长距离同轴度测量方法及实验
长距离同轴度测量方法及实验_成相印
第18卷 第2期1997年4月 计 量 学 报ACT A M ET ROL OGICA SIN ICA Vol.18,l 2 Apr il,1997长距离同轴度测量方法及实验*成相印 方仲彦 殷纯永 郭继华(清华大学,北京 100084)摘要 本文介绍了一种新型的自适应双频激光同轴度测量系统,该系统利用两个完全对称的渥拉斯顿棱镜,一个作为测量元件,另一个作为补偿元件。
采用比相技术处理测量信号,因而测量元件可以暂时移出光路,能够进行同轴度的测量。
系统的光学设计使激光光束的平漂和角漂不影响测量结果,对激光的漂移有自适应性。
两束干涉光基本符合共光路原则,因而对大气湍流、空气扰动的影响具有更强的适应性,可用于长距离直线度、同轴度的测量。
该系统与HP5528双频激光干涉仪在27m 的长导轨上进行了测量直线度的比对实验及挡光实验。
比对实验结果表明,该系统在测量精度及稳定性上不低于HP 5528。
挡光实验表明,该系统挡光后,数据能够自动恢复,可用于同轴度的测量。
关键词: 直线度测量 同轴度测量 自适应系统本文于1995-12-26收到,1996-10-16修改收到。
* 国家自然科学基金资助项目1 前言激光在准直测量方面的应用十分广泛。
利用双频激光干涉仪的直线度附件测直线度是其成功的范例,其光路如图1所示。
该方案对于激光光束的平漂和角漂有自适应作用,测量精度图1 双频激光测直线度原理图高,工作稳定。
传统的双频激光干涉仪在信号处理上采用锁相倍频计数技术,不允许光路信号中断,否则计数立即无效,因而H P5528等双频激光干涉仪不可能用于测量同轴度。
作者提出了一种新型的自适应双频激光准直系统,该系统可以用于同轴度测量。
本文介绍了该系统的测量原理,并与H P5528测直线度系统进行了比对实验。
2 测量原理同轴度测量系统原理如图2所示。
双频激光头出射的正交线偏振光通过第一个渥拉斯顿棱镜W 1,分开一小角度,再通过第二个渥拉斯顿棱镜W 2后,变成两束平行光,经直角棱镜反射后,再依次通过W 2、W 1又变成一束光,经探测器D 2接收,形成测量信号。
同轴度的三种测量方法
同轴度的三种测量方法
同轴度是机械产品检测中常见的一种形位公差项目。
是表示零件的轴与轴、孔与孔、轴与孔之间要求同轴，也可以理解为：控制实际轴线与基准轴线的偏离程度。
在测量中，同轴度是测量工件经常会遇到的事，在测量时，通常使用的测量设备主要是三坐标测量仪，三坐标是公认的测量空间形状误差较好的精密检测设备。
三坐标测量仪测量同轴度的测量方式有公共轴线法、直线度法、求距法，其中公共轴线法是最广泛使用的办法。
1.公共轴线法
在被测元素和基准元素上测量多个横截面的圆，再将这些圆的圆心构造一条3D直线，作为公共轴线，每个圆的直径可以不一致，然后分别计算基准圆柱和被测圆柱对公共轴线的同轴度，取其最大值作为该零件的同轴度。
这条公共轴线近似于一个模拟心轴，所以使用公共轴线法的测量效果是最接近零件的实际装配过程。
2.直线度法
在被测元素和基准元素上测量多个横截面的圆，然后选择这几个元构造一条3D直线，同轴度近似为直线度的两倍。
被收集的圆在测量时最好测量其整圆，如果实在一个扇形上测量，则测量软件计算出的偏差可能很大。
3.求距法
同轴度为被测元素和基准元素轴线间最大距离的两倍。
即用关系
计算出被测元素和基准元素的最大距离后，将其乘以2即可。
求距法在计算最大距离时要将其投影到一个平面上来计算，因此这个平面与用作基准的轴的垂直度要好。
这种情况比较适合测量同心度。
同轴度的检测方法
同轴度的检测方法引言同轴度是指物体中心轴与其他几何元素的对齐程度。
在许多工程和制造领域中，同轴度的检测是一项重要的任务，它可以确保产品的精度和性能。
传统检测方法传统上，同轴度的检测方法主要基于使用测量工具和仪器来测量物体的几何特征。
以下是常见的传统检测方法：1.物体旋转法物体旋转法是一种简单且常用的方法，它使用一个旋转平台和测量工具来确定物体中心轴与其他元素的对齐程度。
通过旋转物体并记录测量结果，可以得出物体的同轴度。
2.投射法投射法是一种使用光线或激光来测量物体特征的方法。
通过投射光线或激光并记录反射或散射的结果，可以确定物体的同轴度。
现代检测方法随着技术的进步，现代的同轴度检测方法更加精确和高效。
以下是一些现代检测方法的示例：1.光学测量法光学测量法是利用光学传感器和相机来捕捉物体的图像，并使用图像处理技术来分析和测量物体的几何特征。
通过对物体图像进行处理和比较，可以得出物体的同轴度。
2.三维扫描法三维扫描法使用激光扫描仪或光学扫描仪来捕捉物体的表面几何信息。
通过对扫描数据进行分析和比较，可以确定物体的同轴度。
3.数值模拟法数值模拟法使用计算机模拟和仿真技术来分析物体的设计和制造过程。
通过建立几何模型和进行数值计算，可以评估物体的同轴度，并进行优化设计。
结论同轴度的检测方法在工程和制造领域中具有重要意义。
传统的方法使用测量工具和仪器进行物理测量，而现代的方法则利用光学和计算机技术进行更精确和高效的测量。
随着技术的进步，我们可以期待同轴度检测方法在未来的发展和应用中更加广泛和多样化。
同轴度的测量方法
同轴度的测量方法
同轴度是指两个轴线在相同平面内且距离很近的程度，测量同轴度的方法有以下几种：
1. 使用千分尺：将千分尺固定在一端，另一端对准待测的轴，记录读数。
然后将千分尺旋转180度，对准同一位置重新读数。
如果两次读数相等，表示两个轴在同一直线上，同轴度为0。
如果读数不相等，则两个轴不在同一直线上，同轴度可通过读数差来计算。
2. 使用同心度表：将同心度表两个球面测头分别放在待测轴的两端，然后旋转测头，记录同心度表指示值。
如果两个轴同心度高，需要调整轴的位置，以使得测头的指示最小。
3. 使用绳线法：在两个轴的中心穿上一根细绳或牛皮线，然后在两个轴端上固定一个精度较高的刻度尺。
将两个轴转动，观察绳线或牛皮线的位置变化，计算出两个轴的同轴度。
4. 使用立轴法：在待测轴的两端安装两个垂直的定位柱，然后使用立轴读数器在两个定位柱上测量两个轴的距离差，以确定同轴度。
以上是常用的几种同轴度测量方法，但不同方法的适用范围和精度有所不同，需要根据具体情况选择合适的方法。
同轴度测量方法
同轴度测量方法方法一：用两个相同的刃口状V 形块支承基准部位，然后用打表法测量被测部位。
1、测量器具准备百分表、表座、表架、刃口状V 形块、平板、被测件、全棉布数块、防锈油等。
2、测量步骤1）将准备好的刃口状V 形块放置在平板上，并调整水平。
2）将被测零件基准轮廓要素的中截面（两端圆柱的中间位置）放置在两个等高的刃口状V 形块上，基准轴线由V 形块模拟，如下图所示。
同轴度测量方法示意图3）安装好百分表、表座、表架，调节百分表，使测头与工件被测外表面接触，并有1～2圈的压缩量。
4）缓慢而均匀地转动工件一周，并观察百分表指针的波动，取最大读数Mmax 与最小读数Mmin 的差值之半，作为该截面的同轴度误差。
5）转动被测零件，按上述方法测量四个不同截面（截面A 、B、C、D），取各截面测得的最大读数Mimax 与最小读数Mimin 差值之半中的最大值（绝对值）作为该零件的同轴度误差。
6）完成检测报告，整理实验器具。
3、数据处理1）先计算出单个测量截面上的同轴度误差值，即Δ = （Mmax －Mmin ）/2。
2）取各截面上测得的同轴度误差值中的最大值，作为该零件的同轴度误差。
4、检测报告按步骤完成测量并将被测件的相关信息及测量结果填入检测报告单中,并检验零件的行为误差是否合格。
方法二：利用数据采集仪连接百分表测量法[1]1、测量仪器：偏摆仪、百分表、数据采集仪2、测量原理：数据采集仪会从百分表中自动读取测量数据的最大值跟最小值，然后由数据采集仪软件里的计算软件自动计算出所测产品的圆度误差，最后数据采集仪会自动判断所测零件的同轴度误差是否在同轴度范围内，如果所测同轴度误差大于同轴度图：数据采集仪连接百分表测量同轴度误差示意图。
同轴度测量原理
同轴度测量原理
同轴度测量原理是通过测量物体上的几个特定点与其轴线之间的距离差异来反映物体边缘或表面的不规则程度的一种方法。
同轴度测量主要通过以下步骤进行：
1. 定义轴线：首先，需要确定物体的轴线，该轴线可以是任意的直线。
2. 选择测量点：在物体上选择几个特定的点，这些点最好在物体的边缘或表面上，应尽量分布均匀。
3. 测量距离：使用测量工具（如卡尺、激光仪等）测量每个点到轴线的距离。
4. 计算同轴度：将每个点到轴线的距离进行比较和计算，可以使用标准差等统计指标来评估同轴度。
同轴度测量原理的基本思想是，通过衡量物体表面或边缘上的各点与定义的轴线之间的距离差异，来反映物体轮廓的不规则性。
当所有点到轴线的距离相等时，表示物体完全对称，同轴度较高；而当点与轴线的距离存在较大差异时，表示物体不规则度较大，同轴度较低。
同轴度测量原理可以广泛应用于机械加工、工件质检、光学制造等领域，用于评估产品的准确度和精度。
同轴度的检测方法和标准
同轴度的检测方法和标准同轴度是指物体表面上两个平行的轴线之间的垂直度，通常用来表示物体的平行度。
同轴度的检测方法和标准在各个行业中都有应用，特别是在制造业中，对于高精度的零部件和设备的制造和装配过程中，同轴度的检测和要求是非常重要的。
同轴度的检测方法主要有以下几种：1. 使用量具测量法：这是一种比较简单和常用的方法。
通过使用一些专门的同轴度测量工具，比如同轴度测量仪、平行度尺等，将其放置在需要测量的物体表面上，根据工具上的刻度读数来确定两个轴线之间的垂直度。
2. 使用光学测量仪器：光学测量仪器可以利用光束的反射或折射原理，通过测量反射或折射光线的干涉图案来确定同轴度。
这种方法通常需要使用一些高精度的光学仪器，如干涉仪、显微镜等。
3. 使用三坐标测量仪：三坐标测量仪是一种高精度的测量仪器，可以通过测量物体上的多个点的坐标来确定物体的几何形状。
使用三坐标测量仪可以测量很多物体的同轴度，特别是对于复杂形状的零件和设备。
同轴度的检测标准通常根据具体的行业和产品来制定，例如ISO标准、国家标准等。
检测标准通常包括以下几个方面：1. 同轴度的度量单位：同轴度通常用角度单位（如度或弧度）来表示，但具体的度量单位可以根据具体的应用来确定。
2. 同轴度的定义：标准中通常会明确同轴度的定义和计算方法，可以根据测量结果和具体要求来判断物体是否满足同轴度标准。
3. 同轴度的容许范围：标准一般会规定同轴度的容许范围，即物体在同轴度测试中可以允许的误差范围。
容许范围可以根据不同物体和应用来确定，通常用数字表示。
同轴度的检测标准的制定和执行对于制造业来说非常重要，可以保证生产出的产品满足设计要求，并且可以提高产品质量和可靠性。
在实际应用中，同轴度的检测通常需要结合其他几何参数的检测来进行，例如平行度、垂直度等。
同时，定期对检测设备进行校准和维护也是确保同轴度检测结果准确和可靠的重要环节。
总之，同轴度的检测方法和标准在制造业中具有广泛的应用，可以通过量具测量法、光学测量仪器、三坐标测量仪等方法来进行。
同轴度的验证方法
同轴度的验证方法1. 引言同轴度是衡量某一物体内部零部件之间的几何特性关系的指标。
验证同轴度的准确性对于确保产品的性能和质量非常重要。
本文将介绍一种常用的同轴度验证方法，以供参考和实践。
2. 实验步骤以下是验证同轴度的步骤：2.1 准备工作- 确保实验环境整洁，没有任何杂物或尘土。
- 准备验证工具，如量具和测量仪器。
2.2 定位测量点- 根据实际需求和要求，在物体上标记出需要验证的测量点。
- 需要验证的测量点应为物体内部零部件之间的接触点或连接处。
2.3 开始测量- 使用量具或测量仪器准确地测量标记的测量点。
- 至少进行三次测量，以确保结果的准确性和可靠性。
2.4 分析测量数据- 将测量数据记录下来，并进行数据处理和分析。
- 计算测量值之间的差异，并比较其大小。
- 如果测量值之间的差异很小，说明同轴度较高；如果差异较大，则需要进一步调整和校准。
2.5 结果评估- 根据分析结果，评估同轴度的准确性和可靠性。
- 如果同轴度经验证合格，说明物体内部零部件的几何特性关系良好；如果不合格，则需要进一步调整和改进。
3. 注意事项在进行同轴度的验证实验时需要注意以下事项：- 测量工具的准确性和稳定性。
- 实验环境的整洁和干净。
- 需要验证的测量点的选择和标记。
- 测量数据的准确记录和分析。
4. 结论同轴度的验证方法是确保产品性能和质量的关键步骤。
通过准确测量和分析，可以评估物体内部零部件之间的几何特性关系，从而判断同轴度的合格性。
在实践中，需要注意实验细节，并根据分析结果进行调整和改进，以确保产品达到预期的同轴度要求。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第18卷 第2期1997年4月 计 量 学 报ACTA METROLO GICA SIN ICA Vol.18,№2 April ,1997长距离同轴度测量方法及实验3成相印 方仲彦 殷纯永 郭继华(清华大学,北京 100084)摘要 本文介绍了一种新型的自适应双频激光同轴度测量系统,该系统利用两个完全对称的渥拉斯顿棱镜,一个作为测量元件,另一个作为补偿元件。
采用比相技术处理测量信号,因而测量元件可以暂时移出光路,能够进行同轴度的测量。
系统的光学设计使激光光束的平漂和角漂不影响测量结果,对激光的漂移有自适应性。
两束干涉光基本符合共光路原则,因而对大气湍流、空气扰动的影响具有更强的适应性,可用于长距离直线度、同轴度的测量。
该系统与HP5528双频激光干涉仪在27m 的长导轨上进行了测量直线度的比对实验及挡光实验。
比对实验结果表明,该系统在测量精度及稳定性上不低于HP5528。
挡光实验表明,该系统挡光后,数据能够自动恢复,可用于同轴度的测量。
关键词: 直线度测量 同轴度测量 自适应系统本文于1995-12-26收到,1996-10-16修改收到。
3 国家自然科学基金资助项目1 前言激光在准直测量方面的应用十分广泛。
利用双频激光干涉仪的直线度附件测直线度是其成功的范例,其光路如图1所示。
该方案对于激光光束的平漂和角漂有自适应作用,测量精度图1 双频激光测直线度原理图高,工作稳定。
传统的双频激光干涉仪在信号处理上采用锁相倍频计数技术,不允许光路信号中断,否则计数立即无效,因而HP5528等双频激光干涉仪不可能用于测量同轴度。
作者提出了一种新型的自适应双频激光准直系统,该系统可以用于同轴度测量。
本文介绍了该系统的测量原理,并与HP5528测直线度系统进行了比对实验。
2 测量原理同轴度测量系统原理如图2所示。
双频激光头出射的正交线偏振光通过第一个渥拉斯顿棱镜W 1,分开一小角度,再通过第二个渥拉斯顿棱镜W 2后,变成两束平行光,经直角棱镜反射后,再依次通过W 2、W 1又变成一束光,经探测器D 2接收,形成测量信号。
D 1输出的是参考图2 同轴度测量原理图信号。
W1(或W2)的移动会使测量信号与参考信号间的相位发生变化,通过测量二者相位的变化,就可得到W1(或W2)的移动量。
为了实现同轴度的测量,信号相位的变化必须在±180°内,故必须对测量范围和分辨率作统一考虑。
取测量信号和参考信号相位变化0.1°对应W1横向移动1μm,这样对渥拉斯顿棱镜W1来说移动量S为:S=λ/N4sin(θ/2)C式中:λ—激光波长;θ—渥拉斯顿棱镜的两出射光之间的夹角;N—计数电路的倍频数;C—计数器的累加数。
根据设计,有S=1μm,N=3600,λ=0.6328μm,C=1,得:θ/2=0.0025°。
再根据 sin(θ/2)=(n02n e)tgβ得渥拉斯顿棱镜的楔角: β=0.28°信号相位变化011°,对应W1(或W2)横向移动1μm,这样,信号一个周期±180°就代表了W1移动±1.8mm,这个量程对于测量直线度和同轴度来说是足够的。
在测量相位时,由于信号不会跨越一个周期,保证了读数的单值性。
按照这个要求设计,此时两光束分开角度θ≈01005°,可计算得在30m处两光束中心分开2.6mm,而光斑本身直径约为8mm,因而,在30m内两光束中心间距小于光斑半径,两光束几乎是重合的。
从设计原理可看出,该方案与HP的方案比较主要有以下特点:(1)全量程光程差变化小于一个波长,采用测相技术,挡光后相位还可自动恢复,因而不会发生干涉级次混淆,能够用于同轴度的测量。
(2)不同于现有的双频激光测直线度附件,不需要光束分离所需的附加光程,一套附件可同时测量长、短距离的直线度(传统双频激光干涉仪对0.3～3m、3～30m直线度测量各需一套测量附件)。
(3)对于长距离准直测量,由于两光束分开很小,因而对大气湍流、空气扰动的影响具有更强的适应性。
该系统中光学系统本身能够自动抵消激光光束的平漂和角漂带来的误差(将另文介绍理论分析和实验结果)。
由于测量相位精度要求很高,因此专门设计了稳频差双频激光头,5h内频差总变化量小于6kHz[1]。
为了减少热因素的影响,还对激光头的热分布进行了有限元分析,优化了激光头的设计。
3 比对实验方法及结果作者研制了S JD3T双频激光同轴度干涉仪,在中国计量科学研究院与HP5528双频激光干涉仪进行了直线度测量比对,HP5528直线度附件用10775A。
S JD3T测相相位计用丹麦的2977型,每011°对应1μm。
图3是比对实验结构简图,两台干涉仪各放在导轨一端,两台仪器的渥拉斯顿棱镜都放在测量小车上,分别用两台计算机通过IEEE488口对两台仪器的测量结果进行采数。
测点间隔为2m/点,对每个测点在5s内连续采数10次,记录其平均值作为测量68计量学报1997年4月图3 比对实验结构简图值。
全程共12个测量点,总测量行程22m (导轨总长约27m ,由于HP5528在近端有3m 死区,加上激光头本身有一定长度,因而最大只能测量22m )。
在1995年12月1～2日对导轨水平和垂直方向的直线度分别进行了测量。
表1和表2是12月2日对导轨水平方向测量的原始数据及结果。
表1 HP5528的测量原始数据及结果 单位:μm 测 点123456789101112 №112156403511607715654450758536-68 №2-25155417515619734678437868539-64 №3-3550374468623698613428658532-70 №4-87129358520562675640434648230-70 №5-64127370508606660634399677621-76 №6-6594356478525662656425748122-75 №7-7928357450584663647415755715-76 №8-877128045956466162841151588-82 №9-116413124645806296063853355-7-84 №10-1528333447452162462639741546-84平均值-7093356485579672638418637220-75标准偏差σj 47474026363522201714157直线度偏差-343-18083213307401367148-207-198-249-343表2 S JD3T 的测量原始数据及测量结果 单位:μm 测 点123456789101112 №16949491281150916831870191717511471156415851584 №26899451288151016861857190417601469157116051588 №36909421279150516891860191017581466154815851587 №46929431274150116851858190817511470154815761581 №56889451280149416801854190017451467154615771582 №636869371276150216801864189917541472153315661590 №76879361278150116731864189617411454153315691568 №86879371273149616761853189817311454153215581561 №96859391276150116731846189417291451152215711556 №106859411265149816761862190317461451153715551567平均值6889411277150216801859190317471463154315751576标准偏差σj 3465677109151512直线度偏差-347-17580224322420383146-219-219-268-347 3№6测量过程中,每个测点测量之前都对S JD3T 进行挡光一次,过10s 后再测量,从测量结果可看出,挡光后并不影响测量结果。
在测量时,每个测量周期约10min ,连续测量十次,取其平均值作为最后的测量结果,并求78第18卷 第2期成相印等: 长距离同轴度测量方法及实验图4 水平方向直线度比对测量结果出十次测量的标准偏差。
注意:这里的标准偏差是在115～2h 内整个测量的总标准偏差,它包括了仪器本身的漂移、环境温度等的改变、小车的定位误差等的影响。
图4是水平方向的直线度测量结果。
用同样的方法测得的垂直方向的直线度偏差见图5(测量原始数据略)。
为了考察仪器的示值稳定性,在行程0、11m 、22m 处(即测点1点、6—7点之间、12点处)按2次/s 的采样间隔分别对两台仪器采数,共采样2min ,得到两台仪器示值稳定性的标准偏差,见表3。
图5 垂直方向直线度比对测量结果 表3 仪器2min 示值稳定性的标准偏差 单位:μm 行 程011m 22m HP552862527S JD3T2684 结论从上面实验可看出,双频激光准直系统采用了测相位方法,因而挡光并不影响测量,测量元件允许暂时移出光路,可进行同轴度的测量,两干涉光束基本上符合共光路原则,对于大气湍流、空气扰动有较强的抵抗力,示值更加稳定,适合于长距离准直测量。
致谢: 感谢中国计量科学研究院长度处基线室的同志对完成本项工作的大力支持和帮助。
参 考 文 献1成相印,郭继华,殷纯永.一种稳定纵向塞曼效应激光拍频的新方法.激光技术,1996;20(2):95～9888计量学报1997年4月2殷纯永,陈计金,方仲彦.双光束自适应旋光准直系统.清华大学学报,1991;31(2):55～601Long Distance Coaxality Mea surement System and Exp erimentsCheng Xiangyin ,Fang Zhongyan ,Y in Chunyong ,Guo Jihua(Tsinghua University ,Beijing 100084) Abstract —A new dual frequency laser coaxality measurement system is presented.This sys 2tem has two Wollaston prisms W 1and W 2of same structure ,one for measurement ;and the other for compensation.When the dual frequency laser beam enters W 1,it is splitted into two beams with a slight angle.After W 2the two beams become parallel to each other.They are reflected by a rectangular reflector ,then pass through W 2and W 1and become the measurement ing phasometer ,the phase change between measurement signal and reference signal can be detected and it is proportional to the lateral movement of Wollaston prisms.W 1or W 2can be moved out off the beam ,therefore the system can be used to measure coaxality.The displacement drift and angle drift of laser beam are compensated by the adaptive optical system parison ex 2periment between the system and HP5528has been done.Experimental results have shown that the system has high stability and accuracy and can be used in long distance alignment and coaxali 2ty measurement.K ey Words : Alignment measurement ; Coaxality measurement ; Adaptive system98第18卷 第2期成相印等: 长距离同轴度测量方法及实验。