曲臂花键轴跳动误差非接触检测技术研究
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摘要
本文是国防科工委“九五”重点项目“光电多功能测量机”的后期扩展研究，是一个集光、机、电、算为一体的综合性工程课题。
论文研究的是此项目中的一部分—曲臂综合测量机中的花键径向圆跳动误差的非接触检测，针对花键这种特殊机械零件的特点及其径向圆跳动误差接触检测的困难，提出了一种应用光三角测量原理的激光非接触检测方法，具有精度高、速度快、可实现在线检测等特点，并且具有很好的柔性，为国防自动化生产提供了良好的检测工具，还可推广至民用工业。
根据光三角测量原理，给出了检测仪的总体设计方案。具体设计了光三角测头及其光学系统、精密机械系统、计算机控制系统及其数据处理和控制软件，并就检测仪的总体设计进行了较深入的误差分析，提出了解决方案，并对所设计的系统进行实验测试。
经过理论分析和实验验证，本检测仪的设计是合理的，精度也能满足设计要求。
This article is focused on the extended research ,
Photoelectricity Multifunction-Measurement Machine , an
importment project of "the Ninth Five" of Nation Defence
Technology and Projects Commission. It is a comprehensive
project, which involves several fields such as Optics,
Mechanics, Electuonics, and Computer.
In this article, a part of this project is described; it is
non-contacted measurement system for spline radial
circle-jumped error of the crank measuring machine. Because it
is difficult to measure the radial circle-jumped error of this
special shapde object by usual methods. A laser non-contacted
measurement based on the optical-triangle principle is put
forward, it has the advantage of high precision, highspeed, and
on-line detecting. And it also has good flexibility, can be applied
to the automatic production in defense industries, and in the
civilian industries.
According to the optical-triangle measurement principle, the
overrall project design is given out; it includes
optical-triangle-measurement head, optical system, fine
mechanical system, computer control system, and data
processing and comtrolling program. According to the overall
project design, further study in the error analysis is discussed,
and an improved design is put forward, with which, experimental
measurement and data analysis is carried out.
Through the theoretical analysis and experimental
verification, the design of this measurement apparatus is
reasonable, and the precision is also adequate.
论文研究的是此项目中的一部分—曲臂综合测量机中的花键径向圆跳动误差的非接触检测，针对花键这种特殊机械零件的特点及其径向圆跳动误差接触检测的困难，提出了一种应用光三角测量原理的激光非接触检测方法，具有精度高、速度快、可实现在线检测等特点，并且具有很好的柔性，为国防自动化生产提供了良好的检测工具，还可推广至民用工业。
根据光三角测量原理，给出了检测仪的总体设计方案。具体设计了光三角测头及其光学系统、精密机械系统、计算机控制系统及其数据处理和控制软件，并就检测仪的总体设计进行了较深入的误差分析，提出了解决方案，并对所设计的系统进行实验测试。
经过理论分析和实验验证，本检测仪的设计是合理的，精度也能满足设计要求。
This article is focused on the extended research ,
Photoelectricity Multifunction-Measurement Machine , an
importment project of "the Ninth Five" of Nation Defence
Technology and Projects Commission. It is a comprehensive
project, which involves several fields such as Optics,
Mechanics, Electuonics, and Computer.
In this article, a part of this project is described; it is
non-contacted measurement system for spline radial
circle-jumped error of the crank measuring machine. Because it
is difficult to measure the radial circle-jumped error of this
special shapde object by usual methods. A laser non-contacted
measurement based on the optical-triangle principle is put
forward, it has the advantage of high precision, highspeed, and
on-line detecting. And it also has good flexibility, can be applied
to the automatic production in defense industries, and in the
civilian industries.
According to the optical-triangle measurement principle, the
overrall project design is given out; it includes
optical-triangle-measurement head, optical system, fine
mechanical system, computer control system, and data
processing and comtrolling program. According to the overall
project design, further study in the error analysis is discussed,
and an improved design is put forward, with which, experimental
measurement and data analysis is carried out.
Through the theoretical analysis and experimental
verification, the design of this measurement apparatus is
reasonable, and the precision is also adequate.
引文
1 陈永溢，熊文修．机械零件．北京：高等教育出版社，1985：101～123
2 沈继飞．机械设计．上海：上海交通大学出版社，1988：76～89
3 李振清等．机械零件．北京：北京工业学院出版社，1987：72～97
4 廖念钊．互换性与测量技术基础．北京：中国计量出版社，1996：72～76
5 刘馨媛等．光电检测技术．北京：机械工业出版社，1992：12～45
6 顾文郁．现代光电测试技术．上海：上海科学技术文献出版社，1994
7 刘敬海，徐荣甫 激光器件与技术．北京：北京理工大学出版社，1995
8 孙晓明．半导体激光干涉理论及应用．北京：国防工业出版社，1998
9 Dobosz M.High-resolution laser transducer of linear displacements.Opt. Eng,1992,31(3):500
10 彭吉虎，吴伯瑜．光纤技术及应用．北京：北京理工大学出版社，1995
11 徐南荣，卞南华．红外辐射与制导．北京：国防工业出版社，1997
12 戴立铭，江潼君．激光三角测量传感器的精密位移测量．仪器仪表学报．1994，15(4)：400～404
13 向牛三郎．光技术计测[3]，机械匕工具．1995
14 Loxon J.T, Parker D E, Industrial and Their Applications Prentice-Hall, New Jersey.1985:1330～1335
15 JIMZ, Leu C. Optics & Laser Technology. 1989, 21(5): 335～338
16 杨志文．激光三角测头的改进设计．仪器仪表学报．1996，17(10)：550～553
17 Tsusguo Kchno. High precision optical surface sensor. Appl. Opt..1988,27 1): 103
18 张以漠．应用光学．北京：机械工业出版社．1982
19 张强，杨大任．高效半导体激光器准直光学系统的研究．长春光学精密机械学院学报．1992，15(1)：16～20
20 Casey WL, Doughty G, Marsto R et al.. Design consideration for air-to-air laser communications. Proc. SPIE, 1991, 1417:89～98
21 Zeng X, Naqwi A. Far·field distribution of doubte-heterostructure diode laser beams. Appl. Opt.. 1993, 32(24):4491～4494
22 吴晗平．激光光束质量的评价与应用分析．光学精密工程2000，8(4)：128～131
23 Siegman A E. New developments in laser [C]. Proc. SPIE. 1990, 1224:2～14
24 邹振书，李喜增等．非接触测量激光光学探头．光学精密工程．1997，5(6)：83～89
25 张国玉，安志勇等．应用半导体激光器的尺寸测量系统研究．兵工学报．1997，18(5)：125～128
26 Franconis Blais. Practical Consideration for a Design of a High precision 3-D Laser Scanner System. Proc SPIE. 1988, 959:225～245
27 E JL. Design of Optical Triangulation Devices. Optics & Laser Technology. 1989, 21(5): 335～338
28 蔡喜平，赵远．光电位置敏感探测器及应用．激光与红外．1995，26(1)：32～33
29 南卫东，刘承等．位置传感器PSD及其在光扫描动态测试中的应用．仪器仪表学报．1995，16(11)：393～397
30 HAMAMATSU prucuct Hand book, Position Sensitive Detectors
31 MUROH, FRENCH. P, J. Sensors and Acruators。A21-A23, 1990: 544～552
32 光学镜头手册．北京：国防工业出版社。1987(11)
33 王因明等．光学计量仪器设计，北京：机械工业出版社．1989(5)
34 雷霖．微机自动检测．成都：电子科技大学出版社．1998(3)
35 何立民．单片机应用系统设计．北京：北京航空航天大学出版社．1994(2)
36 张宜华．精通MATLAB。北京：清华大学出版社．1999(6)
37 王晓东．赵杰等．采用PSD的激光测距传感器的检测及控制电路．传感器技术．1995，(5)：36～37
38 吴红宇，王世航 Visual C++可视化编程技术，北京：科学出版社．1996(1)
39 吕爱民，袁红星等．入射光强和背景光对二维光电位置敏感器件干扰的影响 光学学报．1998，18(6)：762～766
40 Filicori P F, et al. Error estimation in sampling digital wattmeters. IEE Proceedings, Part A, 1985, 132:122～128
41 李成志等．长春光学精密机械学院科技总结报告．1999(12)
42 Bain L j, Engelhardt M. Approximate distributional results based on the MLE for the Weibull distribution. J. Of Quality Technology. 1986, 18(3): 174～181
43 陶然，重光球．一种测试多因素引起的系统误差的新方法．仪器仪表学报．1999，20(12)：564～567
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