光学式轴孔内径测量方法及关键技术的研究.pdf

摘要发动机制造产业是我国“十二五”规划中的重点发展项目,发动机箱体作为内燃发动机基础件,分布着大量的轴孔,轴孔内径高精度检测方法是提高发动机箱体制造质量的关键。实现孔径在线检测面临诸多困难,重点在于同时满足高精度测量和在线状态的条件,要求在动态生产条件下实现高度自动化测量, 传统气动量仪因测量间隙过小无法实现。本文提出一种新型光学式多方向轴孔内径测量方法,采用激光位移传感原理,借鉴气动量仪的布局,根据发动机箱体轴孔的结构特点,匹配测棒长度和测量截面层数,构造新型光学式多方向内径专用量仪,在保证测量精度的同时,扩大测量间隙,为测量自动化提供条件。论文完成的主要工作有: 1、分析现有轴孔内径测量方法的特点和适用对象,结合发动机箱体轴孔内径自动化测量需求,阐述新型光学式轴孔内径测量方法,并概括该方法中的关键技术。 2、建立光学式轴孔内径测量方法的数学模型,重点研究模型与测量误差的内在关系。提取多测头布局下的结构参数,获取结构参数与测量误差函数关系, 依据参数特性设计相应的遗传算子,利用遗传算法分析结构参数对测量误差的影响,完成测量方法的可行性分析。 3、研究小型化测头的测量方法及误差影响因素。小型化测头在原理上基于激光三角法,结构上采用传导光源并以PSD作为位置检测器件,通过研究影响测头测量精度以及PSD光斑位置检测精度的内外部因素,为后续测量精度研究奠定基础。 4、研究被测表面粗糙度因素与测量精度的关系。构建粗糙表面的几何模型, 结合标量散射解析理论和粗糙表面统计模型,建立被测表面粗糙度特性与散射光强的理论模型,通过实验获取被测表面的散射光强和测量误差,验证理论模型是否可作为指导测头实测精度的依据。 5、研究测头非平稳测量信号的降噪方法。在总结现有信号滤波方法的特点和应用的基础上,阐述小波变换在处理非平稳信号的优势,通过从小波分解、阈值处理和信号重构等层面进行讨论,构建基于阈值去噪技术的最优组合算法, 通过实验验证该算法可显著提高测头测量精度。关键词: 发动机箱体内径自动化测量激光位移传感技术传导光源小型化测头 ABSTRACT The engine manufacturing industry is a key development project in China's "12th Five-Year Plan".As the basic part of an internal combustion engine, the engine box distributesa large number of shaft hole, the manufacturing precision is the key link to improve engine manufacturing hole diameteronline detection facesmany difficulty, the key point is tomeet both the high precision measurement and the conditions of the online status. Highly automated measurement is requiredin a dynamic production conditions,but the traditional pneumatic measuring instrument cannot implement because of small measurement paper hasproposed a novel optical multi-direction shaft hole diameter measuring method by using the principle of the laser displacement to the layout of the pneumatic measuring instrument and basingon the structural characteristics of the shaft hole of the engine box, the length of the probe and the number of measurement sectionare ensuringmeasuring accuracy, t