【摘 要】本文针对数控机床加工的形状不规则的回转体机械零件，在大批量生产的情况下，考虑到接触检测的困难，提出了应用光电开关原理、光栅位移测量原理、激光扫描原理的非接触检测方法，来实现其特定位置径向尺寸的测量。消除了传统测量方法人为因素的影响，实现了测量的客观性并提高了测量精度。
【关键词】回转体；光电开关；光栅；激光扫描
0 引言
基于光电开关原理、光栅位移测量原理、激光扫描测量原理设计的非接触测量方法具有高精度、高速度、智能化等特点。此零件是一种形状不规则的回转体零件，为此需考虑相应的检测方法来解决其测量问题。本文则主要针对特定位置径向尺寸测量问题进行重点研究。
1 测量对象
测量对象如图1所示，在距离顶部3mm处测量径向尺寸。
图1 被测对象
2 测量原理
当指示光栅相对于主光栅移过一个栅距时，莫尔条纹将在水平方向移过一个条纹。在固定位置放置一个光电探测器，当莫尔条纹连续移动时，探测器的输出信号亦为近似的正弦波。对该信号进行整形、计数，即可测出指示光栅相对于主光栅的移动距离。对于光栅测量系统，若在后续电路中加入倍频电路，实现条纹细分，可提高分辨率。
2.2 激光扫描测量原理[2]
测量原理如图3所示：
从激光器发出的激光光束，经反射镜射向扫描转镜，再经扫描转镜的反射面反射，经过准直透镜后，光束成为平行于光轴的平行光束对工件进行扫描，经聚光镜聚光后进入光电接收器，最后经光电变换和电子学数据处理系统处理，便可得到被测工件的测量结果。
通常用此原理测量被测工件的直径D，此时被测工件直径值D可由下式给出：
测量系统包括：光电开关；光栅位移测量系统；激光扫描测量系统；精密机械定位夹紧及执行系统；伺服控制系统；计算机实时数据处理系统；显示与打印系统。
测量原理为：
3.1 首先把被测件用相应的定位夹具装夹好，定位在工作台上；
3.2 由步进电机驱动丝杠螺母副，带动滑板上的光电（下转第79页）（上接第86页）开关沿Z向移动。当光电开关到达被测件顶部时，启动光栅位移测量系统，使激光扫描测量系统到达被测件的特定位置；
3.3 激光扫描测量系统对特定位置的径向尺寸进行测量；
3.4 测量数据送到计算机，经数据处理后通过显示系统给出相应的结果。
4 测量系统的精度分析
本测量系统的误差主要包括[3]：
4.1 所选取的激光扫描系统测量误差为：δ1=0.001mm
4.2 导轨平行度为：δ2=0.002mm
4.3 扫描光线与被测件的垂直度为：δ3=0.002mm
4.4 被测件定位误差为：δ4=0.003mm
4.5 光电开关延时误差为：δ5=0.002mm
4.6 光栅位移测量系统测量误差为：δ6=0.002mm
根据被测件径向尺寸测量的要求，其测量误差要求≤0.015/3 =0.005mm。
而径向尺寸测量系统的测量误差为：
【参考文献】
[1]张善锺.计量光栅技术[M].北京机械工业出版社，1981.
[2]王因明，等.光学计量仪器设计[M].北京机械工业出版社，1981.
[3]杨志文.光学测量[M].北京理工大学出版社，1995.
[责任编辑：王洪泽]