用于大尺寸工件的动态长度测量系统

针对移动大尺寸工件的表面形貌特点,利用二维激光三角法构造出水平和垂直虚拟测量基准面;结合多传感器融合准则,建立了一种新型的大尺寸工件测量模型,并利用该模型实现了移动工件两端端面到虚拟测量基准面的位移非接触测量。采用误差分离方法自修正理论误差和运动误差的影响;结合人机交互界面,研制了高精度、低成本的移动大尺寸工件长度自动检测系统。利用该系统对在(1 000±25)mm内以不同速度运动的圆柱体大尺寸工件长度进行检测,得到的检测分辨力为10μm、检测精度为100μm、工件移动速度为5cm/s。实际运行结果表明,该系统安全、稳定、快速,可满足工业在线生产中对同类型规则的大尺寸工件控制和检测的要求。     

大尺寸直径非接触光电检测系统研究

提出了一种基于激光位移测头的大尺寸直径光电测量系统，可用于直径达φ52200mm的大尺寸工件的非接触测量。文章详细论述了测量系统结构、工作原理及同轴度测量方法，并对影响测量精度的主要误差来源进行了分析，结果表明测量精度达0．02mm。     

圆柱体零件圆度与圆柱度非接触测量系统

圆度和圆柱度是圆柱体零件的重要检测项目.针对目前圆柱体零件圆度与圆柱度采用人工接触式测量,存在效率低、精度差、易损伤零件等缺点,设计了基于激光位移传感器的圆柱体零件圆度与圆柱度非接触测量系统.这一测量系统基于误差分离技术,利用标准球和标准环规测量,分离出偏心误差、回转运动误差、导轨误差,进而提高检测精度.通过自律验证法,基于这一测量系统对不同圆柱体零件进行多组对比检测试验.试验结果表明,这一测量系统检测精度达到10 μm,可以实现圆柱体零件圆度和圆柱度的检测,提高检测效率和检测质量.     

经济型大尺寸激光自动坐标测量系统

利用手持式激光测距仪和二轴转台,设计了一种经济型大尺寸激光三维自动测量系统,用于船舶等大型工件的现场测量.介绍了系统的测量原理和主要组成部分,系统无需合作目标,在计算机的控制下自动对目标进行测量来获得相对系统的三维坐标数据.分析了系统的主要误差对测量结果的影响,完成了主要误差的提取实验.最后,利用激光跟踪仪对系统测试水平两点间的距离的测量精度进行了评定,并对船分段模型进行了测量实验.实验表明,该系统对水平放置物体的两点间距离的测量精度达到了1.73 mm,对船分段模型的平行平面之间的距离测量精度达到了1.5 mm.由于系统构成简单,硬件成本较低,测量精度较高,测量速度大约为1 point/s,非常适用于船分段的测量.     

轮胎胎面参数在线检测系统研究及应用

为了提高汽车轮胎生产过程中对胎面尺寸的测量精度,针对移动中的橡胶胎面设计了一种测量轮胎胎面参数的在线检测系统。选用3D激光传感器,根据传感器获得的坐标数据绘出胎面横截面轮廓,基于B样条曲线拟合方法,通过特征点测量计算胎面横截面数据;选用CCD图像传感器,设置两端基准线,根据现场亮度采用可调光源控制器,并采用OSTU算法对图像进行二值化处理,基于像素数和实际的尺寸存在线性对应关系,可获得胎面长度。现场实验结果表明,该测量系统的横截面参数测量精度小于1 mm,长度测量精度小于2 mm,能够满足生产工艺的测量要求,可实现胎面参数的在线动态测量,该测量系统具有安装方便、运行稳定等特点。     

圆柱体的V型测量装置

在机械制造过程中,圆柱体的测量是量大面广的工作,不但要满足测量的精度要求,还要提高测量速度,才能满足需要。传统的方法是用千分尺测量直径,V型铁加百分表测量圆度误差,测量效率较低。现推荐一种圆柱体的V型测量装置。 一、圆柱体的V型测量装置的结构 圆柱体V型测量装置的结构如图1所示。V型架采用60°的角度,内套通过紧固螺钉与百分表紧固为一体,根据测量直径大小调整内套上下,紧固螺钉锁紧,用标准尺寸的圆柱体校对百分表零位后就可进行测量了。测量小件时支架是倒过来支承工件的,此时将工件放在V型内,转动工件,百分表显示值为工件直径与圆度值;对于测量较大工件时将此装置放于工     

基于多波长协作的切削液残留表面激光位移测量误差补偿方法

在加工测量一体化过程中,工件表面切削液残留形成的油膜会严重影响光学在机测量的精度。 现有的误差补偿方法通 常需要获取油膜介质的先验信息,如成分、厚度等。 而这些信息受加工形质、切削液随机分布等因素的影响难以实时获取。 为 此,本文提出一种基于多波长协作的切削液残留表面激光位移测量误差补偿方法。 首先设计并搭建了基于激光三角位移测量 的多波长激光测量系统,可利用多波长激光测量同一被测点位移。 通过引入柯西色散规律,建立光学系统与激光波长的解析关 系,并基于此推导出多波长激光测量内在的差分特性,最终实现误差补偿。 本文依此方法进行了实验。 结果表明补偿后测量误 差绝对值小于 0. 01 mm,与未补偿的测量数据对比,误差降低了至少 92% 。     

用激光和CCD测量大型工件外径

大型工件的外径(一般指大于500mm),其高精度测量一直是我国机械行业中普遍存在又需要解决的共性难题。激光技术在长度测量方面,已得到比较成熟的应用。在生产车间环境下,双频激光测长仪相对测量精度可达10~(-7)mm以上。目前汽轮机行业提出的测量要求是:测量范围1～4.2m,测量精度±3×10~5D(D为被测直径),可见用激光技术完全可以满足大直径测量中的长度测量的精度要素,其关键是如何准确地捕捉直径上的两个测量点,即准确地定位,从而把直径测量转换为单纯的长度测量。本文从实用化的角度,提出一种大型工件外径的测量方法,用准直激光分别瞄准吸附于工件两端的磁性定位块,由四象限光电池接收判断。轻质粗糙导轨造成的误差由CCD器件探测并加以补偿,用激光干涉仪完成测长。     

基于AT89S51的数控机床光栅尺位移测量系统

介绍了应用AT89S51单片机开发设计光栅尺位移测量系统的电路思路及软件设计方法。应用光栅位移传感器和辨向电路的设计原理,开发设计了一套在线测量位移装置,该装置测量精度可达到±0.01mm,实现了在机床加工过程中实时检测工件尺寸。     

基于定位平台的大尺寸工件视觉测量技术研究

对于大幅面工件的几何尺寸很难进行全尺寸视觉测量的问题,提出一种单目视觉加运动控制联合的测量方法.该方法结合了图像检测功能与运动平台的可移动特点,对大尺度工件进行分区编号,控制直线精密定位平台按逆时针顺序对相应区域进行图像采集处理,并建立一种基于Canny边缘检测与分段序贯最小二乘法拟合求交点的角点检测算法,通过获取先后两不同区域图像角点坐标的偏差,结合定位平台位移信息,实现对大幅面工件的全尺寸视觉测量.最后运用建立的大尺寸工件视觉测量系统对特征丰富的工件进行测量实验,实验结果表明系统在200mm测量范围内可保证0.05mm的精度要求.     

面向大型工件现场测量的光笔式视觉测量系统

研制了一种面向大型工件现场测量的光笔式视觉测量系统,对其中的关键技术进行了深入研究。该系统主要由带有红外LED光点的光笔、1台CCD摄像机、靶点亮度控制器、一维标定尺以及安装有测量软件的计算机组成。在对LED点光源光强控制方式及成像系统工作原理进行分析的基础上,设计并实现了以多靶点亮度自适应控制技术和主动离焦模糊技术相结合的靶点光斑图像生成技术。该技术保证了在大跨度测量范围内均能获得高质量的靶点光斑图像,解决了对焦成像中摄像机视场范围与景深有限的问题;针对光笔标定问题,提出了一种简便易行的现场标定方法,此方法只需要若干个辅助靶点和2个以上间距已知的圆锥孔,就可以同时确定光笔上各靶点及光笔测头在光笔坐标系下的坐标。实验结果显示:该测量系统在2~10 m空间长度测量标准差不大于0.095 mm,能够满足中等精度的大型工件现场测量要求。     

IDEF0 Model of the Measurement Planning for a Workpiece Machined by a Machining Centre

A comprehensive analysis of the entire measuring operation for a workpiece machined by a machining centre should be conducted systematically before the application of a planning technique. For this purpose, an IDEF0 model is used in this paper to plan the measuring sequence and operation of a coordinate measuring system for a workpiece machined by a machining centre. Generally speaking, a machining centre can machine workpieces having complicated shapes. Therefore, the planning of measurement procedures and operations on a workpiece machined by a machine centre requires consideration of issues such as the position and measuring sequence of the measurement points, how to avoid probe collision during measuring, which fixture elements are required for measuring fixtures, and where the support points of fixtures and position of fixture locations should be.     

A new vacuum interferometric comparator for calibrating the fine linear encoders and scales

A new one-dimensional laser interferometric comparator has been developed for the calibration of the fine linear encoders and scales up to 1600 mm. In the comparator, the interferometer is fully arranged in vacuum and the calibration objects are mounted under atmospheric conditions. The Abbe’s principle on the alignment of workpiece with the measuring beam is satisfied in the structure of a long measuring range. A travelling slide table, on which the calibration objects are mounted, is supported on guide rails by the air bearing and is driven through a recirculating ballscrew. The exhaust of the air bearing is guided to the exterior of the booth in which the comparator is placed. The travel of the table is measured by a reference interferometer with a beam path in vacuum shielded by an evacuated metal bellow, so that the effect of refractive index is eliminated. The laser beam is led by a polarization plane maintaining glass fiber from a self-designed stabilised He–Ne laser, which is placed in an adjacency room, to the beam inlet of the main unit. The measurement system can input the interferometer signal by the encoder signal or the scale signal, and input the encoder or scale data by the interferometer signal. The system resolution is approximately 0.8 nm and maximum travelling measurement speed is 20 mm/s at continuous measurement. The uncertainly (k=2) of measurement is approximately 30 nm in linear encoders of 500 mm length and, approximately 40 nm in scales of 500 mm, although it depends on the length and the characteristics of encoders and scales. It is successful such a high accuracy that the uncertainty of measurement system is smaller than 40 nm in encoders of 1 m length.     

面向特大型齿轮的激光跟踪多站位定位

提出了面向特大型齿轮的激光跟踪多站位定位测量方法以提高特大型齿轮激光跟踪在位测量系统的齿轮定位精度并精确确定测量仪器与被测齿轮位置与姿态的关系。根据激光跟踪仪多站位测量提供的冗余数据优化求解空间两点间共线方程,建立了特大型齿轮激光跟踪多站位测量模型。然后,提出了利用奇异值分解修正多站位测量模型解析矩阵条件数的方法。 实验结果表明,使用多站位测量模型求得的不同站位待测点间距离的标准差的均值为0.008 mm,明显小于直接在不同站位下测量的标准差均值0.024 mm,表明多站位测量模型具有良好精度控制效果。本文的研究提高了齿轮定位时所需测量点的三维测量精度,为特大型齿轮激光跟踪多站位测量系统建立齿轮坐标模型提供了可靠的数据来源。     

基于标准器的大尺寸测量系统坐标统一化方法

针对大尺寸测量系统坐标统一化过程中公共点的测量误差不可控制的问题,提出了利用可现场溯源的标准器取代传统的独立公共点的方法。设计了一种标准器,并用更高精度等级的三坐标测量机对标准器上各个目标点之间的空间几何位置关系进行标定,把这些几何位置关系作为约束条件。现场应用中多站大尺寸测量仪分别测量标准器上的目标点,计算出各个几何关系与通过标定的约束关系之差,将这个差值与设定的误差限进行比较,确定公共点的测量值是否有效。对该方法进行了理论分析和仿真证明。提出了7参数坐标配准算法对大尺寸测量进行空间坐标数据配准。用激光跟踪仪和激光雷达及4个标准器进行现场实验,实验结果与传统方法相比,坐标配准误差得到降低。为了进一步验证该方法的有效性,把一根经过检定的基准尺放置于测量空间的12个不同位置,使用标准器约束前后的两组坐标配准参数分别计算基准尺长度的平均值和标准差。实验结果表明,使用标准器约束方法能够提高大尺寸测量系统坐标统一化精度。     

Development of a laser-guiding-type deep small-sized hole-measurement system: Measurement accuracy

In this study, a system for measuring small-sized holes with a 17–21 mm diameter and 1000 mm length was constructed. The system comprises a laser interferometer to detect hole accuracy, a probe connected to a measurement bar, and an optical apparatus for detecting the probe attitude (position and inclination). The probe was supported by supporting pads. A steel workpiece with 18 -mm diameter and 800 mm length was used for the performance test. During the experiment, errors were found in terms of hole deviation and roundness profile. Further experiments, using new experimental apparatus and analysis, revealed the causes of errors: electrical noise that increased with time, two periodic stylus swings in the longitudinal direction of the hole per rotation of the measurement unit, and the excessive spring force pushing the tip of the stylus, causing a large frictional force with the hole wall, etc. If these errors are corrected, high accuracy in the measurement of hole deviation and roundness can be achieved.     

基于视觉技术的边缘跟踪轮廓测量系统

激光跟踪测量法在测量工件轮廓方面具有精度高、实时快速、动态测量、操作简单等特点,越来越广泛的被应用.但激光光束易受气象条件影响,不能全天候使用.针对这一问题,介绍了一种基于视觉技术的工件轮廓的跟踪测量,根据系统硬件平台的具体结构采用边缘跟踪轮廓测量可以加快处理速度,对于图像的实时处理有很大好处.基于视觉的边缘跟踪轮廓测量系统利用传统的图象处理,边缘检测和曲线拟合技术,对CCD拍摄下来的图像进行边缘轮廓提取.并像结束点的坐标.结合可重组测量技术达到了高精度检测工件合格率的要求.     

激光跟踪仪测角误差的现场评价

激光跟踪仪是基于角度传感和测长技术相结合的球坐标测量系统,其长度测量采用激光干涉测长方法,可直接溯源至激光波长,因此,激光跟踪仪的长度测量精度远高于角度测量精度,相对而言,测角误差就成为评价跟踪仪测量精度的重要指标。为了对现场测量激光跟踪仪的测角误差进行快速有效地评价,采用跟踪仪多站位对空间中测量区域内若干个被测点进行测量,与传统基于角度交汇原理的多站位冗余测量不同,利用各站位所观测的高精度测长值建立误差方程,并通过测长方向的矢量位移对跟踪仪测长误差进行约束,获得被测点三维坐标在跟踪仪水平角和垂直角方向上的改正值,以此来评价激光跟踪仪的测角误差。通过Leica激光跟踪仪AT901-LR进行了多站位测角误差评价实验,在现场测量条件下,跟踪仪水平和垂直方向测角误差约为0.003 mm/m(1σ),符合跟踪仪的测量误差特性。     

铣削加工中心对刀方案及刀具长度补偿措施

数控程序控制机床用刀具对工件加工之前,不仅要定义刀具参考基准相对工件的位置,还必须定义刀具刀位点相对工件的位置。文章分析了不同对刀方案的对刀原理及操作方法、刀具长度补偿措施及应用特点。