雷尼绍非接触激光测头测量轴线标定系统设计

提出一种用于三坐标测量机的非接触激光测头的标定系统，该系统利用位置敏感探测器和特别设计的测头夹具机构对非接触激光测头测量光束的轴线进行调整，使其通过测头回转体的回转中心，文中对具体的夹具结构标定方法以及数据分析方法做了详细的论述。

非接触激光测头安装在三坐标测量机上，可以用于特种脆性材料的内外曲面非接触式测量。在测量过程中不用翻转工件，由内外两个相关联的测量系统实现测量过程。

1. 测头对测量系统的不确定度的影响

本测量机主要用来测量回转曲面。采用回转工作台带动工件转动，让测头沿着回转曲面的母线运动，在圆柱坐标系中测量。具有运动简单、安全可靠、效率高等优点。

工件内外表ici的测量用的测头是不同的。外测头要有较大的量程，以适应调整偏心的需要。安装内测头的空间紧张，要求体积要小。外测头采用日本 key_ence公司的lk031高精度非接触光学测头。该测头的参考距离30 mm，量程为15 mm，较大的量程为土件安装提供了方便，适合在测头回转体上安装使用。内测头采用lk010，参考距离为10 mm。

测头安装方向有偏差角度月的情况。由于β的影响使照射在被测工件表面上的光点偏离理论位置β.r距离。其中r为非接触测头的回转半径。在测头安装方向调整中就是根据偏离量β. r来调整的，利用光电元件可以检测到微米量级。由于β.r在被测ici的切线方向，因此偏离的影响可以忽略不计。β的另一影响是使光束与被测ici不垂直。实验表明，lk031高精度测头在偏离法线几十度情况下仍然能够正常土作，不产生显著测量误差，因此安装方向偏差的影响可以忽略不计。

由于目前商品测头回转体在设计上，均没有考虑怎样与激光三角法非接触测头配合使用中的定位问题，需要通过一些附加零件来保证它们的径向、轴向和角度定位。

2非接触激光测头测量轴线的标定

使用坐标测量机进行非接触测量，先安装测头回转体，再安装测头。对于外表面测量选用renishaw公司的测头回转体ph10m、内表ici测量选用ph10to测头回转体可以带着测头围绕z轴360。回转，还可绕水平轴在0一105。

第一步如果光束与z轴有夹角，那么当移动测量机主轴，改变测头与标靶的距离h时，光点在靶上位置不断向某一方向移动。联调图2上的11个螺钉，使光束与测头回转体的回转中心(这里假设测头回转体的回转中心与测量系统的z轴币合得很好)平行。

第二步经过上述第一步调整后，光束虽然与z轴已经平行，但是还可能存在偏离，这时一激光光束偏离测头回转体的回转中心(即z轴轴线)。那么将 ph10m旋转3600时(调整内测头测量轴线时一旋转ph10t)，光束打在探测器标靶上的光点将在靶上画出一个圆，该圆的半径就是激光光束与测头回转体中心的偏离量。再次联调图2上的11个螺钉，使画出的圆的半径减小。

由于两步中的调整儿件均为测头夹具上的11个螺钉，进行过第二步调整以后，会将第一步调整的成果有所破坏，但是总体上说，激光光束与测头回转体中心的相对位置向我们的期望值方向更近了一步。再次币复第一、二步调整，反复进行，直到第二步过程中圆的半径调至0.3 mm。

探测器的信号处理电路把探测器输出的电流信号经处理，以电压方式输出。探测器光路前ici用干涉滤光片滤去杂质光，只允许测头发出的波长670 nm的光束通过。探测器的输出电压经过数据采集片输入上位机，通过labview软件进行处理。

这里采用蚌埠市集成光电技术研究所的探测器产品c204。在实验前，首先对探测器进行标定。当670nm激光光束入射到探测器几何中心时，输出0v;当光束在x}或户方向移动1mm时，输出电压变化1v。

按照上述调整方案实验得到表1所示数据。对接下来偏心实验得到的圆周上的坐标数据进行计算测头时，由于测头安装架能够相对于锥形夹ii的径向、轴向和角度定位，不必对测头位置进行币新调整，也不必再标定测头回转半径。

3结语

此套非接触测头测量轴线标定系统为独立的，可以灵活用于其他近似条件下。对于不同波长的非接触测头，只需更换相应波长的滤光片，以及对光电位置敏感探测器重新标定认可。

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