摘要：本文主要介绍了直线度检测的研发与应用
关键词：直线度；直线度测量仪；
引言
国家标准GB/T11336-2004《直线度误差检测》规定了直线度的规定，对直线度进行高精度的检测能精确的测量精度度。检测设备的基本原理是利用直线性非常好的激光为参照，通过PSD传感器可精确定位光的能量中心位置的功能来实现对内孔直线度的检测。对钢管等的直线度进行检测能有效的提升产品的精度，提升产品的质量。
1、直线度检测一
内孔直线度检测仪是利用激光的直线性和位敏传感器可精确定位光的能量中心位置的功能来实现内孔直线度检测的系统。直线度检测系统偏差量精度高，角度（弯曲方向）精确，可为被测工件的校直提供量化的科学依据。
1.2、PSD芯片及数据采集电路
PSD是利用离子注入技术制成的一种可确定光的能量中心位置的结型光电器件，它的优点主要有：1、对光斑形状无严格要求，在光聚焦不理想的情况下也不影响测量精度；2、光敏面上无象限分割线，消除了测量死区；3、对光斑位置可连续测量。4、测量精度高，一维最高精度可达0.2um。本方案选取的PSD为二维的，光的能量中心位置以“X轴，Y轴”的坐标值显示（如图1所示），测量精度为±15 um。计入其他误差后检测精度为±0.05mm。
PSD芯片监测到的激光能量中心位置信号将通过数据采集电路采集、放大并进行数字化处理后传输到上位机进行处理。
1.3、设备整体方案
1.3.1、设备组成
整套检测设备包括：检测台、激光光源、位置检测单元、控制柜、工控机、显示器、键盘、鼠标、报警装置和通讯线路等几部分。
1.3.2、检测设备的结构及各部件功能
本方案检测设备中，检测台是设备的主体结构件。其中主要包括：支架、激光光源座、圆管支座、顶杆、顶杆支承、滑座、线缆拖链等几个部件。整套设备的组成及整体结构如图2所示。
图2中，支架是整套设备的支撑件，由于设备总长度比较长，支架可以做成2节或多节对接结构。支架上装有激光光源、圆管支座、顶杆支承、滑座等零部件。
圆管支座可以上下、左右调整，可以根据圆管规格调整中心高度及左右位置。支承圆管的部位设置2套深沟球轴承，圆管在支座上可以自由转动。滑座通过步进电机带动齿轮与支架上的齿条配合带动滑座移动，滑座上装有空心的顶杆，为减小顶杆的自由下垂，靠近圆管部位设置1个顶杆支承。顶杆支承通过直线轴承与顶杆配合。位置检测单元内置PSD芯片，用来监测接收到的激光能量中心位置。位置检测单元与圆管内孔之间以过盈配合的弹性胀套连接，位置检测单元与顶杆之间采用弹簧柔性连接，用以保证PSD芯片一直处于圆管内孔的中心位置。当圆管在检测位置出现弯曲时，PSD芯片上的激光能量中心坐标值将发生变化。位置检测单元的数据线通过顶杆中心孔布置在滑台上，滑台上设置有穿线缆的拖链，线缆通过拖链后最终与控制柜连接。
圆管支座可以上下、左右调整，可以根据圆管规格调整中心高度及左右位置。支承圆管的部位设置2套深沟球轴承，圆管在支座上可以自由转动。滑座通过步进电机带动齿轮与支架上的齿条配合带动滑座移动，滑座上装有空心的顶杆，为减小顶杆的自由下垂，靠近圆管部位设置1个顶杆支承。顶杆支承通过直线轴承与顶杆配合。位置检测单元内置PSD芯片，用来监测接收到的激光能量中心位置。位置检测单元与圆管内孔之间以过盈配合的弹性胀套连接，位置检测单元与顶杆之间采用弹簧柔性连接，用以保证PSD芯片一直处于圆管内孔的中心位置。当圆管在检测位置出现弯曲时，PSD芯片上的激光能量中心坐标值将发生变化。位置检测单元的数据线通过顶杆中心孔布置在滑台上，滑台上设置有穿线缆的拖链，线缆通过拖链后最终与控制柜连接。
1.5、检测原理及检测步骤
1.5.1、检测原理
本方案直线度检测设备的基本原理是以激光束为直线参照物，检测圆管内孔的弯曲偏移量。检测时首先将圆管的头部和尾部调整到激光点处于PSD芯片的坐标原点附近位置（ X轴、Y轴的坐标允许有0.1mm之内的偏差）。检测时系统将根据圆管两端的坐标值拟合一条直线，其它检测位置的偏移量均是相对于这条直线的垂直偏移量。系统给出的偏移角度指示的是弯曲方向。偏移量的计算方法为反向消差法，所谓反向消差法是指检测两组成180°的坐标数据，通过对这两组数据的特定计算消除检测时圆管自由下垂引起的检测误差。
1.5.2、检测步骤
（1）将被测圆管吊装到检测台的两个圆管支座上，初步调整支座的中心高度使圆管轴线与激光束基本重合。
（2）启动步进电机使滑台行走，将位置检测单元顶入圆管内孔至第一个检测点的位置。调整本侧圆管支座，使位敏传感器的十字光标接近坐标原点（0,0）。
（3）再次启动步进电机使滑台行走，将位置检测单元顶到最后一个检测点的位置。调整本侧圆管支座，使位敏传感器的十字光标接近坐标原点（0,0）。
（4）反向启动步进电机使滑台行走，将位置检测单元返回第一个检测点的位置。查看十字光标是否偏离坐标原点（0,0），如偏离坐标原点（0,0）较多，再次调整本侧圆管支座，使位敏传感器的十字光标接近坐标原点（0,0）。
（5）点击“0°自动检测”，检测软件记录下第一个检测位置P0点的坐标后，系统将启动丝杠驱动装置推动位置检测单元至第二个检测位置P1点，并记录P1点的坐标；然后再将位置检测单元移至P2点并记录坐标值；以此类推，直至检测完所有的检测点。
（6）最后一个检测点的坐标值记录后，0度检测完成。人工转动圆管180度，点击“180°自动检测”。系统将从最后一个检测点依次检测记录各检测点的坐标，直至返回第一个检测点P0位置，180度自动检测完成。
（7）180度检测完成后等待2秒，系统将直接显示各点的检测结果，可根据检测结果判定被测件是否合格。
2、直线度检测原理二
平行光自准直法直线度检测仪器是将平行光管和准直望远镜结合为一体的一台仪器。通常由光源、分划板、分光镜、物镜以及望远接收部分构成，其望远接收部分由分划板和目镜组成，可通过人眼观测并结合机械测微装置完成测量，也可由光电传感器完成接收和测量。其检测原理图如图1所示。
光源将位于物镜焦平面（物镜焦距= f）的分划板投射至无穷远（准直光出射），经过平面反射镜返回的准直光经物镜后再次成像于同样位于物镜焦平面（共焦系统）的光电传感器的探测面上，当反射镜发生了α角度的偏转后，返回的分划板在光电传感器上的像会产生ΔS的位移，通过精确测量出ΔS值，即可准确计算出平面反射镜的偏转角度。
检测内孔直线度时，将平面反射镜伸入孔内，利用胀套保证反射镜与内孔垂直。当内孔有弯曲时反射镜将偏转一定的角度，通过反射镜的偏转角度可以计算出内孔的直线度。
结语
以上就是两种直线度的检测方法，通过此方法可以进行高精度的在线检测，实现高精度的直线度测量，为钢管等类型的直线度检测提供便利，提升品质。
本文由保定市蓝鹏测控科技有限公司编写
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