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            鎂鋁平尺直線度測量裝置與測量檢定原理

            發布時間:2022-12-31 20:13

             

            【一】、刀口形直尺直線度測量裝置
            鎂鋁合金平尺直線度測量裝置由線型激光器及其裝夾機構、刀口形直尺裝夾定位機構、工業相機及其裝夾機構、計算機以及直線度測量軟件構成。
            1線激光根據前述標準光隙的透光特性可知:紅色激光不能透過寬度小于1.25μm的縫隙,而藍色激光能夠通過所有寬度大于0.8μm的縫隙。因此,本次刀口形直尺直線度測量裝置的研究選用藍色線激光。
            2刀口形直尺直線度測量方案傳統刀口形直尺直線度檢定方法存在人眼很難準確識別經過衍射后的色光顏色、人為因素影響大和無法對縫隙寬度進行定量測量等不足。
            系統硬件包括ST635LS線型激光器、MV一1400UCUSBII高精度工業相機、計算機、待檢刀口形直尺、標準研磨面平尺和裝夾機構。硬件部分的結構如圖3所示。硬件選擇的關鍵在于保證刀口尺刃口圖像的成像效果及直線度測量結果的穩定性。因此,在對激光器、高精度工業相機及刀口尺硬件裝夾機構進行選擇時,都要對上述因素進行綜合考量。
            1)激光具有方向性好、顏色單一的特點。相對傳統刀口形直尺檢定方案中的白熾燈,具有單一波段的線激光能夠避免經過單縫衍射后形成的多種顏色色光對后續識別工作造成的影響。ST635LS線型激光器在0.5m處線寬較窄可達0.5mm;1.5m處線寬較窄可達0.8m,扇角為135°。當待檢刀口尺與激光器之間的距離為0.5m時,激光線長可達2.414m,完全能夠滿足300mm刀口尺刃口直線度檢定的需要。
            2)MV一1400UCUSBII高精度工業相機采用計算機USB2.0接口,曝光時間、亮度、增益等參數均可以由計算機編程控制。該工業相機的較大分辨力可達4384x3288較高幀率可達22幀/s。高分辨力的工業相機能夠保證后續圖像處理過程中計算機成功提取到圖像中的像素信息。
            3)刀口尺定位槽的設計需要保證每次放入待檢刀口尺后,刀口尺刃口與工業相機、激光器之間的相對距離不變。刀口尺定位槽兩側的6個導軌槽相對水平面傾斜10°,且呈對稱分布;每一側的導軌槽內放置有2個小型的導軌;當刀口尺放入定位槽后,4小型導軌因其自身自重會始終緊密貼合在刀口尺刃口處的兩側;4個圓柱面能夠將待檢的每一個刀口尺刃口調整到同一位置,也就能夠保證待檢刀口尺與工業相機、激光器之間的相對距離不變。
            【二】、刀口尺的測量檢定原理
            鎂鋁合金平尺的測量面呈刀口狀,常見的有刀口形直尺、三棱尺以及四棱尺。刀口形直尺廣泛應用于生產現場產品的檢驗,以光隙法為理論基礎,主要用于測量機加零件表面的直線度和平面度。機加零件的直線度和平面度對零件的密封性、運動平穩性、耐磨性以及噪音等都有很大影響,因此,工廠加工零件的同時對機加零件的直線度和平面度進行嚴格把控。為了保證機加零件直線度及平面度測量結果的可靠性,保證刀口形直尺工作棱邊的質量。截至目前,常規的刀口形直尺檢定均采用人眼觀測的方法,存在人為因素影響大、測量結果無法量化等問題。
            光隙法是利用人眼觀察透光縫隙,根據可見光顏色來判斷對應光隙的寬度。由于操作簡單且測量準確度相對較高,光隙法廣泛應用于長度計量領域。
            標準光隙由3等量塊、2級平晶和0級刀口形直尺構成。先將兩塊厚度為1mm的量塊放置于2級平晶上,在1mm的量塊中間依次放置0.999~0.998,0.997mm直至0.991mm的量塊;再將刀口形直尺放置于兩塊1mm的量塊上,使其刃口與兩塊1mm量塊的上表面良好接觸。因為各量塊與1mm量塊之間存在厚度差,故形成了標準光隙,標準光隙搭建原理。當光源照射到標準光隙的一側時,人眼在標準光隙的另一側便可觀察到不同寬度的標準光隙所對應的不同顏色的色光。
            根據經驗,一般縫隙寬度達到0.5μm即可透光。
            白光通過寬度為0.8μm左右的縫隙后呈藍色,通過寬度為1.25一1.75μm的縫隙后呈紅色,通過寬度超過2μm或2.5μm的縫隙后呈白色。
            傳統刀口形直尺的檢定主要依靠人眼判斷。將待檢刀口形直尺刃口垂直放置于標準研磨面平尺上,直線度較差的刀口形直尺與研磨面平尺相交處將形成一定寬度的縫隙。刀口形直尺后方的白熾燈發出的光照射到刀口形直尺刃口處的縫隙時,將發生單縫衍射現象。
            可見光包含紅、橙、黃、綠、青、藍、紫七種色光,波長范圍為380一760nm。由單縫衍射原理可知,光的波長與縫隙寬度越接近,衍射現象越明顯;反之,光的波長與縫隙寬度的差距越大,衍射現象越弱。當白熾燈發出的白光照射到刀口形直尺工作棱邊與研磨面平尺之間的縫隙時,不同寬度的縫隙后方各單色光發生衍射的強度不同,導致呈現的衍射光顏色也不一樣,同時,因為單縫衍射現象的存在,每一個縫隙后方的衍射光均由多種色光組成。根據JJG63-2007《刀口形直尺檢定規程》,刀口形直尺刃口處不透光或只有藍光時,認為其直線度小于1μm;當縫隙寬度大于1μm時,采用與標準光隙顏色對比的方法即可確定刀口形直尺刃口處的直線度。
            刀口形直尺直線度檢定方法存在兩點不足:①人眼無法僅憑視覺信息對比兩種色光的顏色;②經過檢定的刀口形直尺并不能得到準確的直線度檢定數據。
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