大型圆柱件圆柱度误差测量方法研究

2013-09-18郑宇徐东明张晖

长春理工大学学报（自然科学版） 2013年6期

郑宇，徐东明，张晖

（长春理工大学光电工程学院，长春 130022）

机械零件的几何要素的形状精度在很大程度上影响零件质量及产品性能，特别是在高速、高压、高温、重载等条件下工作的设备，圆柱度误差对其影响更大。因此，精确、快捷检测大型圆柱件的圆柱度误差具有重要意义。

目前圆柱误差的检测方法较多［1，2］，但对大型圆柱工件的检测还是有待解决的难题。圆柱度仪是使用较早的检测仪器，其测量精度较高，但不能用来检测大型圆柱体工件；采用分度头、三坐标测量仪也可以实现回转类零件圆柱度误差的测量，但被测量零件的尺寸同样受到限制。随着科学技术的发展，出现了许多新的测量方法，如计算机视觉技术检测方法，激光扫描检测法、激光衍射法等［3-9］。上述方法都是基于直接测量被测圆柱工件的半径变化量，对于大型圆柱尺寸的圆柱度误差检测却无能为力。当前圆柱度误差测量发展趋势，其一是提高圆柱度误差的测量精度，实现纳米级圆柱度误差测量，满足高精度检测的需求；其二是大型圆柱工件圆柱度误差的测量；其三是开发、研究微尺寸圆柱工件圆柱度误差的测量。本论文提出一种大型圆柱工件圆柱度误差测量的新方法，该测量方法打破了传统的直接测量圆柱工件半径变量的方法，而是采用研制直角激光扫描测头，测量被测大型圆柱工件内接三角形的变化量，间接测量大型圆柱工件半径变化量。该方法适用于大型（或直径为几米的特大型）圆柱工件圆柱度误差，同时能满足非接触在线检测。

1 测量原理

1.1 内接三角形测量原理

如图1所示为内接三角形测量原理图。图中三个激光扫描测头1、2、3的坐标位置值x1、x2、x3、x4分别由两个光栅尺给出；当激光扫描测头照射到被测大型圆柱工件上的测点A、B、C时，激光测头分别测得y1、y2、y3值，从而可测得大型圆柱工件内接三解形ΔABC的三个边的尺寸a、b、c的值。

由测得的大型圆柱工件内接三角形三个边a、b、c的值，可得到大型圆柱工件该测点的半径。

当安装在V型支承上的直角扫描测头沿被测大型圆柱工件同一截面连续转动时，可连续测得该截面的大型圆柱件半径变化量。

图1 内接三角形测量原理图

1.2 采样方法

在对大型圆柱工件进行测量时，直角激光扫描测头沿被测大型圆柱工件表面运动，将该表面各部位的半径变化量反映出来。但直角激光扫描测头不可能测遍整个实际被测大型圆柱工件表面，因此，需要给出一种在被测大型圆柱表采样的方法。目前，测量圆柱度误差采样方法有：将被测圆柱面选若干等距横截面进行测量；从被测圆柱面一端开始，沿螺旋线进行测量；沿两个相对180ο的两条螺旋线进行测量。