[发明专利]基于激光三角法的内孔测头固有几何参数标定方法

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种基于激光三角法的内孔测头固有几何参数标定方法，用以实现对内孔截面参数的精密测量。

二、背景技术

孔类零件是工业生产领域最常用的零件，如汽车发动机、石油钻杆，精密轴承、火炮身管等，孔类零件内部几何参数是否合格对其工作性能有极大影响，必须对其准确测量。现有的测量方法主要有接触式测量和非接触式测量两类，接触式测量因为传感器本身需要与被测表面接触(如塞规或三坐标测量机)，测量效率低，容易划伤被测表面和磨损传感器。非接触式测量方法可以实现对内孔的快速测量，其中激光三角位移传感器因为具有较高的测量精度和较小的体积，被广泛应用于内孔几何参数测量中。激光三角位移传感器属于单点式测量，为了获得内孔截面的完整数据，必须控制传感器在被测孔内回转，因此，基于激光三角法的内孔测头除了包括激光三角位移传感器外，还应包括传感器回转机构和支撑壳体。受被测孔自身尺寸和传感器测量范围的限制，传感器回转轴线与传感器发射激光束很难保证共面，会存在偏心值a；此外，传感器输出的测量值是参照传感器内某一平面，而传感器回转轴线一般不过该平面，会存在偏移距离b。a和b是此类内孔测头的固有参数，在整个测量过程中是不变的。在内孔实际测量过程中，往往是利用各个被测点到测头回转中心的距离R_i来计算内孔截面参数，但R_i不等同于传感器输出量l_i，二者之间存在如下关系：

R_i²＝a²+(b+l_i)²

可见，a和b值直接影响测量结果，在内孔测头正式测量之前，必须对其进行标定。

三、发明内容：

本发明的目的是提供一种对基于激光三角法的内孔测头固有几何参数的标定方法，实现由激光三角位移传感器读数获取被测点到测头回转中心距离，进一步经过数据处理，求得被测内孔截面几何参数。基于激光三角法的内孔测量原理如图1。

本发明所采取的技术方案是：首先要设计一个标定件，标定件一端是短圆柱，用于装卡标定件，另一端开口，开口端两个内侧面A和B是用于标定的平面，A、B面应具有较高的平面度和平行度，并都平行于短圆柱的轴线，两平面间距离d要事先确定；然后要选择具有一个回转轴和两个移动轴的工作台，工作台的两个移动轴互相垂直，回转轴轴线与一个移动轴平行(卧式)或与两个移动轴都垂直(立式)。将标定件装卡在回转轴的三爪卡盘上，由回转电机带动其旋转，将测头壳体通过V型块置于工作台平面上方，标定装置如图2所示。

标定前先调整标定件的旋转角度，使其两被测面垂直于工作台面，然后调整测头使其回转轴线与标定件的回转轴线平行，固定测头壳体。标定时先调整激光三角位移传感器的旋转角度，使之发射的激光束垂直于标定件的一个被测面，记录传感器读数l₁，再使传感器绕测头轴线旋转180°，记录传感器读数l₂，由图3可以得出下面的关系式：

2b+l₁+l₂＝d

于是，测头转轴到激光三角位移传感器测量基准面的偏移距离b为：

b＝(d-l₁-l₂)/2

调整传感器的转动，使之发出的激光束在与标定件被测面夹角约±30°范围内摆动，找出最小读数值l_1min，则测头回转轴线到该被测面间距离为：

R1min=a2+(b+l1min)2]]>

使传感器绕测头轴线旋转180°后，再次使之在与另一被测面夹角约±30°范围内摆动，找出最小读数值l_2min，则测头回转轴线到该被测面间距离为：