干涉光杠杆测量原理及应用
    

在机械加工检测过程中,经常要对轴类工件进行径向跳动、轴向端面跳动及同轴度的测量。有时还要求对锥体类工件进行锥度测量。而通常机械加工操作者采用打表 的方法进行粗略检测。其方法虽简单方便,但不可能对轴的表面进行高精度的全面检测。下面介绍一种能自动测量记录轴类径向跳动及同轴度、锥度的光杠杆式测量 装置。

图1为光杠杆放大测量装置原理图。

由于轴类的工件跳动有大有小,若误差跳动小,就选用触头3,因其测量比用触头2精确。触头2、3在工作时,只能有一个工作触头弹出并自动压紧在待测件表 面,而另一个触头自动缩回。由于自压紧触头有象千分表一样的接触头,从而保证轴类转动时紧贴在待测表面且能光滑移动。当工件表面有微小变化时,由于触头光 杠杆与反射镜连为一体,且仅能绕转轴O轴动。当光杠杆反射镜绕O转动时,必然使反射镜有一转角θ,根据光学反射原理,从光源5来的光线经狭缝光标镜头后, 变为狭缝光标,狭缝光标经半反半透镜将光标反射到光杠杆反射镜上,光杠杆反射镜4将光标透过半反半透镜7,从而到达光电电位传感器8上,由于光标将光电电 位器A位置电阻接通,故产生一个电压UA;当工件有微小偏差后,光杠杆反射镜产生θ的轴角,根据光学原理,狭缝光标必产生2θ角的偏转,此时光标移动到B 位置,并使光电电位器产生又一电位UB,根据UB-UA的大小就可确定θ角的大小,从而确定工件的微变量。

由图1可知:tgθ=xb(x为工件偏差跳动量)

tg2θ=B-Aa(B-A为光标狭缝象的偏差量)

由于θ很小,故tgθ θ=xb;tg2θ 2θ=B-Aa;所以xb=B-Aa,设B-A=L,则L=2ab·x,设光杠杆的放大倍数为k,则k=2a/b;L=kx,因此,轴的跳动量可以在光电 电位器间接表示出来。这样通过测量在电位器上的偏移量L就可测出其轴的跳动量x。

光电电位器原理如图2所示。光电电位器是一种无接触式电位器,以光束代替常规电刷。光电位器一般采用氧化铝作基体,在上蒸发一条薄膜电阻带和一条高传导集 电极,电阻带和集电极之间留有一条窄的间隙。在此间隙上沉淀一层光电导体。当光标狭缝照在集电极与电阻带之间时,将两者导通形成一个电压输出。当光标移动 到另一位置时就产生另一电位。这样,根据电位差就可测出微量位移。

测量时,只要测量出负载RL上的电压变化就可以测出光标在电位器上的位置,同时也就可以算出轴的跳动量。为了记录分析测量结果,将测量数据经过电路变换转 入计算机接口进行储存分析。由光电电位器来的电压变化,经过传感器标定,模数转换、计算机采样,计算机接口、计算机储存。如图3所示。

测量时,参见图4,根据工件的偏差量大小先选择触头2、3,若误差小,则选触头3,因其测量精度高。当按下3时,2会自动退回,在触头上有弹簧将触头用力 压在工件表面,使其贴在待测表面上不致脱离。转动工件的转轴O1O2,那么在垂直方向上触头就会因其跳动而上下运动,水平移动工件,就可得到圆柱面上最低 点电位和最高点电位,测量出整个圆柱表面的偏差。这样就可测出轴的径向跳动。若轴为阶梯轴,那么就需测量其同轴度,将触头移到阶梯轴表面,可测量出两圆柱 表面相对于转轴O1、O2的偏差,也就可测出其同轴度。若将探测触头连接在转轴的端面,同理也可测出其轴向跳动。

本测量方法还可用来测量锥度。如图5为小锥度测量原理图,将触头先放在锥形件的斜面上一点A,记录下此时的电位器电位UA,将工件水平移动到另一点B得到 另一电位器电位UB,测出水平移动距离XB-XA根据电位差测出YB-YA;那么该锥体的锥度可写为YB-YAXB-XA=ΔYΔX;ΔY可由该装置测 出,而水平移动的距离可用其它测量工具测出(由于ΔX《ΔY,不需十分精密的测量)。

由于本测量装置采用光杠杆放大及非接触式光电电位器,故在测量中不会因接触磨损而改变接触电阻大小,从而使测量数据更加稳定。由于采用双触头,使测量中可 根据不同的测量范围要求选用不同的触头,从而更优化了仪器的测量精度。由于光杠杆放大倍数K=2ab,因而K只与仪器本身有关,而间接测量量(电位器上的 位置)与直接测量量X有良好的线性关系,因而不需其它修正系数。

该装置不仅可测上述待测量,还可测量各种微小量的变化,如平面度、机床热变形量及直线度等。

摘自:中国计量测控网


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    收录时间:2016年12月25日 09:59:44 来 源:国家标准物质网作者:匿名
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