第12章光電檢測技術的綜合應用

1、2022年4月8日星期五光電檢測技術及應用第12章 光電檢測技術的綜合應用任課教師：徐熙平目 錄12.1光電多功能二維自動檢測系統(tǒng)12.2曲臂光電綜合測量系統(tǒng)12.3激光掃描圓度誤差測量系統(tǒng)12.4飛輪齒圈總成圓跳動非接觸檢測12.5座圈尺寸光電非接觸測量系統(tǒng)12.6管道直線度光電檢測第1212章 光電檢測技術的綜合應用一、一、光電多功能二維自動檢測系統(tǒng)1、測量系統(tǒng)的總體結構 該儀器主要由激光掃描檢測系統(tǒng)、光柵位移檢測系統(tǒng)、閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)以及測量工作臺精密機械系統(tǒng)4大部分組成。 測量系統(tǒng)工作時，在計算機系統(tǒng)的控制下，閉環(huán)伺服系統(tǒng)控制執(zhí)行部件步進電動機帶動滾珠絲杠轉動，這樣就帶動了與其配合的測

2、量工作臺作直線運動。工作臺與光柵位移測量系統(tǒng)的讀數頭相連，其移動的軸向距離可由光柵位移檢測系統(tǒng)讀出，放置在工作臺上的被測工件的徑向尺寸可由激光掃描檢測系統(tǒng)測出，由此組成了二維光電測量系統(tǒng)。本系統(tǒng)配合相應的附件可完成回轉類工件多部位的尺寸與形位誤差的自動測量。第1212章 光電檢測技術的綜合應用一、一、光電多功能二維自動檢測系統(tǒng)2、同軸度誤差測量系統(tǒng)第1212章 光電檢測技術的綜合應用一、一、光電多功能二維自動檢測系統(tǒng) 同軸度誤差的測量方法刀口法測量同軸度誤差示意圖第1212章 光電檢測技術的綜合應用一、一、光電多功能二維自動檢測系統(tǒng)測量同軸度誤差的系統(tǒng)軟件框圖npo180 /n/LL p軸截面

3、數：正截面數：每次測量轉動的角度值：每次測量軸向移動量： 第1212章 光電檢測技術的綜合應用一、一、光電多功能二維自動檢測系統(tǒng)3、環(huán)距測量方法的研究 環(huán)距測量原理1iiDD1iiDD被測環(huán)槽狀零件結構圖環(huán)距測量示意圖第1212章 光電檢測技術的綜合應用一、一、光電多功能二維自動檢測系統(tǒng) 環(huán)槽狀零件測量部位的直徑D1和D2由激光掃描檢測系統(tǒng)完成，軸向位移送進量L由光柵位移檢測系統(tǒng)完成，經數據處理便可得到環(huán)距測量值。第1212章 光電檢測技術的綜合應用二、曲臂二、曲臂光電綜合測量系統(tǒng)曲臂零件及被測量參數示意圖第1212章 光電檢測技術的綜合應用二、曲臂二、曲臂光電綜合測量系統(tǒng)1、系統(tǒng)的組成與總體

4、布局 主體精密機械系統(tǒng) 模塊式激光檢測系統(tǒng) 光柵位移與轉角測量系統(tǒng) 伺服控制系統(tǒng) 基于虛擬儀器的計算機實時數據處理與控制系統(tǒng) 虛擬儀器軟件系統(tǒng)第1212章 光電檢測技術的綜合應用二、曲臂二、曲臂光電綜合測量系統(tǒng)曲臂光電綜合測量機總體布局圖第1212章 光電檢測技術的綜合應用二、曲臂二、曲臂光電綜合測量系統(tǒng)2、被測參數測量原理 直徑測量原理曲臂各軸頸部位直徑測量原理圖第1212章 光電檢測技術的綜合應用二、曲臂二、曲臂光電綜合測量系統(tǒng) 徑向圓跳動誤差測量原理 有模擬法、直接法、分析法三種方法，因為曲臂形狀比較復雜、體積大、重量大，只有采用分析法模擬出基準軸線，才能獲得高精度的測量結果。 分析法主

5、要利用最小二乘圓法來求出基準的空間位置。得出圓心坐標min)(21RRNii最小二乘圓示意圖O ab （ ， ）第1212章 光電檢測技術的綜合應用二、曲臂二、曲臂光電綜合測量系統(tǒng) d1 段外圓相對d2 段軸線基準的各點跳動量為：所求圓跳動量為：測量圓跳動示意圖22baearctanba)cos(112iiieRRmin12max1212RRt第1212章 光電檢測技術的綜合應用二、曲臂二、曲臂光電綜合測量系統(tǒng)圓跳動測量原理示意圖 首先通過標準樣件調整激光位移檢測系統(tǒng)，使其測量頭前端面與工件的垂向軸線平行，并根據測量半徑的大小調整測量系統(tǒng)與回轉中心的距離Hc，之后將工件的測量段放置在測量區(qū)內，

6、由激光位移檢測系統(tǒng)測量出hc。ccRHh第1212章 光電檢測技術的綜合應用二、曲臂二、曲臂光電綜合測量系統(tǒng)徑向圓跳動誤差測量流程框圖第1212章 光電檢測技術的綜合應用二、曲臂二、曲臂光電綜合測量系統(tǒng) 花鍵內徑定心圓柱面徑向跳動誤差測量原理 花鍵內徑定心圓柱面徑向圓跳動誤差測量原理示意圖第1212章 光電檢測技術的綜合應用二、曲臂二、曲臂光電綜合測量系統(tǒng) 平行度誤差測量原理 狹縫激光掃描平行度誤差檢測原理圖cc2DHh第1212章 光電檢測技術的綜合應用二、曲臂二、曲臂光電綜合測量系統(tǒng)平行度測量示意圖21H1tanFFFaaL21V1-tanFFFbbL21H1FFFbbL21V1FFFbb

7、LV4V3V2GGGbbLH4H3H2GGGbbLHHHGFVVVGFHHfLVVfL22HVfff總第1212章 光電檢測技術的綜合應用二、曲臂二、曲臂光電綜合測量系統(tǒng)平行度測量的原理流程圖第1212章 光電檢測技術的綜合應用二、曲臂二、曲臂光電綜合測量系統(tǒng)曲臂光電綜合測量機的實物圖第1212章 光電檢測技術的綜合應用三、激光掃描圓度誤差三、激光掃描圓度誤差測量系統(tǒng)1、圓度測量原理激光掃描狹縫原理圖iihHR1,2,3,imLminmaxRRR0( )ditihv tt2cos (1 cos ()2()cos()cos2 ()tvtfRtt 第1212章 光電檢測技術的綜合應用三、激光掃描圓

8、度誤差三、激光掃描圓度誤差測量系統(tǒng)測量系統(tǒng)總體結構圖第1212章 光電檢測技術的綜合應用三、激光掃描圓度誤差三、激光掃描圓度誤差測量系統(tǒng)2、工件安裝偏心誤差的檢測基于LabVIEW的數據采集與處理軟件框圖程序)sincos()sincos()sincos(2)(12110nbnanbnabaaRnknnnknn)sincos()sincos(2)(2110nbnabaaRnknn第1212章 光電檢測技術的綜合應用三、激光掃描圓度誤差三、激光掃描圓度誤差測量系統(tǒng)3、實驗結果與分析 利用上述系統(tǒng)，對一個標準件進行了實際測量(圓度誤差檢定值 0.0120mm) 。 其結果標準差 0.00021mm

9、； 重復性精度2 0.00042mm。 系統(tǒng)的測量誤差優(yōu)于1m。由于該系統(tǒng)的測量方法是一種非接觸式測量，不存在測量力的問題，工件安裝偏心和表面粗糙度對圓度測量的影響可通過計算機自動消除，所以影響系統(tǒng)測量精度的主要因素是主軸回轉精度和狹縫掃描的尺寸測量精度。0R第1212章 光電檢測技術的綜合應用四、飛輪齒圈總成圓跳四、飛輪齒圈總成圓跳動非接觸檢測系統(tǒng)動非接觸檢測系統(tǒng) 齒圈總成是汽車發(fā)動機傳動部分的一個關鍵部件，為了保證發(fā)動機的性能和傳動精度，對它的三個部位圓跳動誤差，即齒圈端面、外圈徑向和磨合面(端面) 跳動，必須進行高速、高精度百分之百檢測。 目前國內對該類圓跳動的檢測通常用三坐標測量機或千

10、分表等進行接觸式測量。 本節(jié)提出一種采用三個半導體激光測頭，可同時自動非接觸測量飛輪齒圈總成三個部位圓跳動誤差的方法和測量系統(tǒng)。1、測量系統(tǒng)原理第1212章 光電檢測技術的綜合應用四、飛輪齒圈總成圓跳四、飛輪齒圈總成圓跳動非接觸檢測系統(tǒng)動非接觸檢測系統(tǒng)測量系統(tǒng)結構圖第1212章 光電檢測技術的綜合應用四、飛輪齒圈總成圓跳四、飛輪齒圈總成圓跳動非接觸檢測系統(tǒng)動非接觸檢測系統(tǒng)精密回轉軸系第1212章 光電檢測技術的綜合應用四、飛輪齒圈總成圓跳四、飛輪齒圈總成圓跳動非接觸檢測系統(tǒng)動非接觸檢測系統(tǒng)2、實驗結果和分析 系統(tǒng)的測量誤差主要由三個測頭的測量誤差、精密機械系統(tǒng)回轉軸線的中心定位精度和方向精度以

11、及測頭與被測件的測量線產生平移或與測量面不垂直產生的測量誤差等因素引起的。 三部位跳動公差的設計要求為齒圈端面跳動小于等于0.7mm、外圈徑向跳動小于等于0.2mm、磨合面端面跳動小于等于0.05mm，而要求測量系統(tǒng)的測量誤差小于或等于相應公差值的1/5，即測量誤差應分別小于或等于0.14mm、0.04mm和0.01mm。該測量系統(tǒng)可滿足測量精度要求。第1212章 光電檢測技術的綜合應用五、座圈尺寸光電非接五、座圈尺寸光電非接觸測量系統(tǒng)觸測量系統(tǒng)1、總體結構與工作原理 基于激光位移檢測原理與現代光電傳感技術，提出了一種用于大型回轉體類零件座圈的直徑與圓度誤差非接觸在線測量方法和測量系統(tǒng)，可以實

12、現外徑大于 800mm工件尺寸的測量。 系統(tǒng)由激光位移檢測系統(tǒng)、測量支架、平移機構及工業(yè)控制計算機等部分組成。由激光位移檢測系統(tǒng)對座圈某一截面圓周上三個點相對于零點的位移值的測量，將測量結果通過系統(tǒng)主控制器送入計算機進行數據處理，通過數學模型得出座圈徑向尺寸。第1212章 光電檢測技術的綜合應用五、座圈尺寸光電非接五、座圈尺寸光電非接觸測量系統(tǒng)觸測量系統(tǒng)座圈尺寸光電非接觸測量系統(tǒng)總體結構圖第1212章 光電檢測技術的綜合應用五、座圈尺寸光電非接五、座圈尺寸光電非接觸測量系統(tǒng)觸測量系統(tǒng)直徑測量原理222222)(422cbabaabcRDaAB bBC cAC minmaxRR2、直徑測量原理第

13、1212章 光電檢測技術的綜合應用五、座圈尺寸光電非接五、座圈尺寸光電非接觸測量系統(tǒng)觸測量系統(tǒng)數據處理程序流程圖3、數據處理系統(tǒng)設計系統(tǒng)測量誤差優(yōu)于0.02mm；重復性精度優(yōu)于0.01mm。誤差來源： 測量誤差； 相鄰測量系統(tǒng)光軸不平行引起誤差； 基準平面與測量系統(tǒng)光軸不垂直引起的誤差。第1212章 光電檢測技術的綜合應用六、管道直線度六、管道直線度光電檢測系統(tǒng)光電檢測系統(tǒng)管道直線度檢測系統(tǒng)的結構圖1、直線度光電檢測的結構與工作原理 系統(tǒng)主要由激光器1、調整機構2、定位機構3、光學準直系統(tǒng)4、光電靶5、炮膛爬行器6、電纜線7和計算機等組成。光電靶的中心是四象限硅光電池，光電靶的定心機構同管道身管內壁為滑配合。第1212章 光電檢測技術的綜合應用六、管道直線度六、管道直線度光電檢測系統(tǒng)光電檢測系統(tǒng)激光準直系統(tǒng)及定位機構2、檢測系統(tǒng)的組成 激光準直系統(tǒng) 1定位螺釘 2外定位環(huán)3內定位環(huán) 4光學準直系統(tǒng) 5激光器殼體6激光器 7定位螺釘第1212章 光電檢測技術的綜合應用六、管道直線度六、管道直線度光電檢測系統(tǒng)光電檢測系統(tǒng) 光電靶 光電靶定位機構 四象限光探測器2