精密零件端面圆跳动的自动检测

　　随着机械加工自动化程度和精度要求的提高,对于机械零件产品的技术测量也提出了更高的要求。不仅要求测量的数据准确,而且要求较高的测量速度,这在生产自动线的设计中,往往是一个突出的问题[1]。在一些精密机械和测量仪器中,经常利用圆柱形零件的端面进行定位。因此零件的端面圆跳动误差除影响配合以外,还影响机器的装配精度和工作时的运动精度。以往测量端面圆跳动是人工用接触法测量,一方面由于存在测量力带来测量误差;另一方面测量效率不高,这问题在自动化生产线上的反映尤其突出。为了克服上述不足,研究了一种新型的在线测量方法和系统。

　　1　端面圆跳动误差信息的提取

　　1.1　端面圆跳动误差

　　端面圆跳动[2]误差是指在圆柱形零件端面给定直径的圆周上,被测端面的各点与垂直于基准轴心线的平面间最大与最小距离之差。如图1所示,当零件绕中心轴线旋转时,其被测端面在指定直径处沿轴向的跳动称为端面跳动。

　　1.2　误差信息的提取

　　当一束单色平行光垂直入射到矩孔上,矩孔平面上的复振幅分布为[3],如图2所示。

　　式中A为常数。

　　该单色光透过矩孔时产生衍射,经过焦距为f的透镜的傅里叶变换,在其后焦面上将得到矩孔面上复振幅的空间频谱。因此求两维函数E~(x1,y1)的傅里叶变换就得到xoy平面上的频谱函数为

　　式(1)中u=x/λf为x方向上的空间频率;v=y/λf为y方向上的空间频率;x与y为后焦面上的坐标;λ为入射单色光波的波长;f为透镜的焦距。

　　如果b>>a,则矩孔变成平行于x轴的狭缝。式(1)中的因子在y轴之外实际上为零。在y轴上时有所以式(1)变成

　　令Ab=c,则上式变为

　　即衍射光只沿y轴方向,也就是沿狭缝的宽度方向扩展。在y轴上的光强分布为

　　以Pva为横坐标,I(v)为纵坐标,可得光强分布曲线如图3所示。

　　在中心点o处有

　　由上式可知,ûcû2是系统结构参数和输入光强的函数。当系统结构和输入光强一定时,中心点的光强度则与狭缝宽的平方a2成正比。

　　根据以上分析,在生产线上零件的被测端面附近设置一测量刀口,两者就构成狭缝如图1所示。用单色平行光垂直照射狭缝,在狭缝后面放置一个傅里叶变换透镜,则在透镜的后焦面上就可得到狭缝的傅里叶频谱E~(v)和频谱强度I(v)如图3所示。测出中心部分的光强变化即可知a²的变化,从而可推知端面圆跳动误差。