CN203981127U - 基于衍射光斑的微型回转元件圆度测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于衍射光斑的微型回转元件圆度测量装置。具体包括氦氖激光器、光纤分束器、光纤准直器、斩波器、楔形刀刃、透镜、CCD成像探头、待测微型回转元件、计算机；氦氖激光器发出的氦氖激光经过光纤分束器分束，分束后的氦氖激光进入光纤准直器变成平行准直光束，平行准直光束经过斩波器调制后穿过楔形刀刃和待测微型回转元件形成的缝隙，经过缝隙的氦氖激光形成衍射光通过透镜成像为衍射光斑到CCD成像探头，待测微型回转元件转动过程中，CCD成像探头将采集到的衍射光斑图像传到计算机，计算机根据衍射光斑计算待测微型回转元件的圆度。本实用新型提高了微型回转类元件的圆度测量的精度和速度，实现圆度的非接触测量。

Description

基于衍射光斑的微型回转元件圆度测量装置

技术领域

本实用新型属于圆度检测领域，尤其涉及一种基于衍射光斑的微型回转元件圆度测量装置。

背景技术

微型回转类零件是精密光机电产品中最广泛的一种零件，圆度误差是高精度回转体零件的一项重要精度指标，圆度误差的大小往往是产品质量的关键。由于微型回转类零件对象几何尺度较小，零件体表面上细微的压坑、划痕经常以随机的方式出现，简单的圆度测量方法如标准环规法、V型块法和两点测量法等测量的相对误差非常大。在实际的标准计量和精密检测中常常使用圆度仪和三坐标测量机，它们是离线产品检测中最理想、最有效的测量仪器。提高零件的圆度检测精度能够改善零件的互换性、配合精度、回转精度、磨擦性和使用寿命，减少误收和报废率，所以圆度误差检测技术的研究具有明显的经济价值。

微型回转类零件的几何尺寸较小，呈现出与常规尺寸的回转类零件不同的误差特点，因此任何相对较小的误差来源都会产生较大的影响。微型回转类零件中圆度测量误差来源的不确定性、随机性和难以回避的特点成为微型回转类零件处理的一个难点。在加工过程中刀具与工件间的作用力、材料的应力应变和操作不当等误差来源都会增加圆度误差。专利号为CN1056744A的“圆度的检测方法及圆度仪”公布了一种采用降低转动轴系的精度并辅助以高精度的标准圆样件的方法实现圆度测量的误差的分离消除和抑制。专利号为CN102175207A的“一种基于反向和多传感器法结合的高精度圆度检测方法”公布了一种采用两个回转中心重合的圆盘来对测量工件进行测量，通过两组圆盘上两组大小相等方向相反的传感器信号来分离主轴的回转误差，然后测量出被测工件的圆度。专利号为CN101608893A的“滚针、小滚子圆度测量仪”公布了一种采用杠杆和弹簧的方法将圆形误差信号加倍放大，然后进行圆度测量得到较高的精确的装置和方法。现有的圆度测量的装置和方法多数采用机械结构和传感器探头的方式测量圆度，因此测量结果容易受到机械振动、机械间隙等影响产生较大的测量误差。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有技术的不足，提出一种基于衍射光斑的微型回转元件圆度测量装置，提高现有的微型回转类元件的圆度测量的精度和速度，实现圆度的非接触测量。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案如下：

基于衍射光斑的微型回转元件圆度测量装置，包括氦氖激光器、光纤分束器、光纤准直器、斩波器、楔形刀刃、透镜、CCD成像探头、待测微型回转元件、计算机；

氦氖激光器发出的氦氖激光经过光纤分束器分束，分束后的氦氖激光通过光纤进入光纤准直器变成平行准直光束，平行准直光束经过斩波器调制，调制后的氦氖激光经过楔形刀刃和待测微型回转元件形成的缝隙，经过缝隙的氦氖激光形成衍射光通过透镜成像为衍射光斑到CCD成像探头，待测微型回转元件转动的过程中，CCD成像探头将采集到的衍射光斑图像传到计算机，计算机根据衍射光斑计算待测微型回转元件的圆度。

待测微型回转元件通过夹具固定放置于旋转运动平台上，旋转运动平台由运动平台控制器控制运动的速度。

经过斩波器调制后的激光经过楔形刀刃和待测微型回转元件形成的缝隙，设缝隙的宽度为d，透镜7和CCD成像探头的距离为f，则缝隙的宽度d能通过公式(1)到：

$d=\frac{\mathrm{n\λ}\·\sqrt{x_n^2+f^2}}{x_n}---\left(1\right)$

其中，x_n为衍射光斑中第n级暗条纹中心距中央零级条纹中心的距离。

所述的氦氖激光器发出的氦氖激光经过光纤分束器分成四束，且分束后的每束氦氖激光均通过光纤进入光纤准直器变成平行准直光束。

楔形刀刃对称设置在待测微型回转元件上下左右四个方位，且楔形刀刃和待测微型回转元件的距离相同。

计算机根据衍射光斑计算待测微型回转元件的圆度，具体根据国家标准GB/T7235-2004规定，采用最小二乘圆法(LSC)、最小区域法(MZC)、最大内接圆法(MIC)或最小外接圆法(MCC)的方法计算圆度。

本实用新型有益效果如下：

第一，作为一种非接触的圆度检测装置，基于衍射光斑的微型回转元件圆度测量装置可以实现微型尺寸的回转元件的圆度测量，该装置的测量结果灵敏度高，测量精度可以达到0.1μm。

第二，基于光学衍射方法的圆度测量方法具有非接触的特点，可以避免测量过程中测头应力所产生的形变所造成的误差，消除传统机械式测量方法中的接触误差，震动误差，在强调精度和检测速度的场合非常适用。

第三，通过斩波器的调节作用，通过相关信号分析的方法可以减小氦氖激光器输出光强的波动带来的影响，提高衍射光斑的检测精度。

第四，基于光学衍射的非接触的检测方式可以省略繁琐的微型回转元件夹具，使得该检测装置可以适用于不同几何尺寸的回转元件，尤其适合微型回转元件的测量。

附图说明

图1是本实用新型结构示意图；

图2是微型回转类元件的固定示意图；

图3是圆度计算的方法示意图。

图中，氦氖激光器1、光纤分束器2、光纤准直器3、斩波器4、楔形刀刃5、CCD成像探头6、透镜7、计算机8、待测微型回转元件9、旋转运动平台10、夹具11、运动平台控制器12。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步的详细说明。

如图1所示，基于衍射光斑的微型回转元件圆度测量装置，包括氦氖激光器1，光纤分束器2，光纤准直器3、斩波器4、楔形刀刃5、透镜7、CCD成像探头6、待测微型回转元件9、计算机8。

氦氖激光器1发出的氦氖激光经过光纤分束器2分成四束，分束后的氦氖激光通过光纤进入光纤准直器3变成平行准直光束，平行准直光束经过斩波器4调制，调制后的氦氖激光经过楔形刀刃5和待测微型回转元件9形成的缝隙，经过缝隙的氦氖激光形成衍射光通过透镜7成像为衍射光斑到CCD成像探头6，待测微型回转元件9转动的过程中，CCD成像探头6将采集到的衍射光斑图像传到计算机8，计算机8根据衍射光斑计算待测微型回转元件9的圆度。

如图2所示，待测微型回转元件9通过夹具11固定放置于旋转运动平台10上，旋转运动平台10由运动平台控制器12控制运动的速度，计算机8通过命令驱动运动平台控制器12。

如图3所示，经过斩波器4调制后的激光经过楔形刀刃5和待测微型回转元件9形成的缝隙，设缝隙的宽度为d，透镜7和CCD成像探头6的距离为f，则缝隙的宽度d能通过公式(1)到：

$d=\frac{\mathrm{n\λ}\·\sqrt{x_n^2+f^2}}{x_n}---\left(1\right)$

其中，x_n为衍射光斑中第n级暗条纹中心距中央零级条纹中心的距离。根据测量得到的缝隙宽度d，计算机采用根据国家标准GB/T7235-2004规定，采用最小二乘圆法(LSC)、最小区域法(MZC)、最大内接圆法(MIC)或最小外接圆法(MCC)的方法计算圆度。

Claims (4)

1.基于衍射光斑的微型回转元件圆度测量装置，其特征在于包括氦氖激光器、光纤分束器、光纤准直器、斩波器、楔形刀刃、透镜、CCD成像探头、待测微型回转元件、计算机； 

氦氖激光器发出的氦氖激光经过光纤分束器分束，分束后的氦氖激光通过光纤进入光纤准直器变成平行准直光束，平行准直光束经过斩波器调制，调制后的氦氖激光经过楔形刀刃和待测微型回转元件形成的缝隙，经过缝隙的氦氖激光形成衍射光通过透镜成像为衍射光斑到CCD成像探头，待测微型回转元件转动的过程中，CCD成像探头将采集到的衍射光斑图像传到计算机，计算机根据衍射光斑计算待测微型回转元件的圆度。 

2.如权利要求1所述基于衍射光斑的微型回转元件圆度测量装置，其特征在于待测微型回转元件通过夹具固定放置于旋转运动平台上，旋转运动平台由运动平台控制器控制运动的速度。 

3.如权利要求1所述基于衍射光斑的微型回转元件圆度测量装置，其特征在于氦氖激光器发出的氦氖激光经过光纤分束器分成四束，且分束后的每束氦氖激光均通过光纤进入光纤准直器变成平行准直光束。 

4.如权利要求1所述基于衍射光斑的微型回转元件圆度测量装置，其特征在于在楔形刀刃对称设置在待测微型回转元件上下左右四个方位，且楔形刀刃和待测微型回转元件的距离相同。