深孔直线度光电测量技术

《深孔直线度光电测量技术》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、2014年12月农业机械学报第45卷第12期doi:10．6041/j．issn．1000-1298．2014．12．052*深孔直线度光电测量技术1，21，21，21，21陈振亚沈兴全庞俊忠辛志杰郭婷婷(1．中北大学机械与动力工程学院，太原030051;2．山西省深孔加工工程技术研究中心，太原030051)摘要:基于光电原理，提出了一种利用输出电压的变化规律来准确测量深孔直线度的方法。分析了光电探测器发生平移运动和旋转运动时造成的实际孔心的变化规律。基于最小二乘原理，推导了深孔直线度与输出电压的关系，为深孔直线度光电测量提供了理论基础。利用光电测量原

2、理，设计了一种具有自定位功能、实时显示深孔直线度误差的光电测量装置，可实现深孔直线度的无损自动检测。关键词:深孔直线度光电测量最小二乘法中图分类号:TG526;TH741文献标识码:A文章编号:1000-1298(2014)12-0362-05积，如图1所示。测量时，由于存在直线度误差，光引言斑中心会在x和y方向上产生Δxi和Δyi的偏移深孔直线度是指被测实际孔心线与理想孔心线量，改变了4个象限上的光斑面积。不同的光斑面的变动量，理想孔心线的位置应符合最小条件，深孔积产生不同的电压信号，光斑中心偏移量正比于4［3］直线度的测量实质上是对任意方向空间直线

3、度的评个象限的入射光斑面积。［1］定。深孔直线度检测受制于内部空间的限制，难度很大，目前常用的深孔直线度测量方法有截距法、塞规法、全息法、臂杆法及基于散射场原理的电容传感器法等;空间直线度的评定方法有:简易算法、两端点连线法、最小包容四棱柱法和最小包容区域法等;以上测量或评定方法，不同程度的存在着精度不［2－3］高或者计算量大的缺点，不易于推广使用。使用激光准直仪法测量深孔不同截面圆的圆图1光电探测器工作原理图心，得到实际孔心线上测点的样本空间，通过拟合实Fig．1Photoelectricdetectorworkingprinciplediagram

4、际测点，得到理想孔心线空间直线方程，最后利用最光斑中心的偏移量可表示为小二乘原理评定深孔直线度，这种方法计算简单、便［4－5］ìSA+SD－(SB+SC)于应用。本文利用上述原理设计深孔直线度测Δxi=kx=ïSA+SB+SC+SD量设备。ïïVA+VD－(VB+VC)kx=kxExi(1)1光电探测器测量深孔直线度的原理ïïVA+VB+VC+VDíïSA+SB－(SC+SD)深孔直线度检测装置，主要由激光准直仪、光电Δyi=ky=ïSA+SB+SC+SD探测器和计算机3部分组成。激光准直仪发射的平ïïïkVA+VB－(VC+VD)=kE(2)行光，入

5、射到光电探测器形成光斑;不同光斑对应不yyyiîVA+VB+VC+VD同的光电信号;信号输出到计算机，经处理得到不同［6－8］。式中VA、VB、VC、VD———探测器各象限输出的信号的深孔直线度电压光电探测器是由4个性能、大小完全相同的光SA、SB、SC、SD———探测器各象限光斑面积电池对称分布组成，每个象限占据1/4光敏面板面收稿日期:2013-12-19修回日期:2014-01-29*国家自然科学基金资助项目(51175482)、山西省研究生优秀创新资助项目(20133099)和中北大学研究生科技基金资助项目(20131007)作者简介:陈振亚，

6、博士生，主要从事深孔加工技术研究，E-mail:czy1393518@163．com第12期陈振亚等:深孔直线度光电测量技术363222Exi、Eyi———探测器在x和y方向上输出的电(x－xi)+(y－yi)=r(4)势差信号光斑中心在光敏面板上的位移变化为［6］kx、ky———常量，通过标定得到xi=kExi{(5)2测量模型yi=kEyi2.1物理模型由于光电探测器位置的变化，光斑在光敏面板上会出现以下4种形态，见图2～5。上述情况可用两空间向量k与j的位置关系表示，见图6。在z轴上取单位向量k(0，0，1)为参照孔心线方向，在实际孔心线上任取一

7、点p(xi，yi，zi)，其单位方向向量为j(a，b，c)。图6空间直线度评定模型Fig．6Spatialstraightnessevaluationmodel③j与k相交，光斑中心坐标为(0，0，zi)，位置未发生变化，但是形状变为椭圆(图4)。假设椭圆长半轴、短半轴和平行圆光源的半径分别为m、n和图2初始光斑形态及位置Fig．2Shapeandlocationofinitialspotr，在光敏面板上的椭圆方程为22yx+=1(m＞n＞0)(6)22mn沿着坐标轴方向光斑的位移变化为xi=n－r=kxExi{(7)yi=m－r=kyEyi图3光敏面

8、板发生平移假设光斑绕x轴作旋转运动，椭圆的短半轴的Fig．3Photosensitivepan