn)用激光共焦測(cè)距的原理研究的檢測(cè)方法，解決了這些誤差問題，有效提高了小孔圓度的測(cè)量精度。下面首先來(lái)介紹一下這種檢測(cè)裝置，然后再來(lái)進(jìn)一步探討該種圓度檢測(cè)方法。 1 高精度小孔圓度檢測(cè)系統(tǒng)的介紹 對(duì)于小孔圓度檢測(cè)的方法有許多種，為了提高檢測(cè)的精確度，我們可以采用誤差分離技術(shù)、視覺技術(shù)等。運(yùn)用視覺技術(shù)進(jìn)行圓度檢測(cè)，不僅能夠快速進(jìn)行測(cè)量，而且具備非接觸性，但是這種方法只能適用于小型工件，不適用于高精度小孔測(cè)量。在運(yùn)用誤差分離技術(shù)進(jìn)行小孔圓度測(cè)量時(shí)，

3、多點(diǎn)法、多步法的運(yùn)用較多，其中多點(diǎn)法又可以分為兩點(diǎn)法、三點(diǎn)法等，而多步法也可以分為兩步法、反向法等。而在小孔圓度測(cè)量過(guò)程中，根據(jù)激光共焦測(cè)距的原理研制出的誤差檢測(cè)系統(tǒng)，屬于高精度非接觸檢測(cè)手段，能夠準(zhǔn)確的進(jìn)行孔徑表面的檢測(cè)工作，下面我們來(lái)具體了解一下該系統(tǒng)的檢測(cè)原理、裝置結(jié)構(gòu)等。 1.1 傳感器的工作原理 在進(jìn)行小孔圓度測(cè)量時(shí)，我們要用到激光共焦位移傳感器，它的工作原理如圖1和圖2中所示。通過(guò)半導(dǎo)體激光器來(lái)發(fā)出光束，然后經(jīng)過(guò)物鏡到達(dá)目標(biāo)表面，并將光束聚焦在小孔，通過(guò)小孔到了受光元件中，然后根據(jù)光線位置來(lái)進(jìn)行測(cè)量計(jì)算。在圖1中，半導(dǎo)體激光沒有在目標(biāo)表面形成焦點(diǎn)時(shí)，只有一部分接收光進(jìn)入小孔，接收光

4、亮度非常低。 而在圖2中，半導(dǎo)體激光在目標(biāo)表面形成了焦點(diǎn)，這是接收光完全到達(dá)了小孔，接收光的亮度明顯高出很多。 1.2 檢測(cè)過(guò)程的介紹 在小孔圓度檢測(cè)過(guò)程中，需要我們用到激光共焦位移傳感器、旋轉(zhuǎn)軸系、消徑跳誤差系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等，檢測(cè)裝置如圖3所示。在檢測(cè)系統(tǒng)中，傳感器位于軸心位置，旋轉(zhuǎn)反射鏡能夠確保小孔圓度的全面掃描，系統(tǒng)中還運(yùn)用了精密軸系，在它的帶動(dòng)下，主光柵、反射鏡及主軸隨其轉(zhuǎn)動(dòng)。在進(jìn)行小孔圓度誤差檢測(cè)時(shí)，首先要將零件檢測(cè)表面固定好，將激光共焦位移傳感器牢穩(wěn)的固定在相關(guān)位置。然后運(yùn)用旋轉(zhuǎn)軸系、反射鏡進(jìn)行表面的檢測(cè)，還要做好相關(guān)數(shù)據(jù)的掃描，并且準(zhǔn)確的進(jìn)行圓度誤差值的計(jì)算。 2 高精度小孔

5、圓度的檢測(cè)計(jì)算方法 2.1 徑跳評(píng)價(jià)方法 在徑跳檢測(cè)方法中，包括接觸式和非接觸式兩種，都可以采用單向的檢測(cè)方式，而在進(jìn)行圓度誤差檢測(cè)時(shí)，單向檢測(cè)方式不能夠準(zhǔn)確的進(jìn)行圓周點(diǎn)測(cè)量。為此，我們?cè)谶M(jìn)行圓度檢測(cè)時(shí)，我們要明確軸系任意時(shí)刻的位置，降低傳感器運(yùn)行過(guò)程中對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確度的影響。在檢測(cè)過(guò)程中，一種徑跳評(píng)價(jià)方法能夠計(jì)算出徑向跳動(dòng)的誤差，它主要將主光柵作為基準(zhǔn)，且與指示光柵進(jìn)行同軸安裝，并將對(duì)徑放置到兩大接收系統(tǒng)中，做好兩光電信號(hào)的接收工作，運(yùn)用相位計(jì)，測(cè)量出信號(hào)間的差距。另外，我們可以通過(guò)徑向跳動(dòng)量與兩光電信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，從而計(jì)算出徑向跳動(dòng)精度。 2.2 數(shù)據(jù)處理方法 在密珠軸系的應(yīng)用過(guò)程中，要求精度值

6、十分高，而在測(cè)量時(shí)的點(diǎn)在極其微小的孔面上。在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)，我們要先設(shè)置基準(zhǔn)平面，將其定為傳感器最初的位置平面，用字母u來(lái)表示元件理想軸與旋轉(zhuǎn)軸心之間的距離，而對(duì)于理想位置軸向跳動(dòng)量我們用t表示，在反復(fù)的測(cè)量中，我們可以有效的提高檢測(cè)精度。例如，我們?cè)趯?duì)5mm圓度誤差進(jìn)行計(jì)算時(shí)，將元件表面固定，使反射鏡面與理想軸線處于平行位置，經(jīng)過(guò)多次測(cè)量，得出的誤差值為0.0036mm、0.0033mm、0.0034mm，圓度誤差十分微小。 2.3 消除誤差方法 在運(yùn)用檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行元件表面檢測(cè)時(shí)，將被檢測(cè)元件表面、傳感器固定在一定位置上，當(dāng)激光光束通過(guò)鏡面聚焦在面上時(shí)，通過(guò)旋轉(zhuǎn)反射鏡做到圓周點(diǎn)的全面測(cè)量，這

7、樣以來(lái)，就會(huì)降低傳感器運(yùn)行過(guò)程中造成的誤差。在進(jìn)行反射鏡選擇時(shí)，我們要選擇平面反射，這樣就不會(huì)產(chǎn)生一定象差。而在反射鏡的應(yīng)用過(guò)程中，原本復(fù)雜的徑跳誤差，被轉(zhuǎn)換為測(cè)量點(diǎn)軸向跳動(dòng)，巧妙的縮減了數(shù)據(jù)的處理步驟。 在計(jì)算過(guò)程中，我們可以設(shè)定平面a，如圖4所示，通過(guò)反射定律，我們能夠得出a面與反射面的垂直關(guān)系。一旦反射鏡面與a面平行時(shí)，檢測(cè)點(diǎn)一旦隨之移動(dòng)，就會(huì)影響數(shù)據(jù)測(cè)量的準(zhǔn)確度。只有當(dāng)a面與鏡面垂直時(shí)，光線無(wú)變化，才能確保測(cè)量精度。由此得知，反射鏡面與a面的關(guān)系非常重要，徑跳在其運(yùn)行方向中的分量需要重點(diǎn)考慮，一般我們需要將平行于a面的方向和垂直于a面的方向分開來(lái)表示，可以利用坐標(biāo)軸的計(jì)算方式，將徑跳運(yùn)

8、行方向中的分量運(yùn)用公式計(jì)算出來(lái)。 結(jié)語(yǔ) 隨著高精度測(cè)量系統(tǒng)的深入研究，大大提高了微型零件加工質(zhì)量，有效的降低了小孔圓度誤差。在檢測(cè)過(guò)程中，軸系徑跳誤差、傳感器運(yùn)行誤差等，都需要完全考慮到。我們?cè)诩す夤步刮灰苽鞲衅鞯幕A(chǔ)之上，通過(guò)相關(guān)誤差計(jì)算系統(tǒng)及旋轉(zhuǎn)反射鏡，將測(cè)量過(guò)程中的誤差降到最低，有效的提高了圓度檢測(cè)精度。該種檢測(cè)方法不僅采用了非接觸方式，而且降低了各種誤差，避免了傳感器運(yùn)行過(guò)程中對(duì)測(cè)量精度的影響，為小孔圓度測(cè)量提供了可靠的依據(jù)。 參考文獻(xiàn) 1蘇東風(fēng)，續(xù)志軍，劉波.提高光柵盤測(cè)角系統(tǒng)細(xì)分精度的方法研究j.長(zhǎng)春理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2011（03）. 2于萍，趙志巍.一種旋轉(zhuǎn)軸系徑向跳動(dòng)精度的