1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上深孔直線度測(cè)量方法概述郝永鵬1，2，于大國(guó)1，2（1.中北大學(xué),太原市 ；2.中北大學(xué)，太原市 ）摘 要：隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技創(chuàng)新的推進(jìn)，深孔加工技術(shù)應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，幾乎涉及到所有的機(jī)械制造業(yè)。其中深孔直線度誤差檢測(cè)一直是困擾深孔加工的一項(xiàng)世界性難題。本文將詳細(xì)介紹幾種深孔直線度誤差檢測(cè)方法。關(guān)鍵詞：深孔加工 制造 直線度 檢測(cè) The outlined of deep-hole straightness measurement methodHAO Yong-peng1，2, YU Da-guo1，2(1. North University of China,

2、Taiyuan ; 2.North University of China, Taiyuan)Abstract:With the development of national economy and promote technological innovation,deep-hole processing technology increasingly wide range of applications,which almost involving all of the machinery manufacturing industry.Where the deep-hole straigh

3、tness detection has been plagued deep processing of a world wide problem.This article details several deep-hole straightness detection method.key words: deep-hole processing manufacturing straightness detection 專心-專注-專業(yè)1. 前言 深孔直線度檢測(cè)是深孔類零件加工過(guò)程中的重要組成部分, 是對(duì)深孔零件進(jìn)行質(zhì)量控制和管理的重要手段。深孔直線度的測(cè)量有兩方面的要求: 一是精確性要求, 即

4、測(cè)量結(jié)果必須達(dá)到一定的可信程度；二是經(jīng)濟(jì)性要求，即在保證測(cè)量結(jié)果精確性的前提下, 應(yīng)使測(cè)量結(jié)果簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)1。中北大學(xué)深孔加工研究中心在直線度檢測(cè)方面做了大量工作并取得了長(zhǎng)足發(fā)展。20世紀(jì) 90 年代，中北大學(xué)王峻等人優(yōu)化設(shè)計(jì)排屑鉆頭，完善排屑容器，將SIED技術(shù)應(yīng)用到深孔加工領(lǐng)域，進(jìn)而提高了加工孔的直線度。此外，吳伏家、趙長(zhǎng)瑞等人針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)深孔零件走偏展開(kāi)研究，測(cè)量時(shí)工件靜止刀具旋轉(zhuǎn)進(jìn)給，探頭與鉆頭沿工件外作軸線運(yùn)動(dòng)，由超聲波測(cè)厚儀測(cè)量孔壁厚，再由壁厚變化可以計(jì)算得到深孔軸線直線度誤差，該檢測(cè)裝置包括硬件和計(jì)算機(jī)兩大部分。超聲波檢測(cè)方法是一種間接測(cè)量方法，檢測(cè)精度受孔壁外表面質(zhì)量的影響較大。目

5、前該項(xiàng)技術(shù)停留在研究階段，尚未得到推廣應(yīng)用。中北大學(xué)沈興全、于大國(guó)、龐俊忠等發(fā)明了基于激光制導(dǎo)的深孔鉆削檢測(cè)與糾偏系統(tǒng)，獲得了國(guó)家三項(xiàng)發(fā)明專利，該方案有待制造樣機(jī)和進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。沈興全采用外力方法對(duì)深孔加工過(guò)程中出現(xiàn)偏斜問(wèn)題進(jìn)行糾正，通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定恰當(dāng)?shù)奈恢茫瑸樯羁准庸さ募m偏做出突出貢獻(xiàn)。此外，馬清艷、王彪等人在前人的基礎(chǔ)上提出一種新的檢測(cè)方法，并設(shè)計(jì)了一套檢測(cè)裝置，該裝置主要由激光發(fā)射器、位置敏感探測(cè)器和自定心裝置組成2,3,4。2. 直線度檢測(cè)方法2.1量規(guī)檢驗(yàn)法 量規(guī)檢驗(yàn)法主要用于圓柱表面母線或軸線直線度的檢驗(yàn)。在批量生產(chǎn)中，當(dāng)圓柱體的長(zhǎng)度較小，且形位公差為相關(guān)公差時(shí)，可以用綜合量規(guī)進(jìn)行檢驗(yàn)。

6、通常，該方法先利用一個(gè)長(zhǎng)度較短的極限塞規(guī)測(cè)量合格后，再用直線度綜合塞規(guī)測(cè)量出塞規(guī)通過(guò)與否判斷孔軸線直線度合格與否7。其特點(diǎn)是：測(cè)量精度高，測(cè)量效率高，只能判斷合格與否，不能得出數(shù)據(jù)大小。缺點(diǎn)是同一尺寸有時(shí)需要幾個(gè)綜合塞規(guī)，以滿足1個(gè)公差段內(nèi)幾組尺寸的要求，適用于小孔測(cè)量。2.2超聲波測(cè)量法超聲波在同一種介質(zhì)中傳播時(shí)的聲速為一常數(shù)，當(dāng)遇到不同介質(zhì)的界面時(shí)有反射特性，利用這一特性對(duì)已加工孔的壁厚進(jìn)行測(cè)量，從而計(jì)算出孔軸線的直線度誤差。其優(yōu)點(diǎn)為：操作簡(jiǎn)單、實(shí)用性強(qiáng)。其測(cè)量精度主要與測(cè)厚儀顯示值的分辨率有關(guān)，同時(shí)要求零件的外圓有較好的己加工表面7。2.3光軸法該法是以測(cè)微準(zhǔn)值望遠(yuǎn)鏡或自準(zhǔn)值儀發(fā)出的光線

7、為測(cè)量基線(即理想值線)，測(cè)出被測(cè)直線相對(duì)于該理想直線的偏差量，再經(jīng)數(shù)據(jù)處理求出被測(cè)線的直線度誤差7。2.4校正望遠(yuǎn)鏡測(cè)量法 這種方法只能測(cè)量己加工好的大孔。其測(cè)量原理為：在各孔內(nèi)安放與孔大小相適應(yīng)的測(cè)標(biāo)，調(diào)整望遠(yuǎn)鏡位置使其光軸通過(guò)首位兩孔的測(cè)標(biāo)，建立測(cè)量基準(zhǔn)線，然后移動(dòng)各孔的測(cè)標(biāo)到相應(yīng)位置上，借助望遠(yuǎn)鏡瞄準(zhǔn)測(cè)量并測(cè)出各孔心的偏移量。校正望遠(yuǎn)鏡是利用一個(gè)軸相對(duì)稱的雙像棱鏡，是通過(guò)雙像棱鏡的光束形成兩個(gè)相互垂直的校準(zhǔn)平面，此兩平面的交線就是望遠(yuǎn)鏡的光軸。平行光透過(guò)扇形測(cè)標(biāo)進(jìn)入儀器，通過(guò)雙像棱鏡即可獲得兩個(gè)軸相對(duì)稱的雙像。如果測(cè)標(biāo)中心完全與光軸重合，雙像會(huì)靠攏形成一個(gè)完全對(duì)稱的圖像，稱之為“合縫”

8、，如果測(cè)標(biāo)中心與光軸稍有偏差，雙像就會(huì)分開(kāi)，圖像中間出現(xiàn)一道黑線或明亮的白線。調(diào)整測(cè)微儀使平行平晶偏轉(zhuǎn)，光線通過(guò)偏轉(zhuǎn)的平行平晶產(chǎn)生偏移，是雙像重新“合縫”。通過(guò)測(cè)微器的移動(dòng)，測(cè)出測(cè)標(biāo)中心對(duì)光軸基準(zhǔn)平面的位移量。這種方法的優(yōu)點(diǎn)為：(1)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，成本低廉，應(yīng)用范圍廣，不受孔徑限制；(2)瞄準(zhǔn)和讀數(shù)精度高；(3)由于各孔坐標(biāo)及測(cè)量誤差都是獨(dú)立的，校正望遠(yuǎn)鏡測(cè)量是對(duì)每個(gè)孔的測(cè)標(biāo)瞄準(zhǔn)讀數(shù)，從而避免了累計(jì)誤差5。2.5 準(zhǔn)直光管法準(zhǔn)直光管以“節(jié)距法”分段測(cè)量斜率變化，再通過(guò)數(shù)據(jù)處理求得實(shí)際表面的直線度誤差，最后按規(guī)定條件評(píng)定直線度誤差的數(shù)值。這種方法的特點(diǎn)是：測(cè)量精度高，可進(jìn)行數(shù)字化處理，提高

9、了測(cè)量效率和減少了人為誤差，可測(cè)較長(zhǎng)內(nèi)孔和不同孔徑的內(nèi)徑孔，但不適用于小孔徑測(cè)量5。2.6激光準(zhǔn)直法 該法是以激光光束的能量中心線為直線基準(zhǔn)，由光電位置敏感元件進(jìn)行測(cè)量。其測(cè)量原理為：由氦一氖激光器發(fā)出的一束激光經(jīng)準(zhǔn)直后射向目標(biāo)測(cè)量靶(可以在深孔中移動(dòng)的測(cè)量元件)，該靶中心有一塊圓形四象限硅光電池，兩兩相對(duì)的硅光電池接成差動(dòng)式。其中心與靶子的機(jī)械軸線重合。這樣，上下一對(duì)硅光電池，可以用來(lái)測(cè)量靶子相對(duì)于激光束在垂直方向上的偏移；左右一對(duì)硅光電池，可用來(lái)測(cè)量靶子相對(duì)于激光束在水平方向上的偏移。 當(dāng)光電接收靶中心與激光束能量中心重合時(shí)，相對(duì)的兩個(gè)光電池接收能量相同，因此輸出光電信號(hào)相等，無(wú)信號(hào)輸出，

10、指示電表指示為零。當(dāng)靶子中心偏移激光束能量中心時(shí)，相對(duì)的幾個(gè)光電池有差值信號(hào)輸出，通過(guò)運(yùn)算電路可用指示表指示出數(shù)值或用紀(jì)錄儀紀(jì)錄下曲線。因此，測(cè)量時(shí)首先將儀器與靶子調(diào)整好，然后將靶子沿被測(cè)表面測(cè)量方向移動(dòng)，便能得到深孔直線度誤差的原始數(shù)據(jù)6。該方法具有瞄準(zhǔn)方便、測(cè)量效率高、測(cè)量精度較高和容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)。由于激光的能量強(qiáng)，方向性和相干性好。因此，該方法可用于長(zhǎng)距離測(cè)量。但是該方法的準(zhǔn)直精度受激光光束本身特性的限制(如光束漂移、隨機(jī)抖動(dòng)等)，如要求高精度，則需選用高穩(wěn)定性的激光束。2.7激光干涉、衍射法 用激光干涉法測(cè)量直線度，使直線度測(cè)量水平得到了很大提高。測(cè)量元件離開(kāi)光路，再回到原來(lái)位置

11、時(shí)，儀器能恢復(fù)原來(lái)的顯示值。雙頻激光干涉儀。配上專用附件(渥拉斯頓棱鏡和尾端雙面反射鏡)，就可進(jìn)行直線度測(cè)量。雙頻激光測(cè)量裝置的共同特點(diǎn)是：(1)在以激光束為基準(zhǔn)直線的基礎(chǔ)上，采用干涉原理進(jìn)行讀數(shù)，提高了分辨率和精度。(2)該裝置的測(cè)量原理和光學(xué)系統(tǒng)不受激光束漂移的影響。(3)該裝置的各采樣點(diǎn)誤差值之間彼此不相關(guān)，測(cè)量誤差不累加。總的說(shuō)來(lái)，雙頻激光干涉儀精度高、使用方便、性能穩(wěn)定，受到用戶普遍歡迎。 激光衍射法測(cè)量直線度常用裝置是一光柵作為敏感元件，以雙面反射鏡組兩反射面夾角得平分線作為直線基準(zhǔn)。基本原理同雙頻激光干涉儀的測(cè)量原理，只是用長(zhǎng)光柵代替了渥拉斯頓棱鏡。激光技術(shù)的發(fā)展，使得我們可能采

12、取措施提高激光能量的穩(wěn)定性，克服激光光束本身的缺點(diǎn)如光束漂移、光束彎曲、隨機(jī)擾動(dòng)等，得到高穩(wěn)定性，任意截面光強(qiáng)分布穩(wěn)定的激光束，并以光電元件直接接收激光束能量中心的位置來(lái)做激光準(zhǔn)直法直線度測(cè)量。近年來(lái)，半導(dǎo)體激光器(LD)的出現(xiàn)，克服了雙頻激光器價(jià)格昂貴、需要穩(wěn)頻的缺點(diǎn)，再加上新興光電位置傳感器(PSD)、電荷耦合器件(CCD)、四象限光電池等傳感器性能的提高，使得一批新型激光準(zhǔn)直直線度測(cè)量?jī)x器漸漸被研制出來(lái)。它們分辨率較高，響應(yīng)速度快，大多可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)在線非接觸直線度測(cè)量2。2.8 基于圖像處理的激光反射法測(cè)量基于圖像處理的激光反射法。測(cè)量時(shí)，激光器發(fā)出的激光經(jīng)準(zhǔn)直后射向分光鏡，一部分反射后

13、射向測(cè)量元件，測(cè)量元件在齒輪齒條機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)下在孔管內(nèi)移動(dòng)，其步進(jìn)量由光柵測(cè)量。測(cè)量元件感知孔管實(shí)際軸線位置的變化，其上安裝一個(gè)反光鏡，激光經(jīng)過(guò)反射后透射過(guò)分光鏡到達(dá)光靶上，CCD攝像機(jī)即可攝得光靶上包含被測(cè)信息的圖像。再經(jīng)過(guò)圖像處理及數(shù)據(jù)處理后，得出對(duì)應(yīng)于每一個(gè)被測(cè)截面的圖像中激光光束的中心，按照角度積累的公式計(jì)算出空間直線度誤差8。此方法采用了光學(xué)反射放大的原理，其靈敏度比普通的激光準(zhǔn)直法大大提高。同時(shí)，此法突破了普通激光準(zhǔn)直法對(duì)被測(cè)對(duì)象孔徑的限制，可以測(cè)量很小的深孔。另外，基于圖像處理的方法使得測(cè)量過(guò)程自動(dòng)化程度大大提高，從而提高了測(cè)量速度。該方法具有靈敏度高、測(cè)量速度快，對(duì)被測(cè)對(duì)象尺寸要

14、求較低，適合在工廠內(nèi)使用等優(yōu)點(diǎn)。3. 小結(jié)本文首先介紹了中北大學(xué)深孔直線度研究方面的成果；然后對(duì)深孔直線度誤差的各種檢測(cè)方法進(jìn)行了詳盡的論述，并對(duì)每種方法的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比較分析。參考文獻(xiàn)：1 王竣.現(xiàn)代深孔加工技術(shù)M.哈爾濱:哈爾濱工業(yè)出版社,2005.2寧 磊,于大國(guó),孟曉華.基于PSD 深孔鉆削孔軸線在線檢測(cè)方案探討J.組合機(jī)床 與自動(dòng)化加工技術(shù),2013(12).3 何定健,李建勛,王勇.深孔加工關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展J.航空制造技術(shù),2008(21) :90-97.4 沈興全.深孔加工孔軸線的偏斜機(jī)理研究J.中北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2010, 46(4):31-34.5 解海葉.深孔加工中存在問(wèn)題的分析與處理J.同煤科技,2011(2) :4144.6 馬清艷,王彪,于大國(guó).深孔直線度檢測(cè)系