[发明专利]激光扫描式发动机凸轮轴轴径测量装置及测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种发动机凸轮轴轴径测量。特别是涉及一种对被测凸轮轴表面没有任何损伤的激光扫描式发动机凸轮轴轴径测量装置及测量方法。

背景技术

凸轮轴是发动机的核心部件之一，它通过自身的不断旋转推动气门顶杆上下运动，进而控制气门的开启与关闭，因而其轮廓尺寸和形状误差是影响气门开闭间隙大小和配气效率的主要因素，直接影响发动机的功率输出。随着汽车工业的高速发展和制造工艺的提高，凸轮轴的加工已广泛采用自动化生产，传统的光学机械量仪及样板测量已不能适应生产需要，高精度、高效率的凸轮轴综合测量仪是非常必要的。

目前，凸轮轴测量机的分度装置大都采用圆光栅编码器测量系统，线值装置采用直线光栅测量系统。计算机发出的控制信号启动直流同步电机旋转，精密回转轴系带动凸轮轴转动，通过回转轴圆光栅传感器和径向直线光栅传感器分别将凸轮轴的角位移、径向、轴向位移转换成明暗条纹的光强变化信号，经光电信号变换及处理后送入计算机，通过数据分析就获得每个凸轮轮廓对应于各个转角的径向测量值(升程)。这种方法采用刚性测头接触被测物，容易对被测物表面造成划伤，并且结构复杂、成本高。

由于光学非接触式测量具有速度快、精度高、对被测物无损害等优点，近年来已经被应用到凸轮轴检测领域。基于机器视觉的CCD三维视觉测量方法使用三维扫描仪对凸轮轴进行分段拍摄，再将所有区域的测量结果拼接在一起形成完整的形貌。实际测量时需要进行在被测物表面粘贴标记点或者特征体的准备工作，同时受图像特征提取和拼接算法的限制，测量精度只能达到10^-2mm数量级。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种采用非接触的激光扫描方式，对被测凸轮轴表面没有任何损伤，测量速度快、效率高的激光扫描式发动机凸轮轴轴径测量装置及测量方法。

本发明所采用的技术方案是：一种激光扫描式发动机凸轮轴轴径测量装置及测量方法。激光扫描式发动机凸轮轴轴径测量装置，包括依次设置的：准直激光光源、扫描平晶、透镜和光电接收器，所述的扫描平晶通过直流伺服电机驱动运转，所述的直流伺服电机与光电接收器之间连接有用于对光电信号进行放大整形、计数和电机控制的信号处理及控制电路，所述的扫描平晶和透镜之间用于放置被测凸轮轴。

所述的准直激光光源是由二极管激光器、光纤和光纤准直器组成，二极管激光器产生的光线沿光纤传至光纤准直器后出射。

所述的被测凸轮轴是安装在精密回转轴系上。

用于激光扫描式发动机凸轮轴轴径测量装置的测量方法，包括如下步骤：

1)将被测凸轮轴安装在精密回转轴系上，通过轴系上的圆光栅传感器读出回转角度，以确定凸轮轴轮廓渐开线对应的相位信息；

2)将扫描平晶通过夹持装置安装在直流伺服电机上作匀速转动，光源发出准直激光光束透射扫描平晶后，对设定范围进行扫描；

3)设：激光光束刚刚进入扫描区的时刻为t₀，激光光束刚被凸轮轴遮挡时刻为t₁，激光光束离开凸轮轴另一边缘时刻为t₂，t₀+T时刻表示下一测量周期的开始；

4)计算被测凸轮轴的直径d：

最大入射角由扫描平晶的长度L和宽度D决定，即

θmax=π2-arctanDL]]>

设外界折射率为1，平晶材料折射率为n，则扫描光束的偏移量S与入射角θ的关系为：