深孔轴线直线度测量技术研究

　　引言

　　对于深孔的直线度测量,目前有效的方法还不多,其主要原因是长径比大,内部空间有限,使得许多测量方法不能实施。目前常用方法是用标准样柱作通过性检查,顺利通过者即认为合格,或者用光学弯曲度检查仪及光学星形测径仪直接测出内膛直线度的实际数据。这些方法工具落后,精度不高。因此有必要探索各种新方法。

　　1 测量方案设计

　　1.1 直线度测量原理

　　对远距离要达到10-6的精度,最方便的方法仍是利用激光测量。本系统利用激光本身的方向性,以激光束的能量中心作为直线基准,通过光电探测器来感受中心线相对于光线基准的变动量,由计算机进行数据处理并给出直线度偏差。

　　1.2 测量系统的总体设计

　　如图1所示,由激光束和光学准直系统构成的准直系统置于身管的一端(A端)探测器位于另一端,以刀杆作为动力的定位机构带动探测器移动,光电测头的信号经电缆输出。检测前,通过调整机构调节A端激光器的角度,使激光束经准直系统后射在探测器的中心,从而确定测量的直线基准(SLR),检测时,由主控机控制检测仪发出信号,控制探测器沿身管内壁向A端移动,光电测头提取直线度误差信息,携带直线度误差的信号经电缆线输出,进而由主控机进行数据处理并给出结果。

　　1.3 准直激光束的获得

　　由于采用了激光束作为测量基准,对激光束的光斑质量,光束方向稳定性有较高的要求,所以采用单模光纤消除激光管出射激光的漂移,采用数字滤波的方法来解决大气扰动问题。

　　结构设计如图2所示。工作过程为:He Ne激光器出射的激光经光纤耦合器进入单模光纤,光波在单模光纤中传导时,可激发出HE11模,使输出光波不受输入光波模式或位置的影响,从而有效地抑制了激光器引起的光束角漂或平漂的影响。这样入射激光的微小漂移只对光纤耦合效率有影响,略微影响出射单模激光的强度,而出射光的方向与空间能量相对分布不会改变。同时单模光纤将激光器与准直部分分隔为两部分,减小了激光管等作为热源对准直系统的影响。由于单模光纤的纤芯直径非常小,约为4~10um,故出射端相当于一点光源,经准直透镜组扩束准直后可产生质量非常好的平行光束。

　　2 信号处理单元设计

　　He Ne激光器发出的光经准直扩束后,由四象限光电探测器接收。系统结构框图如图3所示。

　　2.1 主控机系统

　　选用IBM PC机作主控机,利用其管理能力强、速度快、数据处理功能强、编程灵活、显示方便等特点,主要完成以下功能: