基于光学原理的轴承球体表面缺陷检测方法研究

目的 实现球体表面微小缺陷的非接触式检测。方法 基于激光散射和剪切干涉的光学原理,设计了适用于微小缺陷检测的光路系统,搭建了可适用于不同直径球体检测的精密可调节检测光路系统平台,通过对标定板的检测及重复性实验,确定光路系统的检测精度。采用高精度气浮主轴搭建了精密可调节的球体运动平台,通过对直径20 mm的G5级高精度氮化硅陶瓷球的检测实验,以及通过对一半抛光一半未抛光直径20 mm轴承钢球体的检测对比实验,验证光路实验平台对于球体表面微小缺陷检测的可行性。 结果 标定板上4 μm宽、63 nm高的条纹的剪切干涉信噪比为8∶1,具有相对较高的信噪比。G5级高精度氮化硅陶瓷球的检测试验以及一半抛光一半未抛光轴承钢球体检测的对比实验,验证了该光路实验平台中,激光散射可灵敏地检测较深的微米级缺陷,剪切干涉可灵敏地检测较浅的微米级缺陷。结论 基于光学原理搭建的球体表面微小缺陷检测平台,可以实现对球体表面微米级别缺陷的检测。     

非球面超精密抛光技术研究现状

非球面应用范围的拓展以及应用精度要求的不断提高对非球面元件的尺寸精度与表面质量提出了更高要求;作为终加工手段,非球面超精密抛光技术也越来越受到世界各国的重视。掌握非球面超精密抛光过程中的材料去除机理以及由此导致的亚表面损伤等特性对提高非球面抛光的精度与效率十分重要。对非球面抛光技术的发展进行回顾,并根据非球面超精密抛光技术的发展脉络,阐述当前主要非球面超精密抛光技术的加工原理及加工实例,随后从亚表面损伤、边缘效应等方面对几种非球面超精密抛光技术进行比较,并以提高抛光精度与效率为目标,对非球面超精密抛光技术的发展趋势进行预测。     

金属表面吸附有机分子的表面电磁波光声光谱研究

采用棱镜耦合的Otto耦合方式,利用红外CO_2激光激励出银表面的表面电磁波,并采用光声探测方法来测量受激分子的振动能级。我们首先利用这套装置测量了在没有分子吸附的情况下,由于银表面本身吸收表面电磁波能量而产生的声信号,测出了声信号幅度随光束入射角的变化谱,并由此计算出了产生表面电磁波的衰减全反射角、棱镜与银表面的空气隙厚度,以及峰宽和不同波长时的峰位移。我们还利用这种装置测量了吸附在银表面上的分子面密度为     

椭圆内腔表面磨粒流均匀化光整加工研究

针对磨粒流加工中椭圆孔腔表面加工质量因表面曲率半径变化而不一致的问题,提出通过置入相似模芯实现磨粒流均匀化光整加工的新方法。运用非牛顿流体的幂律方程,建立了磨粒流加工的微元体动力模型,分析磨粒流加工中表面剪切应力分布不均的影响因素,而后通过COMSOL软件进行了数值计算与模拟仿真论证;最后,开展实验研究,对椭圆孔腔壁面压力及表面粗糙度等进行相关数据测量。研究结果显示：置入相似模芯后,椭圆流道的长、短轴方向剪切应力的理论值误差由置入模芯前的9.87%降为0.39%,长、短轴方向剪切应力分布趋于一致;椭圆流道的轴向、径向平均压力差仅为0.03 MPa、0.11 MPa,且表面粗糙度(Ra)差值由置入芯轴前的0.212μm下降为0.005 μm,加工压力与表面粗糙度的变化趋势均趋于一致。置入相似模芯的方法改善了磨粒流加工中剪切应力分布不均的状况,为椭圆孔的高质量精密加工提供了重要参考依据。     

适用于小光斑覆盖光学检测的球体表面全展开方法研究

目的精密轴承性能与轴承球体表面质量密切相关,表面的精密快速检测对于保证轴承球体质量非常重要,因而提出一种适用于在线光学检测的新球体全展开方法。方法分析目前已提出的几种球体全展开方法,并指出它们在实际应用中的不足,对新的展开机构的展开原理进行分析,并进行了理论分析推导。建立了新的展开机构模型,通过Adams软件虚拟仿真,并通过设定不同的仿真参数,探究不同参数对球体全表面展开检测轨迹的影响。将子午线检测和螺旋线检测时光斑的覆盖率做了对比。结果新机构可实现球体均匀全覆盖展开,适于激光散射和干涉这种光斑面积较小的检测方法,全覆盖时间受进动和转动速度的影响。进动速度一定时,主轴转动速度越大,螺旋线间距越大,不影响全覆盖时间;主轴转动速度一定时,进动速度越大,螺旋线间距越小,全覆盖时间越短。在仿真时间为15 s、主轴转动速度为400(°)/s的情况下,得到最优进动速度为12(°)/s。结论对于新的球体展开机构,通过对转动和进动速度以及聚焦位置的调整,可实现对不同直径球体表面的均匀全覆盖检测。     

激光三角法位移测量多项式拟合及误差修正

基于非接触高测量精度、便于使用等特点,激光三角法测距在科研和工业生产实践中已获得了广泛的应用。位移测量是通过激光斑在成像光敏面上的位移来决定的,在不同的应用中两者之间多项式拟合的参数选择也往往不同,选择合适的多项式,实现快速、高精度测量对不同的应用有很重要的意义。本文针对激光三角法位移测量被测面位移量y与成像光斑在光敏面上位移量x之间的非线性关系,系统分析了y作为x的函数用多项式拟合过程中的误差来源,实验搭建了一台小型激光三角位移传感器,根据实验测量数据,验证了搭建的激光三角位移测量装置满足Scheimflug条件,根据实验测量值和多项式拟合计算的位移值,定义了一个评判拟合质量的质量因子Q,通过计算Q,确定了最佳多项式拟合。     

激光聚焦偏移测量微小位移方法研究*

非接触式纳米精度位移测量在科研和工业生产中有重要应用价值。本文阐述了一种基于激光聚焦偏移原理测量微小位移的方法,首先分析了此方法的测量精度、误差及在所选光学元器件下的量程,进而描述了实验装置,并利用该装置对一个平面反射镜的微小位移进行了测量,结果显示位移测量精度优于10 nm(1σ),与理论计算的结果吻合。实验结果表明,该方法对测量微小位移可达nm精度,可应用于工业生产中对主轴振动、轴承球圆度等的在线精密测量。