孔类零件测量(图文并茂版)

1、表面反射表面反射式测量仪式测量仪万能测长仪原理与结构光电显微镜测量测量方法电子图像测量的测量方法光电显微镜测量测量方法 在几何量的测量中在几何量的测量中 , ,往往需要进行非接触式往往需要进行非接触式定位和瞄准定位和瞄准 , ,光学显微镜由于受人眼鉴别率光学显微镜由于受人眼鉴别率的限制的限制 , ,其瞄准精度比较低其瞄准精度比较低 ( (最高可达最高可达 0. 20. 2 0. 3m )0. 3m )而且很难实现自动化而且很难实现自动化 , ,采用光电采用光电显微镜显微镜 , ,不仅提高了瞄准精度不仅提高了瞄准精度 , ,而且为检测而且为检测自动化提供了可靠的基础。自动化提供了可靠的基础。 光

2、电显微镜分静态光电显微镜和动态光电光电显微镜分静态光电显微镜和动态光电显微镜。显微镜。 就其原理来说分为光度式光电显就其原理来说分为光度式光电显微镜微镜( (单光电管光度式、双光电管差动光度单光电管光度式、双光电管差动光度式式 ) )和相位式光电显微镜和相位式光电显微镜 ( (相位示波式和相相位示波式和相位脉冲式位脉冲式 ) )。这里介绍的是相位式静态光电。这里介绍的是相位式静态光电显微镜在孔径测量方面的应用。显微镜在孔径测量方面的应用。静态光电显微镜的工作原理由光源发出的光线经聚光镜照亮目标分划板 S,分划板上的图案经由投影物镜在测量面上形成一缩小实像 光学像点 ,该像点恰好位于显微镜的物平

3、面上。此像点经显微物镜成像 ,该像被分光镜分为两路 ,一路成像于目镜分划板上 ,用于目镜观测 ,另一路成像于光电接收器的狭缝上 ,用于光电瞄准。狭缝的宽度与像点的像的宽度大致相等。光学灵敏杠杆 D 待测孔径 d 光学灵敏杠杆测头直径 n1、n2 工具显微镜上的两次读数光电显微镜运用于孔径测量光电显微镜运用于孔径测量 在瞄准直线端面时在瞄准直线端面时 , ,是以影像位于振动狭缝中心位是以影像位于振动狭缝中心位置为瞄准点置为瞄准点 ; ;在瞄准内孔时在瞄准内孔时 , ,由于内孔的瞄准面不由于内孔的瞄准面不是直线而是圆弧表面是直线而是圆弧表面 , ,在其反射时就会使目标像发在其反射时就会使目标像发生

4、变形生变形 , ,形成圆弧瞄准像。因光电倍增管仍是对振形成圆弧瞄准像。因光电倍增管仍是对振动狭缝两边的光强度变化进行瞄准动狭缝两边的光强度变化进行瞄准 , ,故而会产生瞄故而会产生瞄准误差。准误差。 当光电倍增管接收到目标像两边的光强当光电倍增管接收到目标像两边的光强相等相等 , ,也就是狭缝被目标像均分成两块相等的面积也就是狭缝被目标像均分成两块相等的面积时就认为目标被瞄准时就认为目标被瞄准 , ,有如下关系有如下关系: :设狭缝长为设狭缝长为 L , L ,狭缝宽度为狭缝宽度为 H , H ,被测孔径半径为被测孔径半径为R ,R ,要使圆弧两边面要使圆弧两边面积相等积相等 , ,则圆弧顶点

5、一定会超过狭缝中心线则圆弧顶点一定会超过狭缝中心线 设圆弧顶点距狭缝最近设圆弧顶点距狭缝最近边缘为边缘为 s, s,并偏离狭缝中并偏离狭缝中心线为心线为 , ,则则 为瞄准误为瞄准误差的一半差的一半 , ,则有则有(R+ s) L-(R+ s) L- L - 2 L2R2- L 2dx = L - 2 L2R2- L 2dx = HL2 ( 2)HL2 ( 2)仪仪”、“汞分析汞分析仪仪”等项目。等项目。“光谱检光谱检定装置定装置”除包括建议二除包括建议二中中“比色计比色计”和和 “ “分光光度计分光光度计”外外 , ,还还应包括应包括: : “发射光谱仪发射光谱仪”、“ X X射线荧光光谱仪

6、射线荧光光谱仪”、“光焰光度计光焰光度计”等项目等项目。光学灵敏杠杆的对准测量线与工件的孔径重合的判断方法 工件只可作x、y方向平移 找折转点 光学灵敏杠杆测量孔径电子图像测量的测量方法该测量系统由计算机、图像采该测量系统由计算机、图像采集卡集卡 、摄像系统和驱动控制系、摄像系统和驱动控制系统等部分组成统等部分组成 。图像采。图像采集卡和运动控制卡安装在计算集卡和运动控制卡安装在计算机内部机内部, , 分别与摄像头和伺服电分别与摄像头和伺服电机进行数据交换机进行数据交换 。摄像头竖直。摄像头竖直安装在传送带的正上方安装在传送带的正上方, ,其光轴其光轴垂直于传送带所在平面垂直于传送带所在平面,

7、 , 被测工被测工件水平放置在传送带上。为了件水平放置在传送带上。为了获取清晰的工件图像获取清晰的工件图像 , ,采用采用 LED LED 环形光源照明环形光源照明, , 让工件均匀受光让工件均匀受光 , ,并使摄像头和环形光源的轴心并使摄像头和环形光源的轴心尽可能通过工件中心尽可能通过工件中心 。这样。这样 , ,工工件正好成像在摄像头的中心件正好成像在摄像头的中心, ,拍拍摄的图像不仅变形小摄的图像不仅变形小 、没有阴、没有阴影影 , ,而且质量较高而且质量较高 。图像采集图像采集是视觉检测系统的首要图像采集是视觉检测系统的首要环节环节, , 采集到的图像质量好坏直采集到的图像质量好坏直接

8、影响到后续图像处理的精度接影响到后续图像处理的精度 。一幅图像通常用二维数组一幅图像通常用二维数组 f( x , y) f( x , y) 来表示来表示 , x , x 和和 y y 是像素点是像素点( x , y) ( x , y) 在在 XY XY 平面中的坐标平面中的坐标 , f , f 则代表该则代表该像素点的亮度值像素点的亮度值 5 5 。将被测工。将被测工件水平放置在二维工作台上件水平放置在二维工作台上, ,确确保光轴垂直穿过工件的轴心保光轴垂直穿过工件的轴心 , ,调调节摄像机直到获取最清晰的图像节摄像机直到获取最清晰的图像, , 如图如图 2 2 所示面粗糙度检查仪的发所示面粗

9、糙度检查仪的发展趋势展趋势误差的判别为了确定轮廓边缘上各像素点与质心的相对位置关系为了确定轮廓边缘上各像素点与质心的相对位置关系, ,设设图像轮廓上有图像轮廓上有 N N 个像素点个像素点, ,且第且第 n n 个像素个像素点的坐标为点的坐标为( Xn , Y n),( Xn , Y n),它与质心之间的欧氏距离为它与质心之间的欧氏距离为D( Xn, D( Xn, Yn)= ( Xn -X0) 2+( Yn -Y 0) 2 ( 3)Yn)= ( Xn -X0) 2+( Yn -Y 0) 2 ( 3)该距离的大小可记为轮该距离的大小可记为轮廓上第廓上第 n n 个像素点的力矩大小个像素点的力矩大

10、小 。设内孔径轮廓上所有像。设内孔径轮廓上所有像素点的质量均为素点的质量均为1 1 个单位个单位 , , 且作用方向垂直于该点到质心且作用方向垂直于该点到质心的连线的连线 。则第则第 n n 个像素点对质心个像素点对质心( X0 , Y 0) ( X0 , Y 0) 的力矩为的力矩为Tn= ( Xn-X0) 2 +( Y n -Y 0) 2 ( 4)Tn= ( Xn-X0) 2 +( Y n -Y 0) 2 ( 4)所以所以 , ,该轮廓上所有像素点对质心的复合力矩为该轮廓上所有像素点对质心的复合力矩为T = T = N k=1Tk ( 5)N k=1Tk ( 5)最后最后 , ,将复合力矩将

11、复合力矩 T T 与预先设定的最大绝对阈值与预先设定的最大绝对阈值TmaxTmax进行比较进行比较 。若。若 T T Tmax ,Tmax ,则加工精度则加工精度满足要求满足要求 , ,否则作为废品处理否则作为废品处理 。检测系统的实现在实验过程中在实验过程中 , ,选用了选用了 DH -HV1300FM DH -HV1300FM 型型数字摄像机、数字摄像机、MCP814b MCP814b 型运动控制卡、型运动控制卡、MSDA013A1A MSDA013A1A 型驱动器和型驱动器和 MSMAO12A1C MSMAO12A1C 型交流伺服电机组成测量型交流伺服电机组成测量系统。以标准环规为例系统

12、。以标准环规为例, , 用上述方法对其用上述方法对其内径进行了测量实验内径进行了测量实验, , 利用利用 Visual C + 6. Visual C + 6. 0 0 编写程序编写程序, , 开发出的测量系统软件部分界开发出的测量系统软件部分界面如图面如图 6 6 所示所示 。根据所设计工件的尺寸要。根据所设计工件的尺寸要求求, , 计算出内部圆形区域面积的大小计算出内部圆形区域面积的大小 , ,将其将其作为判断标准。测量时作为判断标准。测量时 , ,计算机先采集到计算机先采集到清晰的图像清晰的图像, , 再按上述图像处理算法再按上述图像处理算法, , 对图对图像进行轮廓提取像进行轮廓提取

13、, ,并分别根据式并分别根据式( 2) ( 2) 和式和式( 5) ( 5) 计算计算出中间圆形区域的质心坐标以及轮廓上所出中间圆形区域的质心坐标以及轮廓上所有像素点对质心的复合力矩有像素点对质心的复合力矩 , ,最后最后, ,运用上运用上述判别准则将所得复合力矩的大小与标准述判别准则将所得复合力矩的大小与标准阈值进行比较阈值进行比较, , 即可得出工件的误差大小即可得出工件的误差大小 , , 从而判断工件是否合格从而判断工件是否合格 。测量结果可以实。测量结果可以实时显示时显示, ,也可以自动进行存储也可以自动进行存储 。万能测长仪原理与结构图图-1 -1 万能测长仪原理图万能测长仪原理图1

14、-1-被测工件；被测工件；2 2、10-10-测帽；测帽；3-3-尾管；尾管； 4- 4-尾座；尾座；5-5-工作台；工作台；6-6-量轴；量轴；7-7-毫米刻度尺；毫米刻度尺；8-8-滚动轴承；滚动轴承；9-9-读数显微镜；读数显微镜；仪器原理其原理为直接把测件与其原理为直接把测件与精密玻璃尺作比较，然精密玻璃尺作比较，然后利用补偿式读数显微后利用补偿式读数显微镜观察刻度尺并读数。镜观察刻度尺并读数。玻璃刻度尺固定在测体玻璃刻度尺固定在测体上，因其在纵向轴线上，上，因其在纵向轴线上，故刻度尺在纵向上之移故刻度尺在纵向上之移动量完全与试件之长度动量完全与试件之长度一致，而此移动量可在一致，而此

15、移动量可在显微镜中读出。显微镜中读出。因被测工件的被测尺寸因被测工件的被测尺寸是在仪器毫米标准刻尺是在仪器毫米标准刻尺的延长线上，所以无阿的延长线上，所以无阿贝误差。贝误差。仪器结构1-1-底座；底座；2 2、11-11-微动手轮；微动手轮；3-3-读数显微镜；读数显微镜；4-4-测量座；测量座；5-5-测量轴；测量轴；6-6-万能工作台；万能工作台；7-7-微调螺钉；微调螺钉；8-8-尾管紧固手柄；尾管紧固手柄；9-9-尾座；尾座；10-10-尾管；尾管；12-12-尾座紧固手柄；尾座紧固手柄；13-13-工作台转动手柄；工作台转动手柄；14-14-平衡手轮；平衡手轮；15-15-工作台摆动

16、手工作台摆动手柄；柄；16-16-微分筒；微分筒；17-17-限位螺钉；限位螺钉；18-18-工作台升降手轮；工作台升降手轮；19-19-锁紧螺钉锁紧螺钉底座底座 底座是用来承载和安放测量座、尾座、万能工作台等仪器主要部件和各种附件的。 在底座左侧内部装有电气设备，左侧盖板上有可调换的 0.3A 玻璃保险丝和调节照明亮度旋钮，以及开启或关闭仪器输入电源的开关。 底座右侧内部装有平衡装置，是保证工作台在承受不同重量的工件时能同样轻易地做升降运动。 底座下方有三个安平螺钉，用来调整底座的水平位置。测量座测量座测量座是测量过程中感应尺寸变化并进行读数的重要部件，主要有测量座是测量过程中感应尺寸变化并

17、进行读数的重要部件，主要有测杆、读数显微镜、照明装置以及微动装置组成。它可通过滑座在测杆、读数显微镜、照明装置以及微动装置组成。它可通过滑座在基座床面导轨上滑动，并能用手轮在任何位置固定。测座的壳体是基座床面导轨上滑动，并能用手轮在任何位置固定。测座的壳体是由内六角螺钉与滑座紧固成一体。由内六角螺钉与滑座紧固成一体。（一）测杆在壳体中的轴承上运动，它通过螺钉固定在其运动范围（一）测杆在壳体中的轴承上运动，它通过螺钉固定在其运动范围内的任何位置上。测杆内装有一根刻划长度为内的任何位置上。测杆内装有一根刻划长度为100100毫米的精密刻度毫米的精密刻度尺。尺。（二）读数显微镜装于测量座的壳体上，采

18、用光学游标式读数原理。（二）读数显微镜装于测量座的壳体上，采用光学游标式读数原理。目镜的视度，在测量时可旋转视度圈调整。手轮可带动分划板移动。目镜的视度，在测量时可旋转视度圈调整。手轮可带动分划板移动。手轮可使整组目镜在测量轴线方向做少量移动，测量时可以用其迅手轮可使整组目镜在测量轴线方向做少量移动，测量时可以用其迅速对正零位。速对正零位。（三）测量轴微动装置（三）测量轴微动装置在测长仪上检定测微表或用电眼装置测小孔时，需要使测量轴作微在测长仪上检定测微表或用电眼装置测小孔时，需要使测量轴作微量位移，这要靠微动装置来实现，其移动量可小至量位移，这要靠微动装置来实现，其移动量可小至0.5um0.

19、5um。微动装置是一种摩擦传动机构，结构如图微动装置是一种摩擦传动机构，结构如图-4-4，使用微动装置时，可，使用微动装置时，可通过离合手轮来操作。通过离合手轮来操作。 图图-3 -3 测量座结构图测量座结构图1-1-左牵绳环；左牵绳环；2-2-读数显微镜；读数显微镜；3-3-毫米刻度尺；毫米刻度尺；4-4-测量轴；测量轴；5-5-右牵绳环；右牵绳环；6-6-滑座；滑座；7-7-照明光源；照明光源；8-8-摩擦微动装置；摩擦微动装置； 9-9-测测力重锤；力重锤；10-10-限位杆限位杆 图图-4-4微动装置结构微动装置结构1-1-测量轴；测量轴；2-2-转轴；转轴；3-3-摩擦盘；摩擦盘；4

20、 4、7-7-弹簧；弹簧；5-5-传动轴；传动轴；6-6-轴套；轴套；8-8-微动手轮微动手轮尾座与尾管尾座固定在底座右侧的导轨面上，尾管插在尾座的孔中。尾管的测尾座固定在底座右侧的导轨面上，尾管插在尾座的孔中。尾管的测杆上可装不同的测帽，构成测量中的固定测点。（见图杆上可装不同的测帽，构成测量中的固定测点。（见图-2-2）。尾管）。尾管测头上可以装置各种需要的测帽，同时通过螺钉的调节，可使其测测头上可以装置各种需要的测帽，同时通过螺钉的调节，可使其测帽平面与测座上的测帽平面平行。帽平面与测座上的测帽平面平行。在对尾管进行调整时，选择两平面测帽分别装在测轴和尾管的测杆在对尾管进行调整时，选择两

21、平面测帽分别装在测轴和尾管的测杆上（挂上测力重锤）并使测帽两平面轻轻接触上（挂上测力重锤）并使测帽两平面轻轻接触, , 再用螺丝刀缓慢调整再用螺丝刀缓慢调整螺钉螺钉7 7从目镜视场中找转折点从目镜视场中找转折点 万能工作台万能工作台 为了保证工件的被测尺寸能正确地调整到测量轴线的延长线上，万能工作台可作5个方位的运动，以使被测尺寸调整到正确测位上。 （1）工作台升降手轮 18 用来调整工作台升降。升降范围为 0至 105 毫米。升降数值可由刻度盘上读出。刻度盘上的分度值为 0.5 毫米，右侧旋手用以限制工作台的下降，而左侧旋手则是用以限制工作台向上升高。要使工作台固定在任意位置上，则可旋紧手轮

22、的中央旋手。 （2）旋转微分筒 16，可使工作台产生 0 至 25 毫米横向运动，微分筒分度值为 0.01 毫米。 （3）扳动工作台摆动手柄15，可使工作台有3倾斜运动。 （4） 扳动工作台转动手柄13，可使工作台绕垂直轴线旋转4。 （5）在测量轴线方向上，工作台能自由移动5毫米。见（图-2） 在测量长方形工件宽度L时，工件要绕y轴摆动找读数的最小值，同时还要绕z轴转动找读数的最小值。只有在此两最小值位置上的读数，才是被测尺寸L的正确值。 测量竖放圆柱形工件直径时，工件要绕y轴前后移动找读数的最大值，同时还要绕y轴转动找读数的最小值。只有找准这两个位置上的读数值, 才是被测圆柱形工件的直径正确

23、值。 测量横放圆柱形工件直径时，要使工件沿z轴上下移动找最大值，同时还要绕z轴转动找最小值。只有找准这两个位置上的读数值, 才是被测圆柱形工件的直径正确值。仪器附件仪器附件（一）电眼装置（一）电眼装置电眼装置（如图电眼装置（如图-6-6所示）包括指示器、绝缘台、支持臂和球形测头四个部分。所示）包括指示器、绝缘台、支持臂和球形测头四个部分。它用来测量它用来测量1 120mm20mm的内孔，可使测量力接近于零。的内孔，可使测量力接近于零。（二）内测装置（二）内测装置内测装置（如图内测装置（如图-7-7所示）由大测钩、小测钩、小测钩顶针轴和样圈四部分组成，所示）由大测钩、小测钩、小测钩顶针轴和样圈四部分组成，用来测量内尺寸。用来测量内尺寸。测钩分为大小两种，分别用于不同内