图1　被测工件图

　　该产品月产量十多万台，手工单一参数抽检的办法既费工费时，又难以避免漏检。针对该产品特点，我们设计了一套快速检测轴类零件多参数综合检查仪。仪器采用光电非接触式测量，其主要技术指标如下：①轴向检测精度，即检测齿厚、齿槽宽度，以及它们的位置度偏差小于10 μm；②径向检测精度，即检测各处的直径的精度偏差小于40 μm；③检测速度不低于0.5件/s。

1.2　轴向测量原理
　　轴向测量系统由发讯传感器和光栅传感器、直流伺服电机系统、计算机系统等组成。它的主要任务是获得每个齿边缘的相对坐标位置，从而计算出齿厚、齿槽宽度，以及它们的位置度。其系统组成见图2。计算机控制直流伺服电机带动沿工件轴线方向安装的光栅尺和由半导体激光器与光电二极管组成的发讯传感器，沿工件轴线平行方向作往复扫描运动，其中激光器和光电二极管之间是刚性连接的。当发讯传感器沿工件轴向扫描工件时，同步运动的光电二极管接收到受工件齿形调制的光信号，输出近似削顶的正弦波形信号，经过差分放大、比较、微分、整形等电路，得到一系列代表各对应齿边缘位置的脉冲信号。以这些脉冲信号作为计算机的中断请求信号，锁存并采集光栅传感器位置数据，通过计算可得出齿厚、齿槽宽度，以及它们的位置度。

图2　轴向扫描传感器原理

　　考虑到光源不稳定和其它环境因素带来的信号波动影响，在光路上采用了分光差动的方法。激光束经分光镜后分为两路，参考路光束直接由一光电池接收，测量路光束则经工件调制后由另一光电二极管接收。把参考路的光电池输出信号作为参考电平与测量路的输出信号差分，可基本消除信号波动带来的影响。

1.3　径向测量原理
　　径向测量系统采用日本松下电器公司生产的新型激光位移传感器，其主要任务是获取被测件的各处直径尺寸。位移传感器的型号为LM系列的ANR1251，它是一种采用半导体激光器和位置敏感检测器（PSD）的、基于光学三角法测量原理的光电位移传感器，其组成见图3。

图3　光电位移传感器原理

　　半导体激光器发出的光束，通过光源透镜后照射到被测目标上，再由一个成像透镜汇集一部分散射光和反射光，在PSD的光敏面上成像为一个光点。当被测物体在较近的位置A点时，像点汇聚在a点；当被测物体在较远的位置B点时，像点汇聚在b点。按这种对应关系，像点的位置随被测距离的变化(ΔD)而变化(Δx)。因此可通过测量像点的位置来测量物体与传感器之间的位移。设D为透镜到被测目标的初始距离，θ为PSD轴线与激光束轴线的夹角，f为成像透镜的焦距，则经几何运算后有如下关系：

　(1)

式中，m=ftg²θ；n=D/cosθ。
　　被测物体的移动量ΔD与Δx之间存在线性关系，并以模拟量形式给出，经过A/D转换后由计算机读入。LM系列传感器采用了先进的玻璃成形技术，提高了光学系统的精度；通过增加光学反馈系统，使传感器受被测物体的颜色或材料的影响减小，从而实现了很好的线性。
1.4　测量系统组成
　　本系统的机械结构由两部分组成，即传感器扫描部分和被测件传送部分。工作台上安装光栅尺、发讯传感器和激光位移传感器，直流伺服电机由单片机控制带动工作台沿导轨作往复运动。被测件传送部分通过杠杆、凸轮机构与扫描部分相连。机构设计保证扫描部分返程时把已测量的工件释放，把新的一支工件传送至测量工位。电气系统包括电机伺服控制系统、单片机信号发生与控制系统、光栅信号处理系统、发讯传感器信号处理系统、主计算机和有关接口。整个测试系统见图4。测量时，由主计算机控制在正程时测量，返程时只作被测件的工件传送。