CN107907062A - 基于双光学灵敏杠杆原理的轴承内径测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于双光学灵敏杠杆原理的轴承内径测量方法。本发明中入射光从平面镜A中心45°入射，再经平镜B反射后，由平面镜B上方的CCD接收。测量时，平面镜A与平面镜B均会绕轴心转动，CCD接收光点的位置也会产生变化。平面镜A、B再次分别绕各自轴心按规定的方向旋转某个角度，CCD上的光点位置再次产生移动。根据CCD上光点的两次位移即可测算出平面镜A、B以及在基线位置上的水平位移，该位移即轴承加工工艺上的误差值。根据平面镜旋转顺逆，轴承内径的理论值加减所测得的误差值即为轴承内径的实测值。本发明具有测量灵敏度高、快速、操作简单等优点。

Description

基于双光学灵敏杠杆原理的轴承内径测量方法

技术领域

本发明涉及轴承内径测量领域，特别涉及一种基于双光学灵敏杠杆原理的轴承内径测量方法。

背景技术

随着当今世界现代制造业技术的飞速进步，我国对工业产品的尺寸检测的精度提出了更高的要求，由此精密检测技术成为当今制造业不可或缺的一部分。同时正是随着对测量精度不断地提高要求，现今检测技术需要面对的全新测量难题，传统的原始检测手段往往已不能完全解决，所以具有创新性地高效、快速在线测量方法亟需提出。

几何量测量中的一项十分重要内容无疑是长度测量，同时长度测量也是孔径测量中的一项关键技术。现今孔径测量已不再是对直径数值的简单测量，而趋势是向更为高精度的孔径测量方向发展。并且对孔径的形位参数的测量也开始提出更高的要求。但是目前由于测量方法和测量器具等各个方面的制约，孔内的内尺寸测量精度远不如外尺寸测量精度高，测量技术也需要更具创新性的发展。对孔径任意界面位置处的内尺寸参数进行精密测量，一直是内径测量领域的一项重大技术难题。

外径检测目前早已成熟，但是针对内径的检测，一般的接触式测量工具，如千分尺，内径百分表和光学杠杆等，普遍精度较低，三坐标测量仪虽然精度较高，但操作较为复杂，而且在测量过程中要进行测头的误差补偿，还有就是，三坐标测量仪并不是针对孔类零件而设计的，在测量孔类零件时并无突出优势。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了基于双光杠杆法测轴承内径的方法。

设A、B为两平面镜，激光从平面镜A入射，平面镜B反射，并由平面镜B上方的水平放置的CCD感应，其轴心位置分别为O₁、O₂，平面镜A、B的初始位置分别与水平方向呈135°以及45°，平面镜A、B可分别绕轴心O₁、O₂转动。S线为一条基准线，初始位置平面镜A、B与基准线S的交点分别为Q₁、Q₂，且Q₁Q₂＝d，d为被测轴承内径的理论值。基准线S距O₁O₂所在水平面的垂直距离为b，CCD距O₁O₂所在水平面的垂直距离为H。ΔL₁、ΔL₂分别为A镜顺时针、逆时针转动α_S、α_N角反映在基准线S上的微小位移；ΔL₃、ΔL₄分别为B镜顺时针、逆时针转动β_S、β_N角反映在基准线S上的微小位移。实际生产应用中，ΔL₁、ΔL₂、ΔL₃、ΔL₄所代表的值为，轴承内径生产过程中产生的误差值。基于该测量方法，实际所测得的轴承内径表示为D，则D的值有如下情况：

D＝d+ΔL₁+ΔL₄

D＝d+ΔL₁-ΔL₃

D＝d-ΔL₂+ΔL₄

D＝d-ΔL₂-ΔL₃

平面镜A、B反映在基准线S上的微小位移与各自转过的微小角度之间的函数关系式为：

初始平面镜A、B与水平方向所夹锐角均为45°，此时CCD上所示光点位置为P₁，由于平面镜A、B顺时针、逆时针旋转有多种组合，所以由CCD接收到光点的位置总共有九个区，分别为P₁-P₉。

P₅:A₀B_N＝H tan 2β_N

P₁:A₀B₀＝H tan 2β＝0

P₆:A₀B_S＝H tan 2β_S

而各个光点到初始点P₁点的距离可通过CCD测得，再次使双光杠杆系统中的平面镜A、B分别绕各自轴心按规定的方向旋转某个角度，使得在基准线S上反映为在同一个方向移动相同的已知量ΔL，平面镜A与平面镜B所对应转过的角度为Δα、Δβ，光点的位置会再次移动，而Δα、Δβ可用ΔL、α、β来表示，新的光点位置在原来方程的基础上，在未知数角度上增加一个偏角，从而构造出一个新的方程。根据新方程和原方程所构造的方程组解得两个角度未知量，根据角度换算出平面镜A、B在基准线上所产生的位移，即ΔL₁、ΔL₂、ΔL₃、ΔL₄的值，根据上述所示D值表达式，便可得到内径的实际直径大小。

本发明的有益效果在于：本发明具有测量灵敏度高、快速、操作简单等优点。

附图说明

图1是双光杠杆测微小位移的原理图；

图2是本发明的实施例；

具体实施方式

以下结合附图对发明作进一步说明。

如图1为双光杠杆测微小位移的原理图，A、B为两平面镜，其轴心位置分别为O₁、O₂，平面镜A、B的初始位置分别与水平方向呈135°以及45°，平面镜A、B可分别绕轴心O₁、O₂转动。S线为一条基准线，初始位置平面镜A、B与基准线S的交点分别为Q₁、Q₂，且Q₁Q₂＝d,d为被测轴承内径的理论值。基准线S距O₁O₂所在水平面的垂直距离为b，CCD距O₁O₂所在水平面的垂直距离为H。ΔL₁、ΔL₂分别为A镜顺时针、逆时针转动α_S、α_N角反映在基准线S上的微小位移；ΔL3、ΔL₄分别为B镜顺时针、逆时针转动β_S、β_N角反映在基准线S上的微小位移。实际生产应用中，ΔL₁、ΔL₂、ΔL₃、ΔL₄所代表的值为，轴承内径生产过程中产生的误差值。基于该测量方法，实际所测得的轴承内径表示为D，则D的值有如下情况：

D＝d+ΔL₁+ΔL₄

D＝d+ΔL₁-ΔL₃

D＝d-ΔL₂+ΔL₄

D＝d-ΔL₂-ΔL₃

平面镜A、B反映在基准线S上的微小位移与各自转过的微小角度之间的函数关系式为：

初始平面镜A、B与水平方向所夹锐角均为45°，此时CCD上所示光点位置为P₁，由于平面镜A、B顺时针、逆时针旋转有多种组合，所以由CCD接收到光点的位置总共有九个区，分别为P₁-P₉。

P₅:A₀B_N＝H tan 2β_N

P₁:A₀B₀＝H tan 2β＝0

P₆:A₀B_S＝H tan 2β_S

而各个光点到初始点P₁点的距离可通过CCD测得，因此未知量为ΔL₁(或者ΔL₂)以及ΔL₃(或者ΔL₄)。但是由于一个方程中存在两个未知数，无法将其解出。所以再考虑使双光杠杆系统中的平面镜A、B分别绕各自轴心按规定的方向旋转某个角度，使得在基准线S上反映为在同一个方向移动相同的已知量ΔL，平面镜A与平面镜B所对应转过的角度为Δα、Δβ，光点的位置会再次移动，而Δα、Δβ可以用ΔL、α、β来表示，新的光点位置可以在原来方程的基础上，在未知数角度上增加一个偏角，从而构造出一个新的方程。根据新方程和原方程所构造的方程组可解得两个角度未知量，根据角度换算出平面镜A、B在基准线上所产生的位移，即ΔL₁、ΔL₂、ΔL₃、ΔL₄的值，根据上述所示D值表达式，便可得到内径的实际直径大小。

下面结合图2的实施例对本发明作进一步说明：

A、B为两平面镜，其轴心位置分别为O₁、O₂，平面镜A、B的初始位置分别与水平方向呈135°以及45°，平面镜A、B可分别绕轴心O₁、O₂转动，S线为一条基准线，处于初始位置的平面镜A、B与基准线S的交点分别为Q₁、Q₂，且Q₁Q₂＝d,d为被测轴承内径的理论值。基准线S距O₁O₂所在水平面的垂直距离为b，CCD距O₁O₂所在水平面的垂直距离为H。ΔL₁、ΔL₂分别为A镜顺时针、逆时针转动α_S、α_N角反映在基准线S上的微小位移；ΔL₃、ΔL₄分别为B镜顺时针、逆时针转动β_S、β_N角反映在基准线S上的微小位移。令A镜逆时针旋转了α_N角，到A’位置，B镜逆时针旋转了β_N角到了B”位置，从CCD上可以接受到的光点位置为P₉：

式中

在上述方程中，A_NB_N的值可以通过CCD读出，H、d、b均为常量，未知量为ΔL₂、ΔL₄，一个方程两个未知数没有解，于是将A镜、B镜规定各自按逆时针方向旋转一个小角度,使得A镜、B镜在基准线上均向右移动了一个已知量ξ，A镜从A’位置移动到了A’₂位置，B镜从B″位置移动到B″₂位置，CCD上光点位置由P₉移动到了P₁₀位置，则P₁₀位置方程如下：

式中

因此增加了一个方程，增加了一个已知量ξ，未知量依然为ΔL₂、ΔL₄，联立P₉、P₁₀这两个方程便可以分别得到ΔL₂、ΔL₄这两个未知量的值。因此可得轴承内径实际值为：

D＝d-ΔL₂+ΔL₄。

Claims (1)

1.基于双光学灵敏杠杆原理的轴承内径测量方法，其特征在于该方法具体是：

设A、B为两平面镜，激光从平面镜A入射，平面镜B反射，并由平面镜B上方的水平放置的CCD感应，平面镜A和平面镜B的轴心位置分别为O₁、O₂，平面镜A、B的初始位置分别与水平方向呈135°以及45°，平面镜A、B可分别绕轴心O₁、O₂转动；S线为一条基准线，初始位置平面镜A、B与基准线S的交点分别为Q₁、Q₂，且Q₁Q₂＝d，d为被测轴承内径的理论值；基准线S距O₁O₂所在水平面的垂直距离为b，CCD距O₁O₂所在水平面的垂直距离为H；ΔL₁、ΔL₂分别为A镜顺时针、逆时针转动α_S、α_N角反映在基准线S上的微小位移；ΔL₃、ΔL₄分别为B镜顺时针、逆时针转动β_S、β_N角反映在基准线S上的微小位移；ΔL₁、ΔL₂、ΔL₃、ΔL₄所代表的值即为轴承内径生产过程中产生的误差值；实际所测得的轴承内径表示为D，则D的值有如下情况：

D＝d+ΔL₁+ΔL₄

D＝d+ΔL₁-ΔL₃

D＝d-ΔL₂+ΔL₄

D＝d-ΔL₂-ΔL₃

平面镜A、B反映在基准线S上的微小位移与各自转过的微小角度之间的函数关系式为：

初始平面镜A、B与水平方向所夹锐角均为45°，此时CCD上所示光点位置为P₁，由于平面镜A、B顺时针、逆时针旋转有多种组合，所以由CCD接收到光点的位置总共有九个区，分别为P₁-P₉；

P₂:

P₃:

P₄:

P₅:A₀B_N＝H tan 2β_N

P₁:A₀B₀＝H tan 2β＝0

P₆:A₀B_S＝H tan 2β_S

P₉:

P₇:

P₈:

而各个光点到初始点P₁点的距离可通过CCD测得，再次使双光杠杆系统中的平面镜A、B分别绕各自轴心按规定的方向旋转某个角度，使得在基准线S上反映为在同一个方向移动相同的已知量ΔL，平面镜A与平面镜B所对应转过的角度为Δα、Δβ，光点的位置会再次移动，而Δα、Δβ可用ΔL、α、β来表示，新的光点位置在原来方程的基础上，在未知数角度上增加一个偏角，从而构造出一个新的方程；根据新方程和原方程所构造的方程组解得两个角度未知量，根据角度换算出平面镜A、B在基准线上所产生的位移，即ΔL₁、ΔL₂、ΔL₃、ΔL₄的值，根据上述所示D值表达式，便可得到内径的实际直径大小。