基于PSD及角锥棱镜的内孔直线度检测系统研究

作     者：郭治铭 

作者单位：重庆理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：郝建军;熊兴成

授予年度：2024年

学科分类：08[工学] 0804[工学-仪器科学与技术] 

主      题：深孔直线度 PSD位置传感器 角锥棱镜 自定心机构 

摘      要：高精度深管类零件广泛应用于国防工业领域,具有极高的军事价值和经济效益,而深管类零件的内孔直线度大小直接决定了其性能优劣。由于这类零件长径比大且内孔结构复杂,使其在20mm以下的小口径管类零件直线度检测方面存在一定困难。本文为解决上述问题,结合角锥棱镜与PSD位置传感器(Position sensitive detector)构建了一种新型深孔直线度检测系统,有效的提升了小口径管类零件的直线度检测精度。主要研究内容如下: 1)基于传统PSD位置传感器检测原理,综合对比了横向检测和纵向检测方案的工作特点,为方便与校直工序合并以提高生产效率,提出了一种基于横向检测方案的新型深孔直线度检测系统,该系统同时基于PSD位置传感器和角锥棱镜的检测原理,可实现20mm以下小口径管类零件的直线度检测,通过对直线度评定的多种方法进行对比分析,确定了计算难度小且精度较高的最小二乘法作为本系统的直线度评定方法。 2)设计并组建了整套自动化深孔零件直线度检测系统。在机械结构方面,完成了相关零部件的设计和选型,创新性的设计了适用于本系统的定心机构,文中从材料选型、加工工艺和装配等方面介绍了此机构,并利用有限元仿真软件对定心壳体进行静力学数值模拟。在电气设计和软件开发方面,完成了相关元件选型和搭建,实现了自动化控制和人机交互。 3)采用实验验证的方法完成了对200mm长,口径7mm实验样件的内孔直线度重复实验,并使用三坐标机对样件进行标定检测,将标定结果与该系统检测结果进行对比,用以验证系统精确度,最后通过对实验数据的整理分析得到实验结果。 4)采用理论分析和实验验证的方法分析了检测系统的随机误差、系统误差的产生因素、影响大小。系统误差包括测量装置自身制造误差引起的系统误差、激光斜射角锥棱镜引起的系统误差、激光斜射PSD位置传感器引起的系统误差以及工件理想轴线与入射光存在夹角引起的系统误差四个部分,并针对上述存在系统误差的情况给出了相应补偿方法,提出相应的指标和调整方法从误差根源来减小误差,以提高检测系统的精度。为后续类似检测系统的优化设计提供了理论依据与相关经验。