课题的背景和来源--前言
1.1 前言
新技术、新工艺、新项目对大直径尺寸高精度测量技术提出了越来越高的要求。长期以来国内外学者对此进行了大量研究，尝试过的测量方法不下几十种，但一直没有理想的方法和测量仪器出现。其现状是：机械大直径尺寸测量技术（内/外径）依然停留在传统的机构测量方法的水平上（主要指：游标卡尺法，外径千分尺法，卡规法，π尺法，弓高弦长法等）这些方法的共同点是：费力，费时，量具笨重，测量结果精度不高（相对测量精度在10-4量级），并且因人而异，已满足不了加工现场提出来的越来越苛刻的要求。例如举世瞩目的世界最大工程：三峡工程中水轮发电机组的主轴止口尺寸为φ3050mm ，要求IT6级加工精度（测量误差小于0.02mm/M），这是目前所见报导中大直径尺寸测量方法及测量仪器均未达到的精度。社会与加工现场急需一种测量大直径尺寸的新方法（新仪器），它要满足“以小测大”、无接触、高精度并能适应加工现场的工业环境的要求。
图1.1 直尺——三角板测直径
我对直径检测的认识，更多的就是我在学校的成长的过程。接触式测量中的直尺——三角板（见图1.1）测量和周长测量法、还有游标卡尺和千分尺的测量法，非接触式的光电式检测（见图1.2）。测试的技术在更新，测量技术的提高，测量结果的准确度也在提高。特别是近年来，随着制造技术的不断提高，各种材料和形状的零件大量出现。原始的测量方法已经很难满足对现在的产品的测量，于是，出现了很多非接触测量的方法和仪器。非接触测量方法极大的弥补了接触测量的不足，比如不破坏物体表面，可对软性材料进行测量等优点, 从而能更好的适应市场的需求。
图1.2 线阵CCD 线径测量仪光学原理图
1.2 光滑钢圆柱体直径高速检测的背景及国内外的发展状况 在工业生产中，检测是保证质量品质的最重要手段，几何尺寸往往是测量中最重要的测量参数，特别是机械加工零件，用积压，冷热扎，拔丝等工艺手段加工的型材等的尺寸更要加以检测。但是，随着零件种类和材料的多样性。按传统的接触测量方法对精密加工零件或细小零件进行测量时读数是非常不方便的，对一些软性材料制品（如塑料光纤，电缆）的外径和包皮厚度的测量则更为困难。
于是，就试图研究一种新的测量技术来解决这一问题。自60年代激光产生以后，其高方向性和高亮度的优越性就一直吸引着人们不断探索它在各方面的应用。在这个背景下，在工业生产中发现了利用激光作为媒介的非接触的测量方法。它可以完成许多用接触式测量手段无法完成的检测任务。非接触测量大体采用声或光作为媒介。非接触测量是以光电、电磁等技术为基础，在不接触被测物体表面的情况下，得到物体表面参数信息的测量方法。
关于圆柱体的直径测量，在实际的工程应用中非常广泛。在机械加工行业中，回转体轴盘类工件大直径（φ＞0.5m ）高精度测量技术是当今尚未圆满解决的世界性技术难题，机械的非接触测量有利于测量精度的提高, 重要的是测量方法的改进和核心技术的提高。国内外的一些知名大学和科研院所也都在积极进行探索、研究。上海交通大学仪器系为了使学生了解直径测量，建立自动检测的概念，利用电阻式应变传感器和差动式电感测微仪（见图1.3）的工作原理，采取比较法测圆柱直径的方，特开设了有关圆柱外径测量的圆柱参数自动检测实验。哈尔滨工程大学组织了专业技术人员，进行科技攻关，利用已获国家专利（专利号：ZL92226317.5）的“标记法”测量原理，对大直径（内/外径均可）尺寸，进行高精度在线、无接触测量的通用量仪。形成了“标记法大直径测量仪”这一“可转化科技成果”项目。清华大学也在这个方面有了一定的研究成果。俄罗斯科学院西伯利亚分院通过使用光控二极管尺运用阴影测量法原理，用微处理器处理物体的阴影像的一些相应数据，制成了CEHCOP-B 型光电子测径仪。该项技术已
经是俄罗斯向中国科技交流的成果之一。CEHCOP-B 型光电子测径仪测量精确度高，能够实现高速检测。但是，它的缺点是测量范围相对较小，价格昂贵。
图1.3 电感测微仪结构
1.3 课题的背景和来源
在机械加工行业中，回转体轴盘类工件大直径（超过φ500mm ）尺寸高精度测量技术，是当前尚未圆满解决的世界性技术难题。随着科技的进步, 测量仪器向着智能化迅速发展, 单片机的应用也越来越广泛, 已逐渐代替了传统电路。CCD 的应用更是随处可见, 因为它具有自扫描、高灵敏、低噪声、长寿命和高可靠性等优点, 故而广泛应用于测量仪器中。把单片机和CCD 相结合, 可以改变传统的直径测量方法, 同时使测量仪器更便于操作和控制, 本文讨论的线阵CCD 测径装置就是由光学系统、线阵CCD 、单片机组成的智能化测量仪器。测量尺寸的计算通过软件来实现。
1.4 研究的目的和意义
我们对一等光滑钢圆柱体直径高速在线检测技术的探讨和研究，必然有益于丰富非接触式测量的内容和理解，这也有益于提高认识。并且可以从认识上改善对直径检测的方法。意识是行为的先导，我们一定会做到的。
光滑钢圆柱体直径高速在线检测技术，在一定程度上代表着当今科学技术发展的最新情况，是理论应用与实际的一种体现。说到底，也是关系到高精技术发展的需要，也是提高生产技术的一项很有意义的努力。也是体现科学技术是第一生产力这一命题的有力实证。
课题的背景和来源--前言
1.1 前言
新技术、新工艺、新项目对大直径尺寸高精度测量技术提出了越来越高的要求。长期以来国内外学者对此进行了大量研究，尝试过的测量方法不下几十种，但一直没有理想的方法和测量仪器出现。其现状是：机械大直径尺寸测量技术（内/外径）依然停留在传统的机构测量方法的水平上（主要指：游标卡尺法，外径千分尺法，卡规法，π尺法，弓高弦长法等）这些方法的共同点是：费力，费时，量具笨重，测量结果精度不高（相对测量精度在10-4量级），并且因人而异，已满足不了加工现场提出来的越来越苛刻的要求。例如举世瞩目的世界最大工程：三峡工程中水轮发电机组的主轴止口尺寸为φ3050mm ，要求IT6级加工精度（测量误差小于0.02mm/M），这是目前所见报导中大直径尺寸测量方法及测量仪器均未达到的精度。社会与加工现场急需一种测量大直径尺寸的新方法（新仪器），它要满足“以小测大”、无接触、高精度并能适应加工现场的工业环境的要求。
图1.1 直尺——三角板测直径
我对直径检测的认识，更多的就是我在学校的成长的过程。接触式测量中的直尺——三角板（见图1.1）测量和周长测量法、还有游标卡尺和千分尺的测量法，非接触式的光电式检测（见图1.2）。测试的技术在更新，测量技术的提高，测量结果的准确度也在提高。特别是近年来，随着制造技术的不断提高，各种材料和形状的零件大量出现。原始的测量方法已经很难满足对现在的产品的测量，于是，出现了很多非接触测量的方法和仪器。非接触测量方法极大的弥补了接触测量的不足，比如不破坏物体表面，可对软性材料进行测量等优点, 从而能更好的适应市场的需求。
图1.2 线阵CCD 线径测量仪光学原理图
1.2 光滑钢圆柱体直径高速检测的背景及国内外的发展状况 在工业生产中，检测是保证质量品质的最重要手段，几何尺寸往往是测量中最重要的测量参数，特别是机械加工零件，用积压，冷热扎，拔丝等工艺手段加工的型材等的尺寸更要加以检测。但是，随着零件种类和材料的多样性。按传统的接触测量方法对精密加工零件或细小零件进行测量时读数是非常不方便的，对一些软性材料制品（如塑料光纤，电缆）的外径和包皮厚度的测量则更为困难。
于是，就试图研究一种新的测量技术来解决这一问题。自60年代激光产生以后，其高方向性和高亮度的优越性就一直吸引着人们不断探索它在各方面的应用。在这个背景下，在工业生产中发现了利用激光作为媒介的非接触的测量方法。它可以完成许多用接触式测量手段无法完成的检测任务。非接触测量大体采用声或光作为媒介。非接触测量是以光电、电磁等技术为基础，在不接触被测物体表面的情况下，得到物体表面参数信息的测量方法。
关于圆柱体的直径测量，在实际的工程应用中非常广泛。在机械加工行业中，回转体轴盘类工件大直径（φ＞0.5m ）高精度测量技术是当今尚未圆满解决的世界性技术难题，机械的非接触测量有利于测量精度的提高, 重要的是测量方法的改进和核心技术的提高。国内外的一些知名大学和科研院所也都在积极进行探索、研究。上海交通大学仪器系为了使学生了解直径测量，建立自动检测的概念，利用电阻式应变传感器和差动式电感测微仪（见图1.3）的工作原理，采取比较法测圆柱直径的方，特开设了有关圆柱外径测量的圆柱参数自动检测实验。哈尔滨工程大学组织了专业技术人员，进行科技攻关，利用已获国家专利（专利号：ZL92226317.5）的“标记法”测量原理，对大直径（内/外径均可）尺寸，进行高精度在线、无接触测量的通用量仪。形成了“标记法大直径测量仪”这一“可转化科技成果”项目。清华大学也在这个方面有了一定的研究成果。俄罗斯科学院西伯利亚分院通过使用光控二极管尺运用阴影测量法原理，用微处理器处理物体的阴影像的一些相应数据，制成了CEHCOP-B 型光电子测径仪。该项技术已
经是俄罗斯向中国科技交流的成果之一。CEHCOP-B 型光电子测径仪测量精确度高，能够实现高速检测。但是，它的缺点是测量范围相对较小，价格昂贵。
图1.3 电感测微仪结构
1.3 课题的背景和来源
在机械加工行业中，回转体轴盘类工件大直径（超过φ500mm ）尺寸高精度测量技术，是当前尚未圆满解决的世界性技术难题。随着科技的进步, 测量仪器向着智能化迅速发展, 单片机的应用也越来越广泛, 已逐渐代替了传统电路。CCD 的应用更是随处可见, 因为它具有自扫描、高灵敏、低噪声、长寿命和高可靠性等优点, 故而广泛应用于测量仪器中。把单片机和CCD 相结合, 可以改变传统的直径测量方法, 同时使测量仪器更便于操作和控制, 本文讨论的线阵CCD 测径装置就是由光学系统、线阵CCD 、单片机组成的智能化测量仪器。测量尺寸的计算通过软件来实现。
1.4 研究的目的和意义
我们对一等光滑钢圆柱体直径高速在线检测技术的探讨和研究，必然有益于丰富非接触式测量的内容和理解，这也有益于提高认识。并且可以从认识上改善对直径检测的方法。意识是行为的先导，我们一定会做到的。
光滑钢圆柱体直径高速在线检测技术，在一定程度上代表着当今科学技术发展的最新情况，是理论应用与实际的一种体现。说到底，也是关系到高精技术发展的需要，也是提高生产技术的一项很有意义的努力。也是体现科学技术是第一生产力这一命题的有力实证。