[发明专利]非接触式回转体参数测量仪

说明书

非接触式回转体参数测量仪是一种用于在线非接触测量回转体件参数的光、机、电一体化系统，包括小型高分辨率激光三角测头，与高分辨率激光三角测头连接的底座支撑回转体件的测量头架与尾座，及带动工件的回转系统，对激光三角测头系统和精密机械系统进行实时控制的控制系统等。通过激光三角测头与底座、支撑回转体件的测量头架与尾座，及带动工件的回转系统等集成，采用自动控制技术，实现回转体工件的圆度、圆柱度、圆跳动、全跳动非接触检测。

本发明属于光电测量领域，是光、机、电一体化系统。非接触式回转体参数测量仪主要测量原理是利用半导体激光三角测头作为位移传感器，配以回转与平移执行机构，由ATMEGA128为系统的主控制器，通过控制系统与实时数据采集处理系统，实现回转体的多参数测量。附图说明：图1为非接触式回转体参数测量仪结构图；图2为斜射式激光三角法原理图；图3为激光测头光学系统的发射系统图，其中，(a)为发射系统结构图，(b)为发射系统MTF图，(c)为发射系统点列图；图4为激光测头光学系统的接收系统图，(a)为接收系统结构图(b)接收系统MTF图(c)接收系统点列图；图5非接触回转体参数测试仪三维图，其中：1、二维导轨 2、尾座 3、被测件 4、激光测头 5、头架。

图1为非接触式回转体参数测量仪结构图，由图1可知该测量仪包括以下几个部分：

(1)激光三角测头

激光三角测头包括半导体激光器、激光功率控制器、激光发射系统和激光接收系统、光电传感与光电变换电子学系统。测头光源发出一束光经发射光学系统照射到待测非连续回转面上，经被测物面位移信号调制的反射光在接收光学系统的光电接收器件上成像，光电接收器件将光信号转换为电信号，再经后续信号调理电路处理，变换后送入单片机计算结果。

(2)工作台及电机

工作台下装有导轨。工作台上具有测量头架及主轴回转传动系统、测量尾座及工件定位与装夹系统，用于实现工件装夹与定位，在电机的带动下，使主轴实现慢速回转，电机的启动、停止及转动速度由单片机构成的测控系统进行控制；工作台在导轨上沿水平方向移动，以完成对工件不同截面参数的测量。

(3)控制系统

控制系统包括伺服控制和同步控制，控制系统的功能有：对激光三角测头系统和工作台、电机进行实时控制，驱动回转机构带动测头与被测工件实现相对运动，实时控制激光器输出能量特性，维持激光器发光功率稳定。

(4)数据处理系统

数据处理系统的主要功能是采集测头输出的位置信号，对采样数据进行处理，计算得出检测结果，并由显示单元显示或打印机打印测量结果。

由于非接触式回转体参数测量仪测量的回转体的表面接近镜面，因此在该测量仪中选用斜射式激光三角法进行非接触式测量。如图2所示，光束与被测物体表面的法线的入射角为θ，反射光经过聚焦系统聚焦于光电探测器面上。入射光以一定角度斜射到被测物面，接收光学系统将接收到的漫反射光利用透镜汇聚成一个光斑，成像在位光敏元件的光敏面上，当被测物面发生上下移动(由M移到M′或M″)，光斑位置也会随之发生变化。因此，可以光斑像点的位置，得到激光测头移动的尺寸H。

本发明给出了激光测头光学系统结构，图3为激光测头光学系统的发射系统图，图4为激光测头光学系统的接收系统图。

图5为非接触式回转体参数测量仪三维图，其中：1、二维导轨 2、尾座 3、被测件4、激光测头 5、头架

非接触式回转体参数测量仪测量过程如下：

①圆度测量：工件通过顶尖孔装夹在5与2之间，把4发射的光束对准3的被测表面的最高母线处，观察测头的显示为零，通过控制系统，使工件回转一周，得到被测量的最大、最小差，最大差值之半作为单个截面的圆度误差。然后，4通过1沿轴线方向间断移动，重复上述步骤，测量5个截面，取其中最大的误差值作为零件的圆度误差。