光电检测技术及应用 教学课件 ppt 作者 徐熙平 第12章 光电检测技术的综合应用

1、2019年5月26日星期日,光电检测技术及应用,第12章 光电检测技术的综合应用,任课教师：徐熙平,目 录,12.1光电多功能二维自动检测系统 12.2曲臂光电综合测量系统 12.3激光扫描圆度误差测量系统 12.4飞轮齿圈总成圆跳动非接触检测 12.5座圈尺寸光电非接触测量系统 12.6管道直线度光电检测,第12章 光电检测技术的综合应用,一、光电多功能 二维自动检测系统,1、测量系统的总体结构,该仪器主要由激光扫描检测系统、光栅位移检测系统、闭环伺服控制系统以及测量工作台精密机械系统4大部分组成。,测量系统工作时，在计算机系统的控制下，闭环伺服系统控制执行部件步进电动机带动滚珠丝杠转动，这样就带动了与其配合的测量工作台作直线运动。工作台与光栅位移测量系统的读数头相连，其移动的轴向距离可由光栅位移检测系统读出，放置在工作台上的被测工件的径向尺寸可由激光扫描检测系统测出，由此组成了二维光电测量系统。本系统配合相应的附件可完成回转类工件多部位的尺寸与形位误差的自动测量。,第12章 光电检测技术的综合应用,一、光电多功能 二维自动检测系统,2 、 同 轴 度 误 差 测 量 系 统,第12

2、章 光电检测技术的综合应用,一、光电多功能 二维自动检测系统,同轴度误差的测量方法,刀口法测量同轴度误差示意图,第12章 光电检测技术的综合应用,一、光电多功能 二维自动检测系统,测 量 同 轴 度 误 差 的 系 统 软 件 框 图,轴截面数： 正截面数： 每次测量转动的角度值： 每次测量轴向移动量：,第12章 光电检测技术的综合应用,一、光电多功能 二维自动检测系统,3、环距测量方法的研究 环距测量原理,被测环槽状零件结构图,环距测量示意图,第12章 光电检测技术的综合应用,一、光电多功能 二维自动检测系统,环槽状零件测量部位的直径D1和D2由激光扫描检测系统完成，轴向位移送进量L由光栅位移检测系统完成，经数据处理便可得到环距测量值。,第12章 光电检测技术的综合应用,二、曲臂光电综合 测量系统,曲臂零件及被测量参数示意图,第12章 光电检测技术的综合应用,二、曲臂光电综合 测量系统,1、系统的组成与总体布局,主体精密机械系统 模块式激光检测系统 光栅位移与转角测量系统 伺服控制系统 基于虚拟仪器的计算机实时数据处理与控制系统 虚拟仪器软件系统,第12章 光电检测技术的综合应用,二

3、、曲臂光电综合 测量系统,曲臂光电综合测量机总体布局图,第12章 光电检测技术的综合应用,二、曲臂光电综合 测量系统,2、被测参数测量原理 直径测量原理,曲 臂 各 轴 颈 部 位 直 径 测 量 原 理 图,第12章 光电检测技术的综合应用,二、曲臂光电综合 测量系统,径向圆跳动误差测量原理 有模拟法、直接法、分析法三种方法，因为曲臂形状比较复杂、体积大、重量大，只有采用分析法模拟出基准轴线，才能获得高精度的测量结果。,分析法主要利用最小二乘圆法来求出基准的空间位置。 得出圆心坐标,最小二乘圆示意图,第12章 光电检测技术的综合应用,二、曲臂光电综合 测量系统,d1 段外圆相对d2 段轴线基准的各点跳动量为： 所求圆跳动量为：,测量圆跳动示意图,第12章 光电检测技术的综合应用,二、曲臂光电综合 测量系统,圆跳动测量原理示意图,首先通过标准样件调整激光位移检测系统，使其测量头前端面与工件的垂向轴线平行，并根据测量半径的大小调整测量系统与回转中心的距离Hc，之后将工件的测量段放置在测量区内，由激光位移检测系统测量出hc。,第12章 光电检测技术的综合应用,二、曲臂光电综合 测量系统,径

4、向圆跳动误差测量流程框图,第12章 光电检测技术的综合应用,二、曲臂光电综合 测量系统,花键内径定心圆柱面径向跳动误差测量原理,花键内径定心圆柱面径向圆跳动误差测量原理示意图,第12章 光电检测技术的综合应用,二、曲臂光电综合 测量系统,平行度误差测量原理,狭 缝 激 光 扫 描 平 行度误差检测原理图,第12章 光电检测技术的综合应用,二、曲臂光电综合 测量系统,平行度测量示意图,第12章 光电检测技术的综合应用,二、曲臂光电综合 测量系统,平行度测量的原理流程图,第12章 光电检测技术的综合应用,二、曲臂光电综合 测量系统,曲臂光电综合测量机的实物图,第12章 光电检测技术的综合应用,三、激光扫描圆度误差 测量系统,1、圆度测量原理,激光扫描狭缝原理图,第12章 光电检测技术的综合应用,三、激光扫描圆度误差 测量系统,测量系统总体结构图,第12章 光电检测技术的综合应用,三、激光扫描圆度误差 测量系统,2、工件安装偏心误差的检测,基于LabVIEW的数据采集与处理软件框图程序,第12章 光电检测技术的综合应用,三、激光扫描圆度误差 测量系统,3、实验结果与分析 利用上述系统，对一个

5、标准件进行了实际测量(圆度误差检定值 0.0120mm) 。 其结果标准差 0.00021mm； 重复性精度2 0.00042mm。 系统的测量误差优于1m。由于该系统的测量方法是一种非接触式测量，不存在测量力的问题，工件安装偏心和表面粗糙度对圆度测量的影响可通过计算机自动消除，所以影响系统测量精度的主要因素是主轴回转精度和狭缝扫描的尺寸测量精度。,第12章 光电检测技术的综合应用,四、飞轮齿圈总成圆跳动非接触检测系统,齿圈总成是汽车发动机传动部分的一个关键部件，为了保证发动机的性能和传动精度，对它的三个部位圆跳动误差，即齿圈端面、外圈径向和磨合面(端面) 跳动，必须进行高速、高精度百分之百检测。 目前国内对该类圆跳动的检测通常用三坐标测量机或千分表等进行接触式测量。 本节提出一种采用三个半导体激光测头，可同时自动非接触测量飞轮齿圈总成三个部位圆跳动误差的方法和测量系统。,1、测量系统原理,第12章 光电检测技术的综合应用,四、飞轮齿圈总成圆跳动非接触检测系统,测量系统结构图,第12章 光电检测技术的综合应用,四、飞轮齿圈总成圆跳动非接触检测系统,精密回转轴系,第12章 光电检测技术的

6、综合应用,四、飞轮齿圈总成圆跳动非接触检测系统,2、实验结果和分析 系统的测量误差主要由三个测头的测量误差、精密机械系统回转轴线的中心定位精度和方向精度以及测头与被测件的测量线产生平移或与测量面不垂直产生的测量误差等因素引起的。 三部位跳动公差的设计要求为齿圈端面跳动小于等于0.7mm、外圈径向跳动小于等于0.2mm、磨合面端面跳动小于等于0.05mm，而要求测量系统的测量误差小于或等于相应公差值的1/5，即测量误差应分别小于或等于0.14mm、0.04mm和0.01mm。该测量系统可满足测量精度要求。,第12章 光电检测技术的综合应用,五、座圈尺寸光电非接触测量系统,1、总体结构与工作原理 基于激光位移检测原理与现代光电传感技术，提出了一种用于大型回转体类零件座圈的直径与圆度误差非接触在线测量方法和测量系统，可以实现外径大于 800mm工件尺寸的测量。 系统由激光位移检测系统、测量支架、平移机构及工业控制计算机等部分组成。由激光位移检测系统对座圈某一截面圆周上三个点相对于零点的位移值的测量，将测量结果通过系统主控制器送入计算机进行数据处理，通过数学模型得出座圈径向尺寸。,第12章 光

7、电检测技术的综合应用,五、座圈尺寸光电非接触测量系统,座圈尺寸光电非接触测量系统总体结构图,第12章 光电检测技术的综合应用,五、座圈尺寸光电非接触测量系统,直径测量原理,2、直径测量原理,第12章 光电检测技术的综合应用,五、座圈尺寸光电非接触测量系统,数据处理程序流程图,3、数据处理系统设计 系统测量误差优于0.02mm； 重复性精度优于0.01mm。 误差来源： 测量误差； 相邻测量系统光轴不平行引起误差； 基准平面与测量系统光轴不垂直引起的误差。,第12章 光电检测技术的综合应用,六、管道直线度 光电检测系统,管道直线度检测系统的结构图,1、直线度光电检测的结构与工作原理,系统主要由激光器1、调整机构2、定位机构3、光学准直系统4、光电靶5、炮膛爬行器6、电缆线7和计算机等组成。光电靶的中心是四象限硅光电池，光电靶的定心机构同管道身管内壁为滑配合。,第12章 光电检测技术的综合应用,六、管道直线度 光电检测系统,激 光 准 直 系 统 及 定 位 机 构,2、检测系统的组成 激光准直系统,1定位螺钉 2外定位环 3内定位环 4光学准直系统 5激光器壳体 6激光器 7定位螺钉,第12章 光电检测技术的综合应用,六、管道直线度 光电检测系统,光电靶,光电靶定位机构,四象限光探测器,2CR81-4型四象限硅光电池,光电靶定位机构由光电靶座1 、光电池2、光电池座3、定位轴承4、重锤5、弹簧6和滑轮7组成。,第12章 光电检测技术的综合应用,六、管道直线度 光电检测系统,四象限光电池的和差连接,当偏离较小时，可得到很好的线性度。故本系统采用和差比幅式方法提取直线度误差信息。非线性部分由计算机进行补偿。,再见！,

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