关于一种高精度小孔圆度检测方法研究

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【摘 要】随着科技的不断发展，微型零件的应用越来越广泛，尤其在精密系统中，对微型零件的精确度要求越来越高，需要我们加强高精度小孔圆度检测方法的研究。在零件的检测中，圆度误差及形状直接关系着零件的精确度，为了确保微型零件的加工质量，我们在文中详细介绍了一种高精度小孔圆度检测方法。该检测方法主要运用了激光共焦测距的原理，降低了检测误差，进一步提高了小孔表面圆度的检测精度，以供参考。

【关键词】高精度 小孔圆度检测 检测方法 研究分析

引言

目前，在小孔圆度检测方法中，一些传感器已经实现了非接触性、较高精度的测量，例如光纤传感器、激光位移传感器等，有效提高了圆度检测的准确度。但是，在检测过程中，传感器的运行会造成一定的误差，轴系旋转也会存在误差，许多的检测方法完全考虑到这些误差的存在，导致测量精度受到了一定的影响。而运用激光共焦测距的原理研究的检测方法，解决了这些误差问题，有效提高了小孔圆度的测量精度。下面首先来介绍一下这种检测装置，然后再来进一步探讨该种圆度检测方法。

1 高精度小孔圆度检测系统的介绍

对于小孔圆度检测的方法有许多种，为了提高检测的精确度，我们可以采用误差分离技术、视觉技术等。运用视觉技术进行圆度检测，不仅能够快速进行测量，而且具备非接触性，但是这种方法只能适用于小型工件，不适用于高精度小孔测量。在运用误差分离技术进行小孔圆度测量时，多点法、多步法的运用较多，其中多点法又可以分为两点法、三点法等，而多步法也可以分为两步法、反向法等。而在小孔圆度测量过程中，根据激光共焦测距的原理研制出的误差检测系统，属于高精度非接触检测手段，能够准确的进行孔径表面的检测工作，下面我们来具体了解一下该系统的检测原理、装置结构等。

1.1 传感器的工作原理

在进行小孔圆度测量时，我们要用到激光共焦位移传感器，它的工作原理如图1和图2中所示。通过半导体激光器来发出光束，然后经过物镜到达目标表面，并将光束聚焦在小孔，通过小孔到了受光元件中，然后根据光线位置来进行测量计算。在图1中，半导体激光没有在目标表面形成焦点时，只有一部分接收光进入小孔，接收光亮度非常低。

而在图2中，半导体激光在目标表面形成了焦点，这是接收光完全到达了小孔，接收光的亮度明显高出很多。

1.2 检测过程的介绍

在小孔圆度检测过程中，需要我们用到激光共焦位移传感器、旋转轴系、消径跳误差系统、数据处理系统等，检测装置如图3所示。在检测系统中，传感器位于轴心位置，旋转反射镜能够确保小孔圆度的全面扫描，系统中还运用了精密轴系，在它的带动下，主光栅、反射镜及主轴随其转动。在进行小孔圆度误差检测时，首先要将零件检测表面固定好，将激光共焦位移传感器牢稳的固定在相关位置。然后运用旋转轴系、反射镜进行表面的检测，还要做好相关数据的扫描，并且准确的进行圆度误差值的计算。

2 高精度小孔圆度的检测计算方法

2.1 径跳评价方法

在径跳检测方法中，包括接触式和非接触式两种，都可以采用单向的检测方式，而在进行圆度误差检测时，单向检测方式不能够准确的进行圆周点测量。为此，我们在进行圆度检测时，我们要明确轴系任意时刻的位置，降低传感器运行过程中对测量准确度的影响。在检测过程中，一种径跳评价方法能够计算出径向跳动的误差，它主要将主光栅作为基准，且与指示光栅进行同轴安装，并将对径放置到两大接收系统中，做好两光电信号的接收工作，运用相位计，测量出信号间的差距。另外，我们可以通过径向跳动量与两光电信号进行转换，从而计算出径向跳动精度。

2.2 数据处理方法

在密珠轴系的应用过程中，要求精度值十分高，而在测量时的点在极其微小的孔面上。在进行数据处理时，我们要先设置基准平面，将其定为传感器最初的位置平面，用字母u来表示元件理想轴与旋转轴心之间的距离，而对于理想位置轴向跳动量我们用t表示，在反复的测量中，我们可以有效的提高检测精度。例如，我们在对Φ5mm圆度误差进行计算时，将元件表面固定，使反射镜面与理想轴线处于平行位置，经过多次测量，得出的误差值为0.0036mm、0.0033mm、0.0034mm，圆度误差十分微小。

2.3 消除误差方法

在运用检测系统进行元件表面检测时，将被检测元件表面、传感器固定在一定位置上，当激光光束通过镜面聚焦在面上时，通过旋转反射镜做到圆周点的全面测量，这样以来，就会降低传感器运行过程中造成的误差。在进行反射镜选择时，我们要选择平面反射，这样就不会产生一定象差。而在反射镜的应用过程中，原本复杂的径跳误差，被转换为测量点轴向跳动，巧妙的缩减了数据的处理步骤。

在计算过程中，我们可以设定平面a，如图4所示，通过反射定律，我们能够得出a面与反射面的垂直关系。一旦反射镜面与a面平行时，检测点一旦随之移动，就会影响数据测量的准确度。只有当a面与镜面垂直时，光线无变化，才能确保测量精度。由此得知，反射镜面与a面的关系非常重要，径跳在其运行方向中的分量需要重点考虑，一般我们需要将平行于a面的方向和垂直于a面的方向分开来表示，可以利用坐标轴的计算方式，将径跳运行方向中的分量运用公式计算出来。

结语

随着高精度测量系统的深入研究，大大提高了微型零件加工质量，有效的降低了小孔圆度误差。在检测过程中，轴系径跳误差、传感器运行误差等，都需要完全考虑到。我们在激光共焦位移传感器的基础之上，通过相关误差计算系统及旋转反射镜，将测量过程中的误差降到最低，有效的提高了圆度检测精度。该种检测方法不仅采用了非接触方式，而且降低了各种误差，避免了传感器运行过程中对测量精度的影响，为小孔圆度测量提供了可靠的依据。

参考文献

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