以无衍射光为基准的内孔同轴度测量仪

　　引言

　　直线度/同轴度测量是几何量计量领域里最基本的计量项目之一,因而历来受到各国学者的重视,并做了许多研究工作。

　　现有的直线度/同轴度测量方法有打表法、电感测量法、测微准直望远镜方法、双频激光干涉仪及其直线度附件测量直线度/同轴度的方法[1],单模光纤的尾纤结合半导体激光器激光基准测量法[2]。这些方法多数是接触测量,直线基准的精度也有一定的限制,且由于测量系统的结构特点不适于测量内孔的直线度/同轴度,还有机械附件倾斜时的偏心误差及其它误差,测量精度不易保证。

　　而现代机械生产中对工件的制造精度和装配精度的要求越来越高,研制相应的测量方法和仪器也成为迫切需要解决的问题。激光束经axicon可产生有限距离的无衍射光。沿着z轴方向传播的无衍射光决定了一条空间无衍射光束中心直线,因而,无衍射光的光轴可以用作直线度误差/同轴度误差测量的直线基准[3]。因此,下面将介绍以无衍射光为基准,与其它圆度测量技术相结合用于中小孔径同轴度的高精度测量方法。

　　1 孔的同轴度误差测量系统的原理

　　孔的同轴度误差的测量方式是沿z轴测量多个圆度的误差曲线的测量方式。

　　2 孔的同轴度误差数据处理

　　2.1 测量系统的坐标系图解

　　2.1.1 基于绝对坐标系的测量系统示意图(见图2)定义无衍射光的轴线On(0,0,z)为z轴,z轴向右为正;定义铅垂方向为y坐标,向上为正即为位移探测器的起始基准方向,x轴向内为正,定义垂直于旋转轴并包含位移探测器的平面与旋转轴的交点为旋转轴的理论旋转中心OLD(xOn,yOn,z),位移探测器的安装位置基准点O11(r11,θ11,z),位移探测器对基准方向y轴沿x^向的起始安装倾斜角Hx,位移探测器对基准方向y轴沿^z向的起始安装倾斜角θz。

　　测量系统的工作测量原理(见图1):首先,z向直线工作台驱动位移探测器至z=z0处,位移探测器测量孔半径的相对一个初值(y0)的测量值,同时CCD测得无衍射光束的截面图像。然后旋转轴带动位移探测器和CCD旋转,在此截面内来测量圆度和旋转轴上的点对无衍射光直线基准的偏移曲线。旋转轴带动位移探测器和CCD以θ逆时针转一周,每转4°,位移探测器测一个半径的相对值,同时,CCD测一个无衍射光束的截面图像。旋转编码器记录转角。

　　基于旋转坐标系,由系列的无衍射光束的截面图像的中心可以求得旋转轴的理论旋转中心和实际中心。用实际中心的测量曲线修正位移探测器的圆度误差曲线,则测量系统的圆度误差曲线的直线基准就是无衍射光束。进而可求得孔的相对半径值和基于无衍射光直线基准的圆心坐标。z向直线工作台驱动位移探测器至不同的z处,测量并求得所有孔的相对半径值和圆心坐标。最后求得孔的直线度/同轴度。