內徑測量原理及理論基礎

對內徑尺寸的測量，國內目前測量的方法多以接觸式測量為主。但接觸式測量由于測量工具磨損、人為因素等原因造成測量誤差較大，不能滿足快速、精確的內徑尺寸檢測要求。本文采用光三角測量原理，結合半導體激光準直技術、現代傳感技術、伺服控制技術和計算機技術，研制了一種非接觸式內徑尺寸光電測量系統，實現了內徑尺寸的無損、高精度測量。

內徑測量原理及理論基礎
應用光探針掃描被測件內徑是單光三角測量原理實現非接觸測量的基礎[1-6]。單光三角方案測量原理框圖如圖1所示。圖中，1為半導體激光器；2為發(fā)射光學系統；3為光束轉向系統；4為反射分光棱鏡；5為接收成像光學系統；6為光電位置傳感器；7為信號處理系統；8為穩(wěn)功率激光電源。
系統測量的位置尺寸[1-4]

式中 α為接收成像光學系統5光軸和理論基準面的法線夾角；φ為接收成像光學系統5光軸與光電位置傳感器6的夾角；L和分別為接收成像光學系統5的物距和像距；s為被測點在光電位置傳感器6上成像的像點位置。設單光三角光探頭掃描測量系統的位置系統常數為L′oA[1-4]，則被測表面與光探頭回轉中心的長度ρ=A+H

測量內徑時，光探頭應旋轉一周，每隔一定的角度θi(1,2,3,i=L)測量出一個ρi值，由這組數據可以得到內徑最大、最小和平均值。

圖1 激光單光三角內徑測量原理
實際測量中，光探針回轉中心與被測內孔實際中心不可能重合，為了消除光探針的幾何中心位置偏離內孔中心對測量結果帶來的誤差，可以在同一截面內使光探針回轉360°，等間隔測量多點，通過建立數學模型加以消除。為此以光探針回轉中心為原點，建立如圖2所示的測量數學模型。角度的測量采用絕對光電編碼器，并取編碼器的絕對零位對準所建坐標系x軸的正向，起始角度θ0可由光電編碼器測出，而此時ρ0由光探針測出。測量點P0的坐標為：

在進給伺服系統的帶動下，用同樣的方法可測量其他截面的直徑。

一種內徑尺寸光電非接觸測量方法