精密零件智能测试仪

　　1　检测原理

　　1.1　精密零件的端跳、径跳简介

　　由轴和平面轮装配而成的精密零件(如手表中的摆轮、航空仪表中的小齿轮),由于平面轮的不平度以及和轴装配时的不垂直度,当零件旋转时引起零件沿y轴的跳动称为端面跳动。由于椭圆度和装配时的不同心度引起x轴方向的窜动称径向跳动如图1所示。

　　1.2　狭缝的傅里叶变换及误差信息的提取

　　由衍射理论可知:宽度为a的单缝,经激光束垂直照射后将发生衍射,焦面上给出狭缝的振幅傅里叶变换(见图2)。

　　即:当透过狭缝的激光,经透镜傅里叶变换后,其谱振幅分布为:

　　这里只考虑狭缝在一个方向上的衍射效应,这是因为狭缝的长度b 宽度a。

　　式中:k=2π/λ——波数

　　λ——入射光波波长

　　f——变换透镜焦距

　　狭缝的复振幅分布

　　令x/f=m为传播方向的余弦。激光光束是高斯分布的准平行光,为简化起见,假定通过狭缝上的平行光是均匀分布的,即假定=A为一常量,则(1)式变为:

　　当入射光斑的大小为一定值时,c0是系统结构参量和输入光强的函数。当结构和输入光强为定值时,则中心点的谱强度与缝宽a2成正比。

　　为了提取端跳和径跳信息,我们在摆轮的端面和径向设置了两个互相垂直的狭缝(见图4)。用两束激光分别垂直入射到两个狭缝上,在狭缝的后面设置一个傅里叶变换透镜,这样在透镜的后焦面上就可得到狭缝的傅里叶谱E～(x)和I(x)。测出中心部分谱强度的变化,即可知端面和径向跳动量。

　　2　系统结构

　　图5是仪器框图,由图可知仪器由光路、气路、计算机、机械传动部分组成。其工作过程是计算机发出指令,首先吹转工件,使其按合适的速度旋转,进而自动采样数据以提取误差信息,经数据信息处理后,计算机对工件按正品、负品进行自动分类,并用硬拷贝列式打印测试结果。

　　3　测试结果及分析

　　对100个工件进行测试,按径跳、端跳小于等于2μm为正品,大于2μm为负品的标准自动分类;并用光学读显微镜验证,其分类精确度大于90%,满足有关单位要求。

　　参　考　文　献

　　1　Goodmen J W., Introduction to Fourier Op-tics, 1968

　　2　Pratt W K., Digital Image Processing, 1978

　　作者：冯功和　周茂华(华中理工大学激光技术国家实验室　武汉　430074)