調整雷射位移傳感器的出射雷射束通過迴轉中心的方法與流程
2023-04-25 09:51:27 3
本發明屬於測量技術領域，涉及一種調整雷射位移傳感器的出射雷射束通過迴轉中心的方法。
背景技術：
在航空、航天、核能和船舶等領域中，大型內孔特徵的半徑和輪廓參數是基本的測量任務之一，例如航空發動機的機匣內壁、大型齒輪的軸孔和船體管道的截面等，其尺寸範圍通常為φ500～1000mm，而精度要求則為0.01～0.1mm。由於此類工件的內徑尺寸精度是保證大型裝備製造質量的一個重要因素，因而實現對這些大尺寸內徑的尺寸參數的精確測量，具有很大的現實意義和應用價值。長期以來，在我國大型裝備的製造過程中，對於大型軸孔零件內徑的測量問題，通常採用弓高弦長法、內徑千分尺和基線尺等進行測量，不僅操作不便、精度難以保證，而且人為因素影響較大。
隨著測量技術的發展和進步，出現了許多大尺寸內徑的測量方法。由於被測尺寸範圍大而測量精度要求高，現有的測距傳感器很難同時滿足測量範圍和精度的要求。因此，測量大尺寸內徑一般採用相對測量法來實現，即將雷射位移傳感器安裝在高精度的測量臂上，通過測量臂的整周迴轉帶動雷射位移傳感器完成整個圓形截面的掃描測量。測量臂預先通過標定得到其真實長度l0，當測量臂的旋轉角度為θ時，雷射位移傳感器測量的被測表面與傳感器之間的距離為δ(θ)，這樣就可得到被測點處的半徑r(θ)＝l0+δ(θ)，此方法即為相對測量法。此過程中的關鍵環節就是雷射位移傳感器的出射雷射束的調整問題，將雷射位移傳感器安裝在測量臂上後，其出射雷射束與測量臂的迴轉軸線處於空間交錯的狀態，此時不能直接通過l0與δ(θ)的相加來獲得r(θ)。而要實現被測點處的半徑值r(θ)＝l0+δ(θ)的目標，就需要將雷射位移傳感器的出射雷射束調整到與測量臂的迴轉軸線垂直相交的狀態。目前，針對此問題還沒有較為成熟和有效的方法，只能通過裝配和觀察近似予以保證，這就導致了大尺寸內徑測量系統的測量精度不高。因此，本發明所提供的一種調整雷射位移傳感器的出射雷射束通過迴轉中心的方法，可以將雷射位移傳感器的出射雷射束調整到與迴轉軸線垂直相交的位置，從而有助於提高大尺寸內徑測量系統的測量精度，具有一定的實用價值。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種調整雷射位移傳感器的出射雷射束通過迴轉中心的方法。其目的是解決雷射位移傳感器的出射雷射束通過迴轉中心的調整難題，提高裝置的測量精度，從而實現大尺寸內孔半徑和輪廓參數的精確測量。
本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：
該調整雷射位移傳感器的出射雷射束通過迴轉中心的方法所依託的測量裝置包括雷射位移傳感器(1)、一維平移臺(3)、傳感器連接件(4)、迴轉臺(5)和測量臂(6)；迴轉臺(5)能夠繞自身的迴轉軸線(7)進行360°整周迴轉，測量臂(6)的一端通過軸孔套裝在迴轉臺(5)的輸出軸上，另一端通過安裝板固定一維平移臺(3)，並且使一維平移臺(3)的一維工作檯面(8)的運動方向與測量臂(6)的長度方向垂直；將傳感器連接件(4)通過螺栓固定在一維平移臺(3)的一維工作檯面(8)上，將雷射位移傳感器(1)通過螺栓安裝在傳感器連接件(4)上，並調整雷射位移傳感器(1)的空間方位，使其出射雷射束(2)的方向與測量臂(6)的長度方向平行。
本發明的特徵在於，該方法的步驟如下：
步驟一、將測量裝置固定在二維位移臺(12)上，二維位移臺(12)能夠產生兩個垂直方向上的直線運動；在開始調整前，將測量臂(6)所處的位置記為a，並將位置a處的迴轉臺(5)中編碼器的輸出角度記為0°；然後將一個圓環(11)套裝在二維位移臺(12)和測量裝置的外圍，調整圓環(11)的幾何軸線與迴轉臺(5)的迴轉軸線(7)平行；以圓環(11)的幾何中心為坐標原點建立平面直角坐標系，其x軸和y軸的方向分別與二維位移臺(12)的兩個垂直運動方向平行；
步驟二、啟動雷射位移傳感器(1)，使其出射雷射束(2)投射在圓環(11)的內圓柱面上，將此時的雷射位移傳感器(1)的輸出記為l1；然後控制迴轉臺(5)帶動測量臂(6)旋轉到180°的位置b處，將此時的雷射位移傳感器(1)的輸出記為l2；計算δy＝l1-l2的值，如果δy>0，則l1>l2，控制二維位移臺(12)向y軸正方向移動(l1-l2)/2；如果δy<0，則l10，則l3>l4，控制二維位移臺(12)向x軸負方向移動(l3-l4)/2；如果δx<0，則l30，說明l1>l2，則控制二維位移臺12向y軸正方向移動(l1-l2)/2；如果δy<0，說明l10，說明l3>l4，則控制二維位移臺12向x軸負方向移動(l3-l4)/2；如果δx<0，說明l3<l4，則控制二維位移臺12向x軸正方向移動(l4-l3)/2；重複此步驟的上述操作，直到δx值接近於雷射位移傳感器1的標稱精度值，此時可以認為l3與l4的值相等，將此時的狀態定義為伺服迴轉臺5的迴轉中心位於y軸上；
步驟四、經過上述步驟二和步驟三，伺服迴轉臺5的迴轉軸線7與圓環11的幾何軸線重合，旋轉手動的一維平移臺3的調節手柄10，使雷射位移傳感器1沿著垂直於其雷射束2的方向運動，同時記錄雷射位移傳感器1的輸出，當該輸出達到最大值時，停止旋轉一維平移臺3的調節手柄10並擰緊鎖緊螺釘9，則此時雷射位移傳感器1的出射雷射束2通過迴轉臺5的迴轉中心；
當雷射位移傳感器1的出射雷射束2逐漸接近伺服迴轉臺5的迴轉中心時，雷射位移傳感器1的輸出將會逐漸變大；當雷射位移傳感器1的輸出第一次達到最大值時，則反向旋轉一維平移臺3的調節手柄10並比較雷射位移傳感器1的輸出，進行反覆移動和比較，直到相鄰被測點處的雷射位移傳感器1輸出無突變時，則停止旋轉調節手柄10，並擰緊鎖緊螺釘9進行鎖緊進和防松，此時雷射位移傳感器1的出射雷射束2正好通過伺服迴轉臺5的迴轉中心，從而實現了調整雷射位移傳感器1的出射雷射束2通過迴轉中心的方法。
所述圓環11的材質為t10或者gcr15，經過熱處理、滲碳等工藝，表面硬度為hrc58～63，其內圓柱面經過精密研磨處理，直徑精度在±0.01mm以內，圓柱度小於0.01mm。