大距离分布孔系同轴度和尺寸检测系统的设计

提出了一种针对孔系零件同轴度和内径尺寸的测量方案,以基准激光束建立绝对坐标系,使用多功能自定心测头作为运动测量部件来采集被测目标的参数信息,通过数据处理系统和误差补偿方法评定大距离分布孔系的内径值和同轴度误差,可以实现对大距离分布孔系内径和同轴度快速测量与高精度测量的统一,从而解决了大距离孔系零件尺寸和同轴度检测难且不易返修的问题。     

大距离孔系同轴度测量装置专用校准系统研究

针对大距离孔系同轴度测量装置精度校准的问题,对同轴度误差来源、多孔系工件同轴度测量方法、误差计算模型方面进行了研究,对孔系同轴度测量装置校准系统的原理与组成进行了归纳,建立了校准系统的结构与控制模型,提出了一种专用校准方法,通过提供一组轴线位置变动量已知的标准孔系模拟装置,将同轴度测量装置测得值与标准值相比较,以此得出了被校准装置的测量误差。该校准系统由自行设计的三维精密运动平台与标准环规组成,采用光栅尺作为系统定位元件,采用TMS320F2812作为系统的主控芯片,并提出了基于最小二乘原理的同轴度最小区域算法。研究结果表明:该校准系统分辨率达到1μm,系统不确定度达到8.12μm,能够快速、有效地校准大距离孔系同轴度测量装置的精度误差。     

大型箱体孔同轴度误差测量方法的研究

研究一种关于大型孔类工件的同轴度误差测量方法,在设计的专用检具上,用电感量仪对孔系进行测量,经模数转换板自动采样后,由计算机进行数据处理,得到孔系的同轴度误差值,该测量方法结构简便,实用可靠,测量精度高（可达μm级）。全套仪器可直接在生产现场使用,抗干扰性强。     

大直径内孔自动测量机构倾斜度测量研究

为了实现对大直径内孔自动测量机构倾斜角度的连续、自动测量,建立了倾斜度测量系统.系统主要由半导体激光器、光学系统与位置敏感探测器(PSD)等元件组成,以激光光束和光学系统光轴分别表征被测机构的参考轴线与大直径内孔的轴线,同时PSD测量经过光学系统折射后激光光点的位置,由此测量两轴线构成的夹角,确定机构倾斜程度.论文分析了系统的测量误差,并进行了相关的实验,对测角误差进行校正,结果表明:系统的测角精度为±0.02°,分辨率为0.000 3°.系统稳定可靠,能够基本满足测量机构在大直径内孔中倾斜度测量的要求.     

电机座孔同轴度测量

我厂加工的电机机座前端和后端止口内孔的同轴度要求如图1所示,以一端内孔轴线为基准,求另一端内孔轴线与基准轴线的同轴度误差.由于工件尺寸较大,用常规的检测方法无法进行测量.如果按照上述基准进行测量就会产生以下两种相反的测量结果,且测量重复性差,检测数据不可靠.下面以单个截面圆来讨论同轴度误差的测量.     

精镗时提高箱体孔同轴度精度的途径

文章分析了镗削单同轴孔时镗削工艺对尺寸精度的影响、用悬臂刀具镗削孔系时孔系间的位置关系和尺寸关系对孔系加工精度的影响,并取孔同轴度误差最小为目标,对多刀镗削加工时镗杆上两刀间距离lp进行优化.指出可通过确定适当的加工工艺、孔系结构设计和优化镗杆尺寸等途径提高精镗时箱体孔同轴度.     

大直径在线高精度测量不确定度分析

讨论了基于"弓高弦长法"测量原理,由3只精密激光位移传感器组成的大直径非接触在线测量装置的测量不确定度。针对被测大轴的尺寸,选择固定的弦长;基于两标准尺寸的外圆盘进行弦长参数的标定;通过3只传感器的对称布置、相对测量、多次测量求平均值等措施,简化了测量装置的结构、方便了标定和测量过程、提高了直径测量精度。对于直径500 mm~510 mm的大轴,当其圆度误差不超过30μm、3只传感器光线的不平行度误差小于0.5°、上下传感器的不对称小于1 mm、标定和测量时中间传感器光线不对中误差小于1 mm时,直径测量结果的不确定度小于3μm。     

基于PSD的激光跟踪仪光电瞄准技术应用与研究

光电瞄准与定位技术是空间运动目标动态跟踪测量的关键技术,起到目标捕获与运动位置偏差精确指向作用。基于光电位置传感器(PSD)对激光跟踪仪的光电瞄准和跟踪定位控制技术进行了分析研究与设计,提出了光电瞄准控制方案,设计了探测光路,分析了PSD误差修正与信号处理。经过实际样机测试,静态定位测量精度达到6μm,随机动态跟踪测量速度大于1 m/s。     

共聚焦激光扫描显微系统光学设计

为了实现非接触式、快速高精度的光学检测,设计了一种共聚焦激光扫描显微光学系统。在保证设计指标的前提下,简化了各光组的结构,采用7片球面透镜并以K9玻璃作为透镜材料。使用Zemax软件对光学系统进行了设计和仿真。结果表明:物镜的数值孔径为0.49;系统的径向和轴向光学分辨率分别为0.400μm和0.772μm;显微聚焦系统聚焦弥散斑直径小于2μm;照明系统聚焦弥散斑直径小于10μm;探测系统的聚焦光斑直径小于20μm;根据仿真结果确定了针孔1和针孔2的尺寸均为20μm,且厚度不超过0.1mm;各子系统的MTF曲线均接近衍射极限,具有很高的光学传输效率。     

科技市场信息

·新产品·DT2—1大尺寸同轴度测量仪 DT2—1大尺寸同轴度测量仪由北京工业学院研制成功,最近在北京通过部级技术鉴定。该仪器主要用于测量孔径为100～500mm、孔距在1500mm以内的箱体孔同轴度,其极限测量误差误差小于2.5μm;也可用于端面对两孔的公共轴线的垂直度误差和箱体孔圆度误差的测量。     

双光斑重叠式PSD空间点位测量系统研究

针对空间点位测量的问题,设计了一种新型双光斑重叠式PSD空间点位测量系统。构建了测量系统的测量平台和运动控制平台,并将光电位敏传感器PSD作为测量系统测头上的靶标,形成了空间测量三角形,采用逐次逼近算法,使两个光斑在PSD上轮流交替跟踪,实现了测量系统的自动跟踪,并利用PSD对于光斑重心采集的原理,判断两光斑重合情况,进行了空间点位信息的采集测量。以某型航空发动机8级涡轮转子叶片为测量对象,用三坐标测量机和本测量系统分别对其进行了测量对比试验。研究结果表明,测量系统对距离测量系统1.5 m远处,对目标点的测量偏差为亚mm级,正向偏差维持在0.4 mm以内,负向偏差维持在-0.25 mm以内。     

基于二维PSD的激光准直系统研究

提出了一种以二维位置敏感传感器(PSD)作为反馈元件来实现激光光束自动准直的设计方案,同时建立了测量控制系统的数学模型。经过测试与理论分析,激光光束的准直控制范围不大于20μm,且此准直系统具有结构简单、调节快速的特点,可以广泛用于零件形位误差检测与机械安装调试过程中快速建立光学基准。     

Application of a diffraction grating and position sensitive detectors to the measurement of error motion and angular indexing of an indexing table

In this paper, two systems for the measurement of the error motion and angular indexing of a rotary indexing table have been developed. A laser diode, a laser holder and a position sensitive detector (PSD) are integrated as a simple measuring device for the measurement of the rotary error without using a precision reference artifact (a cylinder or a sphere), multiple probes or error separation methods. The laser diode is assembled in the laser holder and fixed on the rotary table. The PSD is set up above the laser holder to detect the position of an incident laser beam from the laser diode. When the rotary table rotates, the rotary error changes the direction of the incident beam and also the position of the spot on the PSD. For the measurement of the angular indexing, a reflective diffraction grating and two PSDs are integrated as a high-resolution angle measuring device without using an autocollimator or a laser interferometer system. The diffraction grating is set at the center of the rotary table and reflects an incident laser beam into several diffractive rays. Two PSDs were set up for detecting the positions of ±1st-order diffraction rays. A simple algebraic method is used to solve the angular indexing through an optical analysis. The experimental results showed the feasibility of the proposed test devices.     

大跨距孔同轴度误差快速视觉测量方法

为快速、准确测量大型零件大跨度孔的同轴度误差,设计了对侧布置的线激光扫描四目视觉测量系统,通过两套视觉测 量单元分别采集两孔端面点云数据,进一步拟合端面圆心和端面法线,得到两个独立的单侧孔轴线。 提出了大跨距无公共视场 视觉系统标定方法,设计了多标定板相固连的靶标,通过 4 块标定板的位姿关系传递,得到两套视觉测量单元的坐标系转换关 系,实现了两侧孔测量数据的坐标系统一。 精度验证实验表明,该系统对于 1. 15 m 跨距的标准球组球心距测量均方根误差为 0. 161 mm。 使用该系统对一压路机振动轮两侧轴承孔的同轴度进行了测量,并与三坐标测量机的测量结果进行了对比,结果 表明两者测量结果偏差小于 5% ,测量精度能够满足工业生产需求。     

基于PSD的转轴测量系统研究

研制了一种基于PSD的激光三角法非接触式光电转轴测量系统。阐述了系统的工作原理和结构设计,进行了转速和偏心度的测量实验。结果表明,该系统能够在测量转速的同时,准确地得到转子的偏心度,理论分辨力可达14μm,测量相对误差均不大于5%。该系统具有结构简单、精度高、可靠性好等优点,可实现在线实时测量。     

基于位置敏感探测器的六自由度精密位姿测量系统

位置敏感探测器(Position Sensitive Detector,PSD)是一种高精度的二维位移测量传感器,利用三片二维PSD的组合实现空间六自由度相对运动的位移和角度测量。测量系统主要包括三片PSD传感器(包括PSD光敏面和发光管)、低噪声的信号调理和AD采集电路,采用三片PSD正交布局方案,通过PSD光敏面的光点位置计算相对运动的位移和角度。设计了六自由度的PSD标定测试系统,用于PSD测量系统中心偏移和发光管安装误差的标定测试。测试结果表明,PSD测量系统的测量范围优于位移±10mm、角度±2.5°,标定后PSD测量系统的噪声误差为位移0.1mm、角度0.02°,测量系统的绝对位移误差小于0.5mm、角度误差小于0.14°,满足系统0.5mm和0.5°的指标要求。此外,对PSD传感器的环境适应性进行了评估。PSD测量系统具有量程宽、精度高、线性度好的优点,成功应用于天舟1号货运飞船微重力主动隔振装置的相对运动测量中。     

激光能量分布对瞬态射角测试系统的影响分析

在测量瞬态射角时,针对激光器光源的多模结构会影响在PSD上输出坐标的问题,论文分别从PSD的数学模型和二维PSD对双光束的位置探测实验出发,来探究激光光斑对于瞬态射角测量精度的影响.结果表明光点的位置坐标与光点的能量分布有着密切的关系,为此设计一种特殊的激光器以减小这种影响.     

XGBoost机器学习在光电编码器误差补偿中的应用

光电编码器检测系统的误差主要受基准光电编码器测角误差、数据采集误差、检测系统同轴误差影响。其中，基准光电编码器的测角误差可进行补偿。因此设计了一种基于极度梯度提升树（extreme gradient boosting,XGBoost）机器学习的算法用来补偿基准光电编码器的误差。经该算法补偿后，静态精度提高了35倍，标准差由3.62″减小至0.13″，最大误差值由5.53″降低至0.39″。与传统的误差反传（back progagation,BP）神经网络算法以及径向基函数（radial basis function,RBF）神经网络算法补偿效果相比，XGBoost的补偿效果更优。XGBoost机器学习算法有效降低了基准光电编码器的测量误差，提高了光电编码器检测系统的检测精度。     

激光跟踪仪精密跟踪系统的设计

对激光跟踪仪的跟踪伺服控制系统进行了整体研究并给出了总体设计方案。针对跟踪目标的精密探测问题,研究了新型探测手段以及微弱光电信号的精细调理技术与数字滤波方法,使得脱靶量探测稳定性优于±2.0μm。针对跟踪角度精密测量问题,设计了圆光栅数据采集系统,实现了角度脉冲的细分、辨向与准确计数;基于谐波分析方法建立了跟踪过程中的误差补偿模型,将角度测量精度由3.5″提高到1.5″。建立了跟踪伺服电机的数学模型,分析了电流环在跟踪控制中的作用机理,提出了电流、速度、位置三闭环控制结构和复合跟踪控制策略。跟踪实验表明:系统最远跟踪距离不小于41.7m,跟踪速度不低于2.0m/s。该项技术还能为空间动态目标跟踪、激光通信等提供有益借鉴。     

基于二维PSD的激光准直系统研究

提出了一种以二维位置敏感传感器（PSD）作为反馈元件来实现激光光束自动准直的设计方案,同时建立了测量控制系统的数学模型。经过测试与理论分析,激光光束的准直控制范围不大于20μm,且此准直系统具有结构简单、调节快速的特点,可以广泛用于零件形位误差检测与机械安装调试过程中快速建立光学基准。