一种可消除安装误差影响的激光同轴度测量方法

    1 引言

    同轴度测量技术也称为轴对中技术,主要用于测量旋转机械两联接轴轴心线的平行偏差(平偏)和倾斜偏差(角偏)。轴对中不良除了会因初始安装误差引起以外,也会因使用过程中出现的支撑轴架不均匀膨胀、地基不均匀下沉等因素而引起。英国皇家研究机构的一份调查报告指出,50%以上的机器故障都是由于传动设备联轴器不对中引起的[1~3]。在机械加工、电力、石化、航空、造船、建筑等行业的许多设备上都广泛使用旋转机械,这些机械的轴系是否对中对于设备的正常运行有着至关重要的影响。因此,在设备的安装、维护和修理中都需要进行同轴度测量。

    传统的同轴度测量方法有拉钢丝法、综合量规法、三坐标测量法等[4~7]。其中,拉钢丝法存在测量精度低、人为因素影响大等缺陷;综合量规法存在测量范围小、量规易损坏等缺陷;三坐标测量法虽然精度高,但设备体积大、价格昂贵,对环境条件要求高,需要将被检设备拆卸后置于工作台上进行检测,增加了测量难度。

    激光出现后,人们便开始研究其在准直测量中的应用[8~11]。利用激光方向性好的优点,人们设计出了以激光束为基准,用光电传感器接收光斑的激光同轴度测量仪。这种仪器可消除人为测量误差,并具有体积小、操作简便等特点。然而,现有的激光同轴度测量仪通常只能测量平偏量,而无法测量角偏量。为此,开发了一种可以同时测量平偏量和角偏量的激光同轴度测量系统[12]。该系统主要由激光发射器(提供测量基准)、激光接收器、控制箱和笔记本电脑组成。

    由于测量系统的安装误差会影响同轴度测量结果,因此,根据该测量系统可同时测量平偏量和角偏量的特点,推导出了一种测量方法,可消除安装误差对测量结果的影响。

    2 安装误差对测量结果的影响

    上述激光同轴度测量系统可以通过双V型槽(见图1)将激光发射器/接收器固定于主动轴/从动轴上,并利用水准仪对双V型槽进行调整,使激光发射器/接收器位于主动轴/从动轴的铅直上方,这样,可使主动轴和从动轴轴心线的空间位置关系与激光发射器和接收器轴心线的空间位置关系保持一致,使测量系统测得的偏差量即为从动轴相对于主动轴的偏差量。

    测量系统在安装过程中不可避免地会产生安装误差。为了减小安装误差对测量结果的影响,可将激光发射器安装在可进行多维调节的三脚架上。激光接收器则用上述双V型槽固定方式首先固定在主动轴上,测量出基准光束相对于主动轴的偏差量;然后再将激光发射器固定在从动轴上,测量出基准光束相对于主动轴的偏差量。这两个偏差量的差值就是从动轴相对于主动轴的偏差量。这种测量方法可以消除激光发射器的安装误差对测量结果的影响,但是,激光接收器的安装误差仍将直接影响测量结果。