高精度大直径测量的新方法研究与实现

　　1　引言

　　国家标准规定:大于500mm的尺寸为大尺寸。大直径常指大于500mm的直径。目前,在大直径回转体的切削加工过程中,工件直径的在线测量问题仍然未很好地得到解决,这也是机械加工领域中尚未解决的世界性难题之一。现场加工过程中常用的测量器具如大型游标卡尺等量具,一是笨重,二是靠人眼读数误差很大。以“三峡工程”为例,三峡水电站70万千瓦发电机组的主轴对接止口尺寸均在53000mm以上,而要求的制造公差为IT6级加工精度。这是一个相当难达到的精度。用现有的或传统的大型千分尺进行测量既费时又达不到精度要求。所以,进行精确的大直径尺寸测量的意义十分重大。

　　目前所使用的各种测量方法和测量仪器,或测量精度达不到要求,或对环境(地面、空间、光线、震动等)要求十分苛刻,无法普遍应用。所以,必须对常规量具和测量方法进行改革。

　　2　测量原理

　　用一个“小尺子”(尺长为500mm)作为基准尺,对被测工件进行在线的无接触测量,利用在工件上贴标记,通过间接测量、计算得到工件直径。如图1所示,图中圆假设为被测工件的切面,A、B两点处为光纤探头,OC为工件的半径。由图可见,A′B′点与被测工件轴心O点构成一等腰三角形,OC与A′B′垂直,△A′OC′构成一个直角三角形。

　　L为已知值,即基准尺的长度,D为被测工件的直径,则被测工件直径为:

　　在被测工件的被测表面任意处贴一标记(黑色条状胶带)。在加工现场测量时,由于黑色标记对光的反射强度与工件加工面对光的反射强度有很大的差距,通过A、B两处的光纤传感器探头就可以测出标记是否从探头处通过。通过A、B两处的光纤传感器和计数电路,就可以测出标记由A′转到B′所用的时间TAB和由A′转回到A′所用的时间TAA。在车床转速均匀的条件下,标记运动所用的时间与通过的角度成正比。所以可以得到

　　本系统的量臂是由计量仪器厂专门制作的,出厂后通过专业检定装置测出A、B传感器探头中心间距的实际距离,将实际值装入测量仪器。保证了A、B传感器探头间距即基准尺长度L的精度。在实际的测量系统中,在被测工件的被测面上贴多个标记,目的是为了提高测量精度。在加工现场测量时,测量装置(测量臂)被固定在刀架上。此方法原理简单易行,操作简便。但需要指出的是:本方法的测量前提是加工工件的车床的转速必须是均匀的。这个前提在实际生产中是成立的。

　　3　脉冲的高精度测量

　　3.1　信号的采集