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激光三角法传感技术应用研究

刘尧夫  
【摘要】:基于国家04专项示范工程“轿车发动机曲轴磨削自动化高效柔性单元”项目,课题组承担了曲轴主轴颈同轴度、曲轴主轴颈同连接轴径位置度的自动化测量任务。目前上述指标依赖高精度检测仪器于计量室可以获得很好的评价,但无法满足工业现场在线快速自动化测量的要求,特别是产品100%检测要求。同轴度的测量及轴径间位置度的测量其实质是获取多截面圆心,进而给出相关评价。本文以此为目标,完成的主要研究内容如下:1.通过分析圆心坐标的现有测量方法的优点与不足,结合本课题的具体特点,本文提出了一种基于激光三角法位移传感器的标准圆截面圆心非接触快速获取方法。搭建了该方法实验装置,验证了方法的可行性。2.为实施上述方法,提出了一种基于三坐标机的新型标定方法,通过三坐标机对标准件以及测量系统对标准件的交替测量,完成对测量系统固有参数的标定。通过实验得到双传感器测量系统及三传感器测量系统的测量最大误差。通过大量处理数据提出了标定点的选择依据。分析了这两种方法的优劣以及传感器精度对整个测量系统的影响。并通过实验验证,测量精度更高的传感器形成的双测头测量系统,测量最大误差值大幅降低。分析了整个测量系统的误差影响因素及继续研究的方向。3.针对商品化传感器的为提升商品实用性,扩大测量范围,降低测量精度,成本高等缺陷。本文对开展了传感器的自主研发工作。通过对不同精度传感器对测量系统精度的影响实验,证明了传感器精度的重要性。而基于工业现场应用成本的考虑,证实了自主研制传感器的必要性。以FPGA+DSP作为主要核心芯片,完成基于CCD的激光三角法位移传感器的研制。通过分析传感器原理、基本组成、机械结构、选型因素、硬件结构及标定方法,采用插值表的方法完成对全量程的插值,实现在测量范围10mm内激光三角法位移传感器的最大测量误差10微米。分析了整个自制激光三角法位移传感器的误差因素及继续研究的方向。


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