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。