本發(fā)明涉及一種同軸度測(cè)量裝置。

背景技術(shù)：

在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，常常需要精確測(cè)量和調(diào)整2個(gè)筒體式產(chǎn)品之間的同軸度。

假設(shè)兩個(gè)備測(cè)筒體產(chǎn)品處于上下位置，如圖1所示，建立坐標(biāo)系，以下方待測(cè)筒體5軸線d方向?yàn)閤1軸，x1軸線上某個(gè)點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)o1，y1軸和z1軸為垂直于x1軸的平面內(nèi)相互垂直的兩個(gè)方向，并且均通過(guò)o1點(diǎn)，x1、y1、z1方向符合右手定則；以上方待測(cè)筒體6軸線b方向?yàn)閤2軸，x2軸線上某個(gè)點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)o2，y2軸和z2軸為垂直于x2軸的平面內(nèi)相互垂直的兩個(gè)方向，并且均通過(guò)o2點(diǎn)，x2、y2、z2方向符合右手定則。x2軸與y1o1z1平面的交點(diǎn)為i1，x1軸與y2o2z2平面的交點(diǎn)為i2。下方待測(cè)筒體5的內(nèi)徑為φ1，上方待測(cè)筒體6的內(nèi)徑為φ2。

在工程應(yīng)用中，可以把max{|i1|,|i2|}定義為上下兩個(gè)筒體式產(chǎn)品之間的同軸度。

一般情況下，使用三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x、激光跟蹤儀、經(jīng)緯儀等儀器設(shè)備實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品之間的同軸度測(cè)量。在三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x工作過(guò)程中，需要將被測(cè)產(chǎn)品放置在特定的測(cè)量平臺(tái)上，不適合復(fù)雜產(chǎn)品在集成總裝過(guò)程中的測(cè)量需求。在激光跟蹤儀或經(jīng)緯儀工作過(guò)程中，需要被測(cè)產(chǎn)品處于較好的視場(chǎng)內(nèi)，并且需要在合適的距離上具有用于放置激光跟蹤儀或經(jīng)緯儀的穩(wěn)定平臺(tái)。

當(dāng)在一個(gè)復(fù)雜產(chǎn)品的集成總裝過(guò)程中，且被測(cè)的對(duì)象所處的位置的可視視場(chǎng)不佳時(shí)，不適合使用上述常規(guī)測(cè)量設(shè)備。即使通過(guò)建設(shè)特定的穩(wěn)定平臺(tái)，當(dāng)被測(cè)對(duì)象需要在集成測(cè)試過(guò)程中進(jìn)行多次拆裝時(shí)，使用常規(guī)測(cè)量設(shè)備將會(huì)帶來(lái)大量的成本代價(jià)、人工代價(jià)和時(shí)間代價(jià)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明公開一種便攜式高精度同軸度測(cè)量裝置，解決了復(fù)雜產(chǎn)品集成裝配和測(cè)試中便捷快速的筒體同軸度精測(cè)問(wèn)題。本發(fā)明為一個(gè)便攜式的高精度同軸度測(cè)量裝置，設(shè)備體積小，當(dāng)筒體式產(chǎn)品周圍視場(chǎng)不佳的條件下也可便捷使用。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種便攜式高精度同軸度測(cè)量裝置，包括：液壓脹緊基準(zhǔn)夾具、激光準(zhǔn)直光管、定心盤和定心球體；激光準(zhǔn)直光管包括電氣開關(guān)端蓋、電氣艙、電氣絕緣襯套、電池、彈簧端板、彈簧、主鏡管、光源組件、徑向位置調(diào)節(jié)件、主光闌、光闌壓緊環(huán)、主鏡管端蓋；電氣艙一端安裝電氣開關(guān)端蓋，另一端插入主鏡管一端并與主鏡管端部固定；電氣絕緣襯套安裝在電氣艙內(nèi)，電池安裝在電氣絕緣襯套內(nèi)；光源組件安裝在主鏡管內(nèi)，彈簧端板為法蘭結(jié)構(gòu)，彈簧端板的法蘭盤抵靠電氣艙插入主鏡管的端部，彈簧兩端分別與彈簧端板的法蘭盤、光源組件外壁的臺(tái)階結(jié)構(gòu)相連；主鏡管未連接電氣艙一端從端部開始依次安裝主鏡管端蓋、光闌壓緊環(huán)、主光闌；主光闌與光源組件的光線出射端通過(guò)主鏡管內(nèi)的隔板結(jié)構(gòu)隔開，隔板中心有通孔；徑向位置調(diào)節(jié)件安裝在主鏡管管壁上、端部抵在光源組件外壁上，通過(guò)調(diào)節(jié)徑向位置調(diào)節(jié)件調(diào)整光源組件的徑向位置；定心盤包括定心盤體結(jié)構(gòu)、球體定位座；定心盤體結(jié)構(gòu)為盆狀結(jié)構(gòu)，球體定位座為法蘭結(jié)構(gòu)，通過(guò)法蘭盤與定心盤體結(jié)構(gòu)中心處安裝孔邊緣固定；定心球體包括定心球體結(jié)構(gòu)、光斑位置敏感器；定心球體結(jié)構(gòu)為球形，光斑位置敏感器安裝在定心球體結(jié)構(gòu)內(nèi)；定心盤體結(jié)構(gòu)的平直唇口與下方待測(cè)筒體的頂環(huán)面接觸，定心球體安裝在球體定位座上；液壓脹緊基準(zhǔn)夾具位于上方待測(cè)筒體內(nèi)壁，液壓脹緊基準(zhǔn)夾具夾住激光準(zhǔn)直光管，光源組件發(fā)射的光線從定心球體結(jié)構(gòu)的入射窗照射到光斑位置敏感器上。

所述液壓脹緊基準(zhǔn)夾具包括頂端蓋板、內(nèi)膨脹套、夾具體、外膨脹套、加壓柱塞、底端蓋板、外膨脹加壓螺釘、內(nèi)膨脹加壓螺釘；內(nèi)膨脹套安裝在外膨脹套內(nèi)，與外膨脹套同軸；頂端蓋板、底端蓋板分別安裝在內(nèi)膨脹套、外膨脹套兩端，與內(nèi)膨脹套、外膨脹套形成膨脹油腔；夾具體安裝在膨脹油腔內(nèi)，與頂端蓋板之間固定連接；夾具體一端、沿軸向在環(huán)形側(cè)壁上開有加壓油腔，各加壓油腔沿夾具體周向分布，加壓油腔底部與膨脹油腔間有通孔實(shí)現(xiàn)連通；加壓油腔內(nèi)安裝加壓柱塞，外膨脹加壓螺釘、內(nèi)膨脹加壓螺釘分別穿過(guò)底端蓋板頂住加壓柱塞一端。

所述光源組件包括發(fā)散角調(diào)整墊片、透鏡、主結(jié)構(gòu)、發(fā)光器；主結(jié)構(gòu)包括三段圓筒，三段圓筒直徑依次增大，發(fā)光器安裝在主結(jié)構(gòu)直徑最小段圓筒內(nèi)，發(fā)散角調(diào)整墊片安裝在主結(jié)構(gòu)直徑最大段圓筒端部，透鏡安裝在主結(jié)構(gòu)直徑最大段圓筒內(nèi)、貼近發(fā)散角調(diào)整墊片，發(fā)光器發(fā)射的光線通過(guò)透鏡出射。

所述徑向位置調(diào)節(jié)件包括調(diào)整頂銷、雙螺紋調(diào)整套，各雙螺紋調(diào)整套安裝在主鏡管管壁上的安裝孔內(nèi)，沿主鏡管管壁的周向均勻分布，每個(gè)雙螺紋調(diào)整套與一個(gè)調(diào)整頂銷配合；調(diào)整頂銷沿主鏡管徑向，一端安裝在雙螺紋調(diào)整套內(nèi)，另一端抵在主結(jié)構(gòu)外壁上，通過(guò)調(diào)節(jié)雙螺紋調(diào)整套、調(diào)整頂銷能夠調(diào)節(jié)光源組件的徑向位置。

所述徑向位置調(diào)節(jié)件共八組，主結(jié)構(gòu)直徑最大段圓筒兩端分別分布四組。

所述激光準(zhǔn)直光管還包括o形密封圈、接線墊片；電氣開關(guān)端蓋與電氣艙之間通過(guò)o形密封圈進(jìn)行密封，電氣艙與主鏡管之間安裝接線墊片。

所述夾具體與外膨脹套之間密封，加壓柱塞未與外膨脹加壓螺釘接觸的一端與加壓油腔側(cè)壁之間密封。

所述光斑位置敏感器采用二維psd器件。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：

(1)本發(fā)明提出的便攜式高精度同軸度測(cè)量裝置具有優(yōu)于φ0.1mm的測(cè)量能力，適合于筒體式產(chǎn)品之間的同軸度測(cè)量，尤其適合用于復(fù)雜產(chǎn)品集成總裝過(guò)程，且被測(cè)的對(duì)象所處位置可視視場(chǎng)不佳狀態(tài)下的筒體式產(chǎn)品之間同軸度測(cè)量。

(2)本發(fā)明中的液壓脹緊基準(zhǔn)夾具可以復(fù)制其中一個(gè)筒體產(chǎn)品軸線，他由兩套完全獨(dú)立的液壓脹緊機(jī)構(gòu)組成。外脹緊機(jī)構(gòu)用于該夾具與筒體內(nèi)壁結(jié)合，內(nèi)脹緊機(jī)構(gòu)用于該夾具夾持激光準(zhǔn)直光管。兩套脹緊機(jī)構(gòu)的工作壓力一致，方便密封件選型、零件制造和裝配調(diào)試。

(3)本發(fā)明中的激光準(zhǔn)直光管由主鏡管、激光光源、光束準(zhǔn)直調(diào)整機(jī)構(gòu)、光束傾角調(diào)整機(jī)構(gòu)、光束位置調(diào)整機(jī)構(gòu)等部分構(gòu)成。主鏡管，與液壓脹緊基準(zhǔn)夾具的內(nèi)孔相吻合，以便準(zhǔn)直光管發(fā)出的激光束高精度地等效筒體內(nèi)壁的軸線。通過(guò)裝調(diào)應(yīng)將光束光軸對(duì)主鏡管機(jī)械軸線的重合度調(diào)整到3μm以內(nèi)。

附圖說(shuō)明

圖1為兩筒體產(chǎn)品的同軸度描述示意圖；

圖2為本發(fā)明便攜式高精度同軸度測(cè)量裝置工作狀態(tài)示意圖；

圖3為本發(fā)明液壓脹緊基準(zhǔn)夾具組成結(jié)構(gòu)圖；

圖4(a)為本發(fā)明激光準(zhǔn)直光管結(jié)構(gòu)圖；

圖4(b)為圖4(a)中a位置的截面圖；

圖5為本發(fā)明兩透鏡組成的光源組件結(jié)構(gòu)圖；

圖6為本發(fā)明激光束發(fā)散角調(diào)整原理圖；

圖7為本發(fā)明光束傾角調(diào)整原理圖；

圖8為本發(fā)明光束與主鏡管平行度的測(cè)量原理圖；

圖9為本發(fā)明光束與主鏡管位置度的測(cè)量原理圖；

圖10為本發(fā)明密封容器刃口圓心定位工裝結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

1)總體組成

本發(fā)明采用激光工具(lt，lasertooling)方法，用一條高度準(zhǔn)直的激光束“復(fù)制”筒體內(nèi)壁軸線、用自動(dòng)敏感光斑位置的psd器件測(cè)量交點(diǎn)i1和i2的位置(psd：positionsensitivedetector，位置敏感探測(cè)器)。該裝置由：液壓脹緊基準(zhǔn)夾具1、激光準(zhǔn)直光管2、定心盤3、定心球4組成，如圖2所示。

本發(fā)明提出的便攜式高精度同軸度測(cè)量裝置具有優(yōu)于φ0.1mm的測(cè)量能力。

2)液壓膨脹基準(zhǔn)夾具1

產(chǎn)品筒體軸線是測(cè)量裝置高精度復(fù)制的基準(zhǔn)要素之一。本發(fā)明采用一條高度準(zhǔn)直的激光束“復(fù)制”產(chǎn)品筒體的軸線。

如圖3所示，液壓脹緊基準(zhǔn)夾具1包括頂端蓋板1-1、內(nèi)膨脹套1-2、夾具體1-3、外膨脹套1-4；加壓油腔1-5、膨脹油腔1-6、加壓柱塞1-7、底端蓋板1-8、外膨脹加壓螺釘1-9、內(nèi)膨脹加壓螺釘1-10，詳細(xì)組成如圖3所示。內(nèi)膨脹套1-2安裝在外膨脹套1-4內(nèi)，與外膨脹套1-4同軸；頂端蓋板1-1、底端蓋板1-8分別安裝在內(nèi)膨脹套1-2、外膨脹套1-4兩端，與內(nèi)膨脹套1-2、外膨脹套1-4形成膨脹油腔1-6；夾具體1-3安裝在膨脹油腔1-6內(nèi)，與頂端蓋板1-1之間固定連接；夾具體1-3一端、沿軸向在環(huán)形側(cè)壁上開有加壓油腔1-5，各加壓油腔1-5沿夾具體1-3周向分布，加壓油腔1-5底部與膨脹油腔1-6間有通孔實(shí)現(xiàn)連通；加壓油腔1-5內(nèi)安裝加壓柱塞1-7，外膨脹加壓螺釘1-9、內(nèi)膨脹加壓螺釘1-10分別穿過(guò)底端蓋板1-8頂住加壓柱塞1-7一端，安裝內(nèi)膨脹加壓螺釘1-10的加壓油腔1-5底部與內(nèi)膨脹套1-4一側(cè)的膨脹油腔1-6連通，安裝外膨脹加壓螺釘1-9的加油油腔1-5底部與外膨脹套1-4一側(cè)的膨脹油腔1-6連通；通過(guò)調(diào)節(jié)外膨脹加壓螺釘1-9、內(nèi)膨脹加壓螺釘1-10擠壓加壓柱塞1-7，將加壓油腔1-5中的液壓油壓入膨脹油腔1-6，調(diào)節(jié)內(nèi)膨脹套1-2的內(nèi)徑、外膨脹套1-4的外徑；

內(nèi)膨脹套1-2在外膨脹套1-4內(nèi)，與外膨脹套1-4同軸；頂端蓋板1-1、底端蓋板1-8分別安裝在內(nèi)膨脹套1-2、外膨脹套1-4兩端，與內(nèi)膨脹套1-2、外膨脹套1-4形成膨脹油腔1-6，外膨脹加壓螺釘1-9的里端，安裝了加壓柱塞1-7，加壓阻塞的運(yùn)動(dòng)將改變加壓油腔1-5的容積，加壓油腔1-5和膨脹油腔1-6之間有直通導(dǎo)管，通過(guò)改變加壓油腔1-5的容積，可以調(diào)整膨脹油腔1-6的內(nèi)部油壓，油壓的變化將微小改變內(nèi)膨脹套1-2的內(nèi)徑和外膨脹套1-2的外徑。內(nèi)膨脹套1-2、外膨脹套1-4的壁面厚度不一致，在對(duì)應(yīng)位置存在相同的薄壁段，形成膨脹油腔1-6。

在進(jìn)行同軸度測(cè)量時(shí)，激光準(zhǔn)直光管2在產(chǎn)品筒內(nèi)的定位應(yīng)盡量簡(jiǎn)便，并確保光束與產(chǎn)品筒體軸線高精度同軸。測(cè)量完畢后，應(yīng)能同樣簡(jiǎn)便地將激光準(zhǔn)直光管2從筒體內(nèi)取下。為此，本發(fā)明設(shè)計(jì)了可均勻膨脹、高精度脹緊在筒體內(nèi)的“液壓脹緊基準(zhǔn)夾具1”。

該液壓脹緊基準(zhǔn)夾具1其實(shí)是由兩套完全獨(dú)立的液壓脹緊機(jī)構(gòu)組成的。外脹緊機(jī)構(gòu)用于該夾具與筒體內(nèi)壁結(jié)合，內(nèi)脹緊機(jī)構(gòu)用于該夾具夾持激光準(zhǔn)直光管。兩套脹緊機(jī)構(gòu)的工作壓力一致，以方便密封件選型、零件制造和裝配調(diào)試。

在安裝前，液壓脹緊基準(zhǔn)夾具1的外膨脹加壓螺釘1-9停在靠近夾具體1-3底端面的位置，不與加壓柱塞1-7接觸。此時(shí)夾具體1-3和內(nèi)膨脹套1-2、外膨脹套1-4之間膨脹油腔1-6內(nèi)的液壓油二甲基硅油呈低壓狀態(tài)，因此外膨脹套1-4的外徑較小，使得液壓脹緊基準(zhǔn)夾具1可以很輕松、靈活地塞入筒體內(nèi)壁的內(nèi)孔中。液壓脹緊基準(zhǔn)夾具1的外徑必須與產(chǎn)品筒體內(nèi)徑匹配，才能保證可靠脹緊。

將液壓脹緊基準(zhǔn)夾具1塞入筒體內(nèi)后，適當(dāng)?shù)匾苿?dòng)、旋轉(zhuǎn)液壓脹緊基準(zhǔn)夾具1，使其就位在合適的位置。隨后，用內(nèi)六角扳手旋轉(zhuǎn)外膨脹加壓螺釘1-9使其向上移動(dòng)，并推動(dòng)加壓柱塞1-7向上運(yùn)動(dòng)。在加壓柱塞1-7的作用下，膨脹油腔1-6內(nèi)的液壓油的壓力逐漸提高，并擠壓外膨脹套1-4沿徑向均勻膨脹。最容易發(fā)生膨脹變形的，是外膨脹套1-4上預(yù)制的剛度最低的薄壁段，即膨脹油腔1-6部分。當(dāng)施加在外膨脹加壓螺釘1-9上的扭矩為設(shè)定值時(shí)，油腔內(nèi)的壓力可使膨脹套膨脹油腔1-6段的外徑膨脹到與筒體內(nèi)徑完全配合，從而使得液壓脹緊基準(zhǔn)夾具1可以準(zhǔn)確、牢固地脹緊在筒體內(nèi)。以液壓膨脹方式脹緊在筒體內(nèi)之后，液壓膨脹基準(zhǔn)夾具1的關(guān)鍵特征——激光準(zhǔn)直光管2的夾持孔的內(nèi)表面——對(duì)筒體軸線的全跳動(dòng)(tir)可保證在3μm以內(nèi)。

把液壓膨脹基準(zhǔn)夾具1固定在筒體內(nèi)之后，再將激光準(zhǔn)直光管2插入液壓膨脹基準(zhǔn)夾具1的內(nèi)孔。加壓前，內(nèi)膨脹套1-4的內(nèi)徑較大，激光準(zhǔn)直光管2的主鏡筒可以輕松、靈活地塞入液壓膨脹基準(zhǔn)夾具1的內(nèi)孔中，并適當(dāng)?shù)匾苿?dòng)、旋轉(zhuǎn)激光準(zhǔn)直光管2，使其就位在合適的位置，然后用內(nèi)六角扳手旋轉(zhuǎn)內(nèi)膨脹加壓螺釘1-10，用液壓膨脹方式將激光準(zhǔn)直光管2固定在夾具內(nèi)。加壓后，內(nèi)膨脹套1-4的內(nèi)徑縮小，可將激光準(zhǔn)直光管2穩(wěn)當(dāng)、高精度地固定在夾具內(nèi)。

為了高精度地“復(fù)制”筒體內(nèi)壁的軸線，液壓膨脹夾具2的制造精度要求很高，大部分尺寸和形位公差為it5，部分關(guān)鍵配合尺寸需對(duì)研。

3)激光準(zhǔn)直光管2

激光準(zhǔn)直光管2的主鏡管2-10，與液壓脹緊基準(zhǔn)夾具2的內(nèi)孔相吻合，以便激光準(zhǔn)直光管2發(fā)出的激光束高精度地“等效”筒體內(nèi)壁的軸線。

如圖4(a)、圖4(b)所示，激光準(zhǔn)直光管2包括電氣開關(guān)端蓋2-1、o形密封圈2-2、電氣艙2-3、電氣絕緣襯套2-4、電池2-5、內(nèi)六角螺釘2-6、接線墊片2-7、彈簧端板2-8、彈簧2-9、主鏡管2-10、光源組件2-11、徑向位置調(diào)節(jié)件2-18、主光闌2-14、光闌壓緊環(huán)2-15、主鏡管端蓋2-16、沉頭螺釘2-17；電氣艙2-3一端安裝電氣開關(guān)端蓋2-1，另一端插入主鏡管2-10一端并通過(guò)內(nèi)六角螺釘2-6和法蘭結(jié)構(gòu)與主鏡管2-10端部固定；電氣開關(guān)端蓋2-1與電氣艙2-3之間通過(guò)o形密封圈2-2進(jìn)行密封，電氣艙2-3與主鏡管2-10之間安裝接線墊片2-7；電氣絕緣襯套2-4安裝在電氣艙2-3內(nèi)，電池2-5安裝在電氣絕緣襯套2-4內(nèi)；光源組件2-11安裝在主鏡管2-10內(nèi)，彈簧端板2-8為法蘭結(jié)構(gòu)，彈簧端板2-8的法蘭盤抵靠電氣艙2-3插入主鏡管2-10的端部，彈簧2-9兩端分別與彈簧端板2-8的法蘭盤、光源組件2-11外壁的臺(tái)階結(jié)構(gòu)相連；光源組件2-11包括發(fā)散角調(diào)整墊片2-11-1、透鏡2-11-2、主結(jié)構(gòu)2-11-3、發(fā)光器2-11-4；主結(jié)構(gòu)2-11-3包括三段圓筒，三段圓筒直徑依次增大，發(fā)光器2-11-4安裝在主結(jié)構(gòu)2-11-3直徑最小段圓筒內(nèi)，發(fā)散角調(diào)整墊片2-11-1安裝在主結(jié)構(gòu)2-11-3直徑最大段圓筒端部，透鏡2-11-2安裝在主結(jié)構(gòu)2-11-3直徑最大段圓筒內(nèi)、貼近發(fā)散角調(diào)整墊片2-11-1；主鏡管2-10未連接電氣艙2-3一端從端部開始依次安裝主鏡管端蓋2-16、光闌壓緊環(huán)2-15、主光闌2-14；主鏡管端蓋2-16通過(guò)法蘭盤及沉頭螺釘2-17與主鏡管2-10端部固定；主光闌2-14與光源組件2-11安裝透鏡2-11-2的一端通過(guò)主鏡管2-10內(nèi)的隔板結(jié)構(gòu)隔開，隔板中心有通孔；徑向位置調(diào)節(jié)件2-18安裝在主鏡管2-10管壁上、端部抵在光源組件2-11外壁上，通過(guò)調(diào)節(jié)徑向位置調(diào)節(jié)件2-18調(diào)整光源組件2-11的徑向位置；徑向位置調(diào)節(jié)件2-18包括調(diào)整頂銷2-12、雙螺紋調(diào)整套2-13，各雙螺紋調(diào)整套2-13安裝在主鏡管2-10管壁上的安裝孔內(nèi)，沿主鏡管2-10管壁的周向均勻分布，每個(gè)雙螺紋調(diào)整套2-13與一個(gè)調(diào)整頂銷2-12配合；調(diào)整頂銷2-12沿主鏡管2-10徑向，一端安裝在雙螺紋調(diào)整套2-13內(nèi)，另一端抵在主結(jié)構(gòu)2-11-3外壁上，通過(guò)調(diào)節(jié)雙螺紋調(diào)整套2-13、調(diào)整頂銷2-12能夠調(diào)節(jié)光源組件2-11的徑向位置；徑向位置調(diào)節(jié)件2-18共八組，主結(jié)構(gòu)2-11-3直徑最大段圓筒兩端分別分布四組。

主鏡管2-10是由馬氏體不銹鋼440b8cr17制造的精密筒形零件，經(jīng)淬火、回火穩(wěn)定尺寸，其精磨過(guò)的外表面具有很高的尺寸精度和形狀精度，因此主鏡管的外表面是作為基準(zhǔn)使用的。從主鏡管2-10中發(fā)出的激光束的光軸，必須與主鏡管2-10外表面的機(jī)械軸線嚴(yán)格重合。

光源組件2-11包括光源組件的發(fā)散角調(diào)整墊片2-11-1、光源組件的透鏡2-11-2、光源組件的主結(jié)構(gòu)2-11-3、發(fā)光器2-11-4等部件。光源組件中，發(fā)光器2-11-4是一個(gè)中心波長(zhǎng)λ0＝650nm的激光二極管，其驅(qū)動(dòng)電路直接焊接在激光二極管的管腳上。由于采用了微小型驅(qū)動(dòng)電路，電路可由激光二極管的管腳直接支承，電路無(wú)需其他安裝和固定措施，極大地方便了激光二極管位置的調(diào)整。激光二極管由一節(jié)小型電池供電，電池安裝在最左側(cè)的電氣艙中。電氣艙的端蓋上安裝了由橡膠膜密封、可防塵和防水的按壓開關(guān)，按壓一次接通電路，再按壓一次則切斷電路，使用方便。發(fā)光器2-11-4發(fā)出的光束由如圖5所示的兩片式準(zhǔn)直透鏡2-11-2進(jìn)行準(zhǔn)直，可得到聚焦于無(wú)窮遠(yuǎn)的平行光束。采用該透鏡2-11-2進(jìn)行準(zhǔn)直，可幾乎消除球差，得到等光程的平行光束。

激光準(zhǔn)直光管2必須滿足嚴(yán)格的光學(xué)和機(jī)械性能要求：a激光光束的發(fā)散角盡可能小，一般應(yīng)優(yōu)于0.01mrad；b光束光軸與主鏡管機(jī)械軸線的夾角偏差盡可能小，一般應(yīng)優(yōu)于1.2″角秒；c光束光軸與主鏡管機(jī)械軸線在出光端面上的相對(duì)位置偏差盡可能小，一般應(yīng)優(yōu)于3μm。不可能直接依靠機(jī)械零件和光學(xué)零件的制造精度來(lái)實(shí)現(xiàn)上述性能要求。因此，激光準(zhǔn)直光管2中設(shè)置了相應(yīng)的調(diào)整環(huán)節(jié)，借助相應(yīng)的檢測(cè)設(shè)備和測(cè)量方法，可逐步調(diào)整激光準(zhǔn)直光管2的光束光軸與主鏡管軸線的相對(duì)夾角和位置，最終達(dá)到所需精度。

首先需要調(diào)整的，是激光光束的發(fā)散角。調(diào)整時(shí)涉及的元件均在光源組件2-11內(nèi)，因此可把光源組件2-11單獨(dú)拿出來(lái)進(jìn)行調(diào)整。由發(fā)光器2-11-4發(fā)出的光束經(jīng)兩片式準(zhǔn)直透鏡組變成平行光。通過(guò)發(fā)散角調(diào)整墊片2-11-1改變準(zhǔn)直透鏡2-11-2到激光二極管之間的距離，即可調(diào)整輸出光束的發(fā)散程度。改變透鏡組前方的調(diào)整墊片2-11-1的厚度，如圖6所示，可準(zhǔn)確調(diào)整光束的發(fā)散角。調(diào)整到位后，用細(xì)牙螺紋壓環(huán)固定透鏡的位置。

光束的發(fā)散角由放置在光路上不同位置的ccd光斑形狀敏感器測(cè)量。當(dāng)所有ccd敏感器測(cè)出的光斑具有相同的尺寸和形狀時(shí)，即說(shuō)明激光束的發(fā)散角已調(diào)整到技術(shù)要求規(guī)定的程度。

將完成光束準(zhǔn)直調(diào)整的光源組件2-11安裝到主鏡管2-10中時(shí)，通常會(huì)發(fā)現(xiàn)激光束并不平行于主鏡管2-10的機(jī)械軸線。為調(diào)整激光束與主鏡管2-10軸線的平行度，需改變光源組件2-11的軸線與主鏡管2-10軸線之間的夾角。由于光源組件2-11是用兩組每組4個(gè)呈十字型對(duì)稱分布的調(diào)整頂銷2-12支承在主鏡管2-10中的，在光電準(zhǔn)直儀的監(jiān)控下，相互協(xié)調(diào)地改變調(diào)整頂銷2-12的伸出量，即可調(diào)整光束對(duì)主鏡管2-10軸線的平行度。

為提高調(diào)整頂銷2-12伸出量的精密程度，本發(fā)明利用了“差動(dòng)螺紋”的原理，如圖7所示。在主鏡管2-10的管壁上，加工有徑向分布的螺紋孔。該螺紋孔的孔底采用慢走絲線切割加工出正六邊形孔。在螺紋孔內(nèi)旋入雙螺紋調(diào)整套2-13。在雙螺紋調(diào)整套2-13的內(nèi)螺紋部分，旋入調(diào)整頂銷2-12。調(diào)整頂銷2-12的一端為外螺紋，另一端為正六棱柱。調(diào)整頂銷2-12的六棱柱部分與主鏡管2-10螺紋孔底的正六邊形孔配合，從而對(duì)調(diào)整頂銷2-12止轉(zhuǎn)。用適當(dāng)?shù)墓ぞ咝D(zhuǎn)雙螺紋調(diào)整套2-13，即可調(diào)整頂銷2-12的伸出量。由于內(nèi)外差動(dòng)螺紋的螺距僅相差可以控制在0.05mm/轉(zhuǎn)之內(nèi)，因此雙螺紋調(diào)整套2-13轉(zhuǎn)動(dòng)一周，調(diào)整頂銷2-12的突出量?jī)H變化50μm，可以輕松獲得±2μm的調(diào)整精度。

激光束對(duì)主鏡管2-10機(jī)械軸線的平行度，可利用光電準(zhǔn)直儀進(jìn)行檢測(cè)，其原理如圖8所示。在隔振光學(xué)平臺(tái)上安裝精密v型定位塊，v型塊的定位面鑲嵌聚四氟乙烯墊片，以提高耐磨性能、消除被測(cè)光管的爬行。把激光準(zhǔn)直光管2置于v型定位塊上，并確保用手指可輕松靈活地讓激光準(zhǔn)直光管2在v型塊定位面上轉(zhuǎn)動(dòng)。在與激光準(zhǔn)直光管2基本同軸的位置上固定光電準(zhǔn)直儀。

在激光準(zhǔn)直光管2輸出光束的條件下，輕柔地轉(zhuǎn)動(dòng)激光準(zhǔn)直光管2。如果輸出光束與主鏡管2-10的機(jī)械軸線不平行，在光電準(zhǔn)直儀上會(huì)觀察到光斑也在偏轉(zhuǎn)。平行度愈差、光斑偏轉(zhuǎn)的半徑就愈大。擰動(dòng)雙螺紋調(diào)整套2-13，如圖7所示，即可改變激光光束對(duì)主鏡管2-10機(jī)械軸線的平行程度，直至在光電準(zhǔn)直儀上幾乎看不到光斑擺動(dòng)，即光斑偏轉(zhuǎn)程度滿足允差要求。采用上述方法，可將光束對(duì)主鏡管2-10機(jī)械軸線的傾角調(diào)整到1.2角秒以內(nèi)。

完成光束準(zhǔn)直和傾角調(diào)整時(shí)，通常會(huì)發(fā)現(xiàn)激光束雖與主鏡管2-10的機(jī)械軸線平行，但并未與主鏡管2-10的機(jī)械軸線重合。我們?nèi)∨c主鏡管2-10機(jī)械軸線垂直的平面，如激光準(zhǔn)直光管2的出光端面，為參考平面，光束光軸與該平面的交點(diǎn)j，將偏離機(jī)械軸線與該平面的交點(diǎn)i一定距離e。為了讓i、j兩點(diǎn)重合，需改變光管內(nèi)安裝的“主光闌”的位置，并在光束位置測(cè)量?jī)x的監(jiān)控下，調(diào)整光束光軸對(duì)主鏡管2-10機(jī)械軸線的位置度。

調(diào)整光束位置的原理，是利用主光闌對(duì)光束進(jìn)行橫向“修形”。主光闌由4個(gè)調(diào)整頂銷2-12支承，轉(zhuǎn)動(dòng)雙螺紋調(diào)整套2-13，即可調(diào)整主光闌相對(duì)于主鏡管2-10機(jī)械軸線的位置，如圖4所示。

激光束光軸對(duì)主鏡管2-10機(jī)械軸線的位置度，可利用光斑位置敏感器4-2進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)原理如圖9所示。同樣在隔振光學(xué)平臺(tái)上安裝精密v型定位塊，把激光準(zhǔn)直光管2置于v型定位塊上，并確保能用手指輕松靈活地轉(zhuǎn)動(dòng)光管。在與激光準(zhǔn)直光管2-10基本同軸的位置上，固定光斑位置敏感器4-2。光斑位置敏感器4-2的敏感面到激光準(zhǔn)直光管2出光端面的距離約30mm。光斑位置敏感器4-2的軸線并不需要與激光準(zhǔn)直光管2的軸線嚴(yán)格同軸，只要光管輸出的光束大致照在光斑位置敏感器4-2中心既可。

在激光準(zhǔn)直光管2輸出光束的條件下，輕柔地轉(zhuǎn)動(dòng)激光準(zhǔn)直光管2。如果輸出光束與主鏡管的機(jī)械軸線不重合，光斑位置敏感器4-2的讀數(shù)就會(huì)發(fā)生變化此時(shí)的光斑將在敏感面上做圓周運(yùn)動(dòng)。重合度愈差、光斑位置敏感器讀數(shù)的差別就愈大。轉(zhuǎn)動(dòng)雙螺紋調(diào)整套2-13，如圖4所示，改變4個(gè)主光闌頂銷的突出量，即可提高光束對(duì)主鏡管2-10機(jī)械軸線的重合程度，直至光斑位置敏感器4-2的讀數(shù)基本不變，即光斑圓周運(yùn)動(dòng)的半徑小于允差要求。采用上述方法，可將光束光軸對(duì)主鏡管2-10機(jī)械軸線的重合度調(diào)整到3μm以內(nèi)。

需要指出，主光闌的焦度為0，上述調(diào)整光束位置的機(jī)構(gòu)及調(diào)整方法，既不會(huì)影響光束的準(zhǔn)直程度，也不會(huì)改變已調(diào)整好的光束傾角，光束仍然是與主鏡管2-10嚴(yán)格平行的準(zhǔn)直光束。

4)定心盤3和定心球體4

為將另一產(chǎn)品的筒體圓心在測(cè)量過(guò)程“引導(dǎo)、體現(xiàn)”出來(lái)，我們?cè)O(shè)計(jì)了相應(yīng)的定心盤3和定心球體4，如圖10所示，以便建立激光工具法的目標(biāo)基準(zhǔn)。

在圖10中，定心盤3由盤體結(jié)構(gòu)3-1和球體定位座3-2組成，定心盤3的平直唇口與產(chǎn)品筒體的頂環(huán)面接觸，確定筒體圓心的x位置。定心盤3的止口與筒體內(nèi)徑配合，確定圓心在y-z坐標(biāo)平面位置坐標(biāo)系定義見圖1。由于不同筒體的直徑不同，所以定心盤3止口外徑只能與內(nèi)徑配做，才能保證定心誤差較小。

定心盤體結(jié)構(gòu)3-1為盆狀結(jié)構(gòu)，球體定位座3-2為法蘭結(jié)構(gòu)，通過(guò)法蘭盤與定心盤體結(jié)構(gòu)3-1中心處安裝孔邊緣固定；

球體定位座3-2在定心盤3中采用h5/g5配合，以確保定心精度。球體定位座3-2高度通過(guò)改變墊片的厚度進(jìn)行調(diào)整。球體定位座3-2中用于承托球體的部分為內(nèi)圓錐孔，接觸線(理論)直徑φ40.96mm。

定心球體4依靠重力坐落在球體定位座的圓錐面內(nèi)。定心球體4由球體結(jié)構(gòu)4-1和光斑位置敏感器4-2組成。定心球體結(jié)構(gòu)4-1為球形，光斑位置敏感器4-2安裝在定心球體結(jié)構(gòu)4-1內(nèi)。

球體的外徑為球度誤差最小包容區(qū)域法≤5μm。球體內(nèi)安裝光斑位置敏感器4-2，以及電池和相應(yīng)的電路板。為降低環(huán)境光對(duì)測(cè)量過(guò)程的影響、只允許激光器發(fā)出的光束到達(dá)敏感器的感光面，在球體的入射窗中安裝了中心波長(zhǎng)650nm、半帶寬17nm的窄帶濾光片。

為測(cè)量激光束照射光斑的位置，本發(fā)明的光斑位置敏感器4-2采用二維psd器件。psd可測(cè)量光斑在感光面上的二維位置。

psd的測(cè)量原理是半導(dǎo)體的“橫向光效應(yīng)”：入射psd的光所產(chǎn)生的光電流在各觸點(diǎn)之間的分配，與光斑到各觸點(diǎn)的主動(dòng)層電阻成正比。當(dāng)光斑落在psd感光面的不同位置時(shí)，psd將輸出不同的電流信號(hào)。通過(guò)對(duì)輸出信號(hào)的處理，比較各觸點(diǎn)的電流的相對(duì)大小，即可確定入射光斑在感光面上的位置。psd對(duì)入射光斑的形狀或尺寸均不敏感，psd的輸出只與入射光斑的“重心”位置有關(guān)。psd的“橫向光效應(yīng)”可提供很高的分辨率和極快的響應(yīng)，非常適合實(shí)時(shí)測(cè)量微小位移。目前，常規(guī)psd器件對(duì)激光束位置測(cè)量的分辨率為5μm高精度者可達(dá)1μm。

定心盤體結(jié)構(gòu)3-1的平直唇口與下方待測(cè)筒體5的頂環(huán)面接觸，定心球體4安裝在球體定位座3-2上；液壓脹緊基準(zhǔn)夾具1位于上方待測(cè)筒體6內(nèi)壁，液壓脹緊基準(zhǔn)夾具1夾住激光準(zhǔn)直光管2，光源組件2-11發(fā)射的光線從定心球體結(jié)構(gòu)4-1的入射窗照射到光斑位置敏感器4-2上。

本發(fā)明未詳細(xì)說(shuō)明部分屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員公知技術(shù)。