基於衍射光斑的微型迴轉元件圓度測量裝置製造方法
2023-04-30 04:27:01 2
基於衍射光斑的微型迴轉元件圓度測量裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基於衍射光斑的微型迴轉元件圓度測量裝置。具體包括氦氖雷射器、光纖分束器、光纖準直器、斬波器、楔形刀刃、透鏡、CCD成像探頭、待測微型迴轉元件、計算機；氦氖雷射器發出的氦氖雷射經過光纖分束器分束，分束後的氦氖雷射進入光纖準直器變成平行準直光束，平行準直光束經過斬波器調製後穿過楔形刀刃和待測微型迴轉元件形成的縫隙，經過縫隙的氦氖雷射形成衍射光通過透鏡成像為衍射光斑到CCD成像探頭，待測微型迴轉元件轉動過程中，CCD成像探頭將採集到的衍射光斑圖像傳到計算機，計算機根據衍射光斑計算待測微型迴轉元件的圓度。本實用新型提高了微型迴轉類元件的圓度測量的精度和速度，實現圓度的非接觸測量。
【專利說明】基於衍射光斑的微型迴轉元件圓度測量裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型屬於圓度檢測領域，尤其涉及一種基於衍射光斑的微型迴轉元件圓度測量裝置。
【背景技術】
[0002]微型迴轉類零件是精密光機電產品中最廣泛的一種零件，圓度誤差是高精度迴轉體零件的一項重要精度指標，圓度誤差的大小往往是產品質量的關鍵。由於微型迴轉類零件對象幾何尺度較小，零件體表面上細微的壓坑、劃痕經常以隨機的方式出現，簡單的圓度測量方法如標準環規法、V型塊法和兩點測量法等測量的相對誤差非常大。在實際的標準計量和精密檢測中常常使用圓度儀和三坐標測量機，它們是離線產品檢測中最理想、最有效的測量儀器。提高零件的圓度檢測精度能夠改善零件的互換性、配合精度、迴轉精度、磨擦性和使用壽命，減少誤收和報廢率，所以圓度誤差檢測技術的研究具有明顯的經濟價值。
[0003]微型迴轉類零件的幾何尺寸較小，呈現出與常規尺寸的迴轉類零件不同的誤差特點，因此任何相對較小的誤差來源都會產生較大的影響。微型迴轉類零件中圓度測量誤差來源的不確定性、隨機性和難以迴避的特點成為微型迴轉類零件處理的一個難點。在加工過程中刀具與工件間的作用力、材料的應力應變和操作不當等誤差來源都會增加圓度誤差。專利號為CN1056744A的「圓度的檢測方法及圓度儀」公布了一種採用降低轉動軸系的精度並輔助以高精度的標準圓樣件的方法實現圓度測量的誤差的分離消除和抑制。專利號為CN102175207A的「一種基於反向和多傳感器法結合的高精度圓度檢測方法」公布了一種採用兩個迴轉中心重合的圓盤來對測量工件進行測量，通過兩組圓盤上兩組大小相等方向相反的傳感器信號來分離主軸的迴轉誤差，然後測量出被測工件的圓度。專利號為CN101608893A的「滾針、小滾子圓度測量儀」公布了一種採用槓桿和彈簧的方法將圓形誤差信號加倍放大，然後進行圓度測量得到較高的精確的裝置和方法。現有的圓度測量的裝置和方法多數採用機械結構和傳感器探頭的方式測量圓度，因此測量結果容易受到機械振動、機械間隙等影響產生較大的測量誤差。
【發明內容】
[0004]本實用新型的目的是針對現有技術的不足，提出一種基於衍射光斑的微型迴轉元件圓度測量裝置，提高現有的微型迴轉類元件的圓度測量的精度和速度，實現圓度的非接觸測量。
[0005]本實用新型解決其技術問題所採用的技術方案如下:
[0006]基於衍射光斑的微型迴轉元件圓度測量裝置，包括氦氖雷射器、光纖分束器、光纖準直器、斬波器、楔形刀刃、透鏡、CCD成像探頭、待測微型迴轉元件、計算機；
[0007]氦氖雷射器發出的氦氖雷射經過光纖分束器分束，分束後的氦氖雷射通過光纖進入光纖準直器變成平行準直光束，平行準直光束經過斬波器調製，調製後的氦氖雷射經過楔形刀刃和待測微型迴轉元件形成的縫隙，經過縫隙的氦氖雷射形成衍射光通過透鏡成像為衍射光斑到CCD成像探頭，待測微型迴轉元件轉動的過程中，CCD成像探頭將採集到的衍射光斑圖像傳到計算機，計算機根據衍射光斑計算待測微型迴轉元件的圓度。
[0008]待測微型迴轉元件通過夾具固定放置於旋轉運動平臺上，旋轉運動平臺由運動平臺控制器控制運動的速度。
[0009]經過斬波器調製後的雷射經過楔形刀刃和待測微型迴轉元件形成的縫隙，設縫隙的寬度為山透鏡7和CXD成像探頭的距離為f，則縫隙的寬度d能通過公式(I)到:
[0010]d = Ι1Λ'^'Χ"(I)
Xn
[0011]其中，Xn為衍射光斑中第η級暗條紋中心距中央零級條紋中心的距離。
[0012]所述的氦氖雷射器發出的氦氖雷射經過光纖分束器分成四束，且分束後的每束氦氖雷射均通過光纖進入光纖準直器變成平行準直光束。
[0013]楔形刀刃對稱設置在待測微型迴轉元件上下左右四個方位，且楔形刀刃和待測微型迴轉元件的距離相同。
[0014]計算機根據衍射光斑計算待測微型迴轉元件的圓度，具體根據國家標準GB/Τ7235-2004規定，採用最小二乘圓法(LSC)、最小區域法(MZC)、最大內接圓法(MIC)或最小外接圓法(MCC)的方法計算圓度。
[0015]本實用新型有益效果如下:
[0016]第一，作為一種非接觸的圓度檢測裝置，基於衍射光斑的微型迴轉元件圓度測量裝置可以實現微型尺寸的迴轉元件的圓度測量，該裝置的測量結果靈敏度高，測量精度可以達到0.1 μ m。
[0017]第二，基於光學衍射方法的圓度測量方法具有非接觸的特點，可以避免測量過程中測頭應力所產生的形變所造成的誤差，消除傳統機械式測量方法中的接觸誤差，震動誤差，在強調精度和檢測速度的場合非常適用。
[0018]第三，通過斬波器的調節作用，通過相關信號分析的方法可以減小氦氖雷射器輸出光強的波動帶來的影響，提高衍射光斑的檢測精度。
[0019]第四，基於光學衍射的非接觸的檢測方式可以省略繁瑣的微型迴轉元件夾具，使得該檢測裝置可以適用於不同幾何尺寸的迴轉元件，尤其適合微型迴轉元件的測量。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1是本實用新型結構示意圖；
[0021]圖2是微型迴轉類元件的固定示意圖；
[0022]圖3是圓度計算的方法示意圖。
[0023]圖中，氦氖雷射器1、光纖分束器2、光纖準直器3、斬波器4、楔形刀刃5、(XD成像探頭6、透鏡7、計算機8、待測微型迴轉元件9、旋轉運動平臺10、夾具11、運動平臺控制器12。
【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖對本實用新型作進一步的詳細說明。
[0025]如圖1所示，基於衍射光斑的微型迴轉元件圓度測量裝置，包括氦氖雷射器1，光纖分束器2,光纖準直器3、斬波器4、楔形刀刃5、透鏡7、(XD成像探頭6、待測微型迴轉兀件9、計算機8。
[0026]氦氖雷射器I發出的氦氖雷射經過光纖分束器2分成四束，分束後的氦氖雷射通過光纖進入光纖準直器3變成平行準直光束，平行準直光束經過斬波器4調製，調製後的氦氖雷射經過楔形刀刃5和待測微型迴轉元件9形成的縫隙，經過縫隙的氦氖雷射形成衍射光通過透鏡7成像為衍射光斑到CXD成像探頭6，待測微型迴轉元件9轉動的過程中，CXD成像探頭6將採集到的衍射光斑圖像傳到計算機8，計算機8根據衍射光斑計算待測微型迴轉元件9的圓度。
[0027]如圖2所示，待測微型迴轉元件9通過夾具11固定放置於旋轉運動平臺10上，旋轉運動平臺10由運動平臺控制器12控制運動的速度，計算機8通過命令驅動運動平臺控制器12。
[0028]如圖3所示，經過斬波器4調製後的雷射經過楔形刀刃5和待測微型迴轉元件9形成的縫隙，設縫隙的寬度為d，透鏡7和CXD成像探頭6的距離為f，則縫隙的寬度d能通過公式⑴到:
Γ πnA.Jx1tt + f2 / 1..
[0029]d =——^~— (I)
xU
[0030]其中，Xn為衍射光斑中第η級暗條紋中心距中央零級條紋中心的距離。根據測量得到的縫隙寬度d，計算機採用根據國家標準GB/T7235-2004規定，採用最小二乘圓法(LSC)、最小區域法(MZC)、最大內接圓法(MIC)或最小外接圓法(MCC)的方法計算圓度。
【權利要求】
1.基於衍射光斑的微型迴轉元件圓度測量裝置，其特徵在於包括氦氖雷射器、光纖分束器、光纖準直器、斬波器、楔形刀刃、透鏡、CCD成像探頭、待測微型迴轉元件、計算機； 氦氖雷射器發出的氦氖雷射經過光纖分束器分束，分束後的氦氖雷射通過光纖進入光纖準直器變成平行準直光束，平行準直光束經過斬波器調製，調製後的氦氖雷射經過楔形刀刃和待測微型迴轉元件形成的縫隙，經過縫隙的氦氖雷射形成衍射光通過透鏡成像為衍射光斑到CCD成像探頭，待測微型迴轉元件轉動的過程中，CCD成像探頭將採集到的衍射光斑圖像傳到計算機，計算機根據衍射光斑計算待測微型迴轉元件的圓度。
2.如權利要求1所述基於衍射光斑的微型迴轉元件圓度測量裝置，其特徵在於待測微型迴轉元件通過夾具固定放置於旋轉運動平臺上，旋轉運動平臺由運動平臺控制器控制運動的速度。
3.如權利要求1所述基於衍射光斑的微型迴轉元件圓度測量裝置，其特徵在於氦氖雷射器發出的氦氖雷射經過光纖分束器分成四束，且分束後的每束氦氖雷射均通過光纖進入光纖準直器變成平行準直光束。
4.如權利要求1所述基於衍射光斑的微型迴轉元件圓度測量裝置，其特徵在於在楔形刀刃對稱設置在待測微型迴轉元件上下左右四個方位，且楔形刀刃和待測微型迴轉元件的距離相同。
【文檔編號】G01B11/24GK203981127SQ201420297182
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年6月5日 優先權日:2014年6月5日
【發明者】劉亦安, 章國穩, 呂琦, 毛曉靖 申請人:杭州電子科技大學