专利名称：回转体电跳动量测量系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种回转体电跳动量测量系统。
背景技术：
长期以来，国内外学者对回转体零件相关参数测量进行了大量研究，但是大直径测量方面一直没有理想的方法和仪器出现，尤其在机械行业中，大尺寸精密测量尚未得到很好解决。本发明的目标是研发通过传感器的搭建在线精密检测大尺寸回转体零件的电跳动量等相关参数。电跳动量(electrical runout)是精密回转体零件(比如汽轮机大型转子被测回转体轴颈)加工质量的一项重要评价指标，美国石油学会标准API 612对此作了详细描述。 目前，机械跳动量的测量主要采用百分表对被测零件进行打表检测，人工操作效率低，精度不高。电跳动量的检测主要采用电涡流探头代替百分表来进行，由于需要与机械跳动量配合同步检测，很难达到精密测量的高精度要求。而且在线检测电跳动量、机械跳动量等跳动参数尚无十分成熟有效的方法和仪器。
发明内容
为克服现有技术人工测量跳动的效率低、精度不高等缺点，本发明提供了一种能够实现在线实时测量，测量精度高的回转体电跳动量测量系统。回转体电跳动量测量系统，包括测量支架，所述的测量支架上安装有对准被测回转体、以测量被测回转体表面的相对移动距离的激光位移传感器，和对准被测回转体、以测量被测回转体表面的综合跳动量的电涡流传感器，以及对准被测回转体、获取被测回转体的旋转角度的霍尔传感器；所述的被测回转体上设有能被所述的霍尔传感器识别的标记； 所述的激光位移传感器和电涡流传感器以及霍尔传感器均与处理器连接，所述的处理器用综合跳动量减去相对移动距离获得电跳动量；所述的激光位移传感器与电涡流传感器位于同一个圆周上，所述的圆周与被测回转体同轴；所述的霍尔传感器与所述的激光传感器形成的直线与被测回转体的轴线平行。进一步，所述的激光位移传感器、电涡流传感器和霍尔传感器的旁边均连接有阻止传感器接触被测回转体表面的保护装置。进一步，所述的保护装置为凸起的圆形件，所述的保护装置通过螺纹与传感器外壳连接。进一步，所述的测量支架上设有沿水平左右调节测量系统的左右调节装置，所述的左右调节装置包括与所述的测量支架固接的左右调节螺母、与所述的左右调节螺母啮合传动的左右调节丝杠和与所述的左右调节丝杠固接的左右调节旋钮；所述的测量支架包括连接所述的激光位移传感器和电涡流传感器的圆弧连接臂、 和连接所述的激光位移传感器和电涡流传感器的直线连接臂。进一步，所述的激光位移传感器、霍尔传感器和电涡流传感器分别设有使对应的传感器靠近或远离所述的被测回转体的上下微调装置，所述的上下微调装置包括与所述的测量支架固接的上下微调螺母和与所述的上下微调螺母固接的上下微调丝杠，所述的上下微调丝杠上设有上下微调旋钮。本发明的测量过程是测量前，被测回转体停转。移动测量装置接近被测工件，先调节左右调节装置，使本发明在水平方向靠近被测回转体表面，同时开启激光位移传感器进行距离的监测。当激光位移传感器移动至被测回转体最高点附近时，调节激光位移传感器的上下微调旋钮，使激光位移传感器向下微小移动，直到进入激光位移传感器的可测量距离内。这时可以依靠激光位移传感器的读数值显示来调节左右调节装置，使激光位移传感器读数最小，即把激光位移传感器测点调节至正对被测回转体圆截面最高点，再微调激光位移传感器的上下微调旋钮使圆定位件接触被测回转体表面达到标准测距位置，将激光位移传感器的保护装置旋转一圈使其与工件不接触，最后锁上调节旋钮。电涡流传感器的位置由装置连接保证。此时，测量装置调节完毕，可以进行测量。测量时，被测回转体旋转，转速固定不变。在测量软件中设置好采样频率、采样点数等参数，启动传感器开始进行测量及数据采集。激光位移传感器采集的是数字信号，因而可直接传送至计算机。电涡流传感器采集的是模拟信号，经过采集卡进行A/D转换，最后成数字信号传入计算机，对传输进来的数据进行分析处理。数据分析处理的具体过程是将激光位移传感器采得的数据与对应的角度相位值整合画出机械跳动量的极坐标图，同样对应画出电涡流传感器采得的综合跳动量的极坐标图。由数值变化范围计算得出机械跳动量和综合跳动量，将得出的综合跳动量减去机械跳动量就得出电跳动量。这些跳动量是被测回转体被测圆截面上所表现出的轮廓偏差特性，本发明测量装置通过将激光位移传感器和电涡流传感器布置在同一截面内而保证了这一点。本发明的技术构思是采用的激光位移传感器和电涡流传感器，其中激光位移传感器测量被测表面的相对移动距离(机械跳动量)，电涡流传感器对被测表面进行探测获得综合跳动量(Total Indicated Runout，TIR，包含机械跳动量和电跳动量)。经过换算可从综合跳动量中去除机械跳动量从而获得电跳动量的大小。采用霍尔传感器感测粘于被测回转体表面的标记磁钢或检测端面定位标记如工艺孔等，获得被测回转体旋转对应的角度。随着被测回转体的旋转，传感器以一定的采样频度测得圆周上的若干点的跳动量，最后经程序分析分离得到机械跳动量和电跳动量，并对被测回转体跳动进行综合评价。本发明测量时激光位移传感器、电涡流传感器和霍尔传感器在左右和径向方向可以调整，这样可以保证传感器每次测量都在圆截面的法线方向并保持一定测量距离，同时具有很高的柔性，适合各种尺寸的直径的测量。测量时传感器旁边设置保护装置，以免损坏传感器。激光位移传感器、电涡流传感器和霍尔传感器分别通过调节旋钮固定在一起，激光位移传感器和电涡流传感器成周向固定角度布置，激光位移传感器与霍尔传感器紧密地排列在与被测回转体中心线平行的位置上。通过移动旋钮调节三种传感器同时位于正确的测量位置进行测量。传感器上下的微调是通过微调旋钮进行的，转动旋钮带动螺旋副使传感器外罩壳产生移动。左右的调整通过一小型丝杠带动与传感器架连接在一起的滑块进行移动。在测量过程中激光位移传感器和电涡流传感器测头与被测表面的微小距离依靠上下微调装置保证。通过微调旋钮调节圆形件最低点与被测表面接触，然后将圆形件旋转 180度使其与被测表面不再接触从而保证一定的测量距离。测量之前在测量位置贴上标记小磁钢或在端面测量并以端面工艺孔做为标记，霍尔传感器的位置固定，测量时被测回转体旋转，每当小磁钢转过霍尔传感器时，引起磁场的变化，传感器便输出一个脉冲，此时所测数据相位间隔为360度，通过计算可得到各角度时的跳动量。本发明具有以下有益效果1.在线实时测量。本发明可安装在车床刀架上进行在线检测。激光位移传感器和电涡流传感器通过各自的调节旋钮调节至正确测量位置后被测回转体旋转，开始测量。激光位移传感器和电涡流传感器的高采样频率保证了跳动量的在线检测。2.测量精度高。本发明采用的激光位移传感器在测量范围士0. 5mm的情况下线性误差可达士0. 05% F. S.，因而该传感器测量的机械跳动量的线性误差为士0. 5 μ。电涡流传感器测得的综合跳动量的线性误差为士 μ。分析计算得出的电跳动量线性误差为士1. 1 μ，具有很高的精度。3.柔性高。本发明采用的测量方法可以适用于各种尺寸被测回转体类零件的检测，具有很高的柔性。
图1是本发明测量被测回转体时的示意图。图2是激光位移传感器和霍尔传感器测量被测回转体的示意图。
具体实施例方式参照附图，进一步说明本发明回转体电跳动量测量系统，包括测量支架1，所述的测量支架1上安装有对准被测回转体2、以测量被测回转体2表面的相对移动距离的激光位移传感器3，和对准被测回转体2、以测量被测回转体表面的综合跳动量的电涡流传感器4，以及对准被测回转体2、获取被测回转体2的旋转角度的霍尔传感器5 ；所述的被测回转体2上设有能被所述的霍尔传感器5识别的标记21 ；所述的激光位移传感器3和电涡流传感器4以及霍尔传感器5均与处理器连接，所述的处理器用综合跳动量减去相对移动距离获得电跳动量；所述的激光位移传感器3与电涡流传感器4位于同一个圆周上，所述的圆周与被测回转体2同轴；所述的霍尔传感器5与所述的激光位移传感器3形成的直线与被测回转体2的轴线平行。所述的激光位移传感器3、电涡流传感器4和霍尔传感器5的旁边均连接有阻止传感器3、4、5接触被测回转体表面的保护装置6。所述的保护装置6为凸起的圆形件，所述的保护装置6通过螺纹与传感器外壳连接。所述的测量支架1上设有沿水平左右调节测量系统的左右调节装置，所述的左右调节装置7包括与所述的测量支架固接的左右调节螺母、与所述的左右调节螺母啮合传动的左右调节丝杠和与所述的左右调节丝杠固接的左右调节旋钮；
所述的测量支架1包括连接所述的激光位移传感器3和电涡流传感器4的圆弧连接臂、和连接所述的激光位移传感器3和霍尔传感器5的直线连接臂。所述的激光位移传感器3、霍尔传感器5和电涡流传感器4分别设有使对应的传感器靠近或远离所述的被测回转体的上下微调装置a、b、c，所述的上下微调装置a、b、c包括与所述的测量支架1固接的上下微调螺母和与所述的上下微调螺母固接的上下微调丝杠， 所述的上下微调丝杠上设有上下微调旋钮。本发明的测量过程是测量前，被测回转体停转。移动测量装置接近被测工件，先调节左右调节装置，使本发明在水平方向靠近被测回转体表面，同时开启激光位移传感器进行距离的监测。当激光位移传感器移动至被测回转体最高点附近时，调节激光位移传感器的上下微调旋钮，使激光位移传感器向下微小移动，直到进入激光位移传感器的可测量距离内。这时可以依靠激光位移传感器的读数值显示来调节左右调节装置，使激光位移传感器读数最小，即把激光位移传感器测点调节至正对被测回转体圆截面最高点，再微调激光位移传感器的上下微调旋钮使圆定位件接触被测回转体表面达到标准测距位置，将激光位移传感器的保护装置旋转一圈使其与工件不接触，最后锁上调节旋钮。电涡流传感器的位置由装置连接保证。此时，测量装置调节完毕，可以进行测量。测量时，被测回转体旋转，转速固定不变。在测量软件中设置好采样频率、采样点数等参数，启动传感器开始进行测量及数据采集。激光位移传感器采集的是数字信号，因而可直接传送至计算机。电涡流传感器采集的是模拟信号，经过采集卡进行A/D转换，最后成数字信号传入计算机，对传输进来的数据进行分析处理。数据分析处理的具体过程是将激光位移传感器采得的数据与对应的角度相位值整合画出机械跳动量的极坐标图，同样对应画出电涡流传感器采得的综合跳动量的极坐标图。由数值变化范围计算得出机械跳动量和综合跳动量，将得出的综合跳动量减去机械跳动量就得出电跳动量。这些跳动量是被测回转体被测圆截面上所表现出的轮廓偏差特性，本发明测量装置通过将激光位移传感器和电涡流传感器布置在同一截面内而保证了这一点。本发明的技术构思是采用的激光位移传感器和电涡流传感器，其中激光位移传感器测量被测表面的相对移动距离(机械跳动量)，电涡流传感器对被测表面进行探测获得综合跳动量(Total Indicated Runout，TIR，包含机械跳动量和电跳动量)。经过换算可从综合跳动量中去除机械跳动量从而获得电跳动量的大小。采用霍尔传感器感测粘于被测回转体表面的标记磁钢或检测端面定位标记如工艺孔等，获得被测回转体旋转对应的角度。随着被测回转体的旋转，传感器以一定的采样频度测得圆周上的若干点的跳动量，最后经程序分析分离得到机械跳动量和电跳动量，并对被测回转体跳动进行综合评价。本发明测量时激光位移传感器、电涡流传感器和霍尔传感器在左右和径向方向可以调整，这样可以保证传感器每次测量都在圆截面的法线方向并保持一定测量距离，同时具有很高的柔性，适合各种尺寸的直径的测量。测量时传感器旁边设置保护装置，以免损坏传感器。激光位移传感器、电涡流传感器和霍尔传感器分别通过调节旋钮固定在一起，激光位移传感器和电涡流传感器成周向固定角度布置，激光位移传感器与霍尔传感器紧密地排列在与被测回转体中心线平行的位置上。通过移动旋钮调节三种传感器同时位于正确的测量位置进行测量。
传感器上下的微调是通过微调旋钮进行的，转动旋钮带动螺旋副使传感器外罩壳产生移动。左右的调整通过一小型丝杠带动与传感器架连接在一起的滑块进行移动。在测量过程中激光位移传感器和电涡流传感器测头与被测表面的微小距离依靠上下微调装置保证。通过微调旋钮调节圆形件最低点与被测表面接触，然后将圆形件旋转 180度使其与被测表面不再接触从而保证一定的测量距离。测量之前在测量位置贴上标记小磁钢或在端面测量并以端面工艺孔做为标记，霍尔传感器的位置固定，测量时被测回转体旋转，每当小磁钢转过霍尔传感器时，引起磁场的变化，传感器便输出一个脉冲，此时所测数据相位间隔为360度，通过计算可得到各角度时的跳动量。本发明具有以下有益效果1.在线实时测量。本发明可安装在车床刀架上进行在线检测。激光位移传感器和电涡流传感器通过各自的调节旋钮调节至正确测量位置后由被测回转体旋转，开始测量。 激光位移传感器和电涡流传感器的高采样频率保证了跳动量的在线检测。2.测量精度高。本发明采用的激光位移传感器在测量范围士0. 5mm的情况下线性误差可达士0. 05% F. S.，因而该传感器测量的机械跳动量的线性误差为士0. 5 μ。电涡流传感器测得的综合跳动量的线性误差为士 μ。分析计算得出的电跳动量线性误差为士1. 1 μ，具有很高的精度。3.柔性高。本发明采用的测量方法可以适用于各种尺寸被测回转体类零件的检测，具有很高的柔性。本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。
权利要求
1.回转体电跳动量测量系统，其特征在于包括测量支架，所述的测量支架上安装有对准被测回转体、以测量被测回转体表面的相对移动距离的激光位移传感器，和对准被测回转体、以测量被测回转体表面的综合跳动量的电涡流传感器，以及对准被测回转体、获取被测回转体的旋转角度的霍尔传感器；所述的被测回转体上设有能被所述的霍尔传感器识别的标记；所述的激光位移传感器和电涡流传感器以及霍尔传感器均与处理器连接，所述的处理器用综合跳动量减去相对移动距离获得电跳动量；所述的激光位移传感器与电涡流传感器位于同一个圆周上，所述的圆周与被测回转体同轴；所述的霍尔传感器与所述的激光传感器形成的直线与被测回转体的轴线平行。
2.如权利要求1所述的回转体电跳动量测量系统，其特征在于所述的激光位移传感器、电涡流传感器和霍尔传感器的旁边均连接有阻止传感器接触被测回转体表面的保护装置。
3.如权利要求2所述的回转体电跳动量测量系统，其特征在于所述的保护装置为凸起的圆形件，所述的保护装置通过螺纹与传感器外壳连接。
4.如权利要求1-3之一所述的回转体电跳动量测量系统，其特征在于所述的测量支架上设有沿水平左右调节测量系统的左右调节装置，所述的左右调节装置包括与所述的测量支架固接的左右调节螺母、与所述的左右调节螺母啮合传动的左右调节丝杠和与所述的左右调节丝杠固接的左右调节旋钮；所述的测量支架包括连接所述的激光位移传感器和电涡流传感器的圆弧连接臂、和连接所述的激光位移传感器和霍尔传感器的直线连接臂。
5.如权利要求4所述的回转体电跳动量测量系统，其特征在于所述的激光位移传感器、霍尔传感器和电涡流传感器分别设有使对应的传感器靠近或远离所述的被测回转体的上下微调装置，所述的上下微调装置包括与所述的测量支架固接的上下微调螺母和与所述的上下微调螺母固接的上下微调丝杠，所述的上下微调丝杠上设有上下微调旋钮。
全文摘要
回转体电跳动量测量系统，包括测量支架，测量支架上安装有对准被测回转体、以测量被测回转体表面相对移动距离的激光位移传感器，和对准被测回转体、以测量被测回转体表面的综合跳动量的电涡流传感器，以及对准被测回转体、获取被测回转体的旋转角度的霍尔传感器；被测回转体上设有能被霍尔传感器识别的标记；激光位移传感器和电涡流传感器以及霍尔传感器均与处理器连接，处理器用综合跳动量减去相对移动距离获得电跳动量；激光位移传感器与电涡流传感器位于同一个圆周上，圆周与被测回转体同轴；霍尔传感器与激光位移传感器形成的直线与被测回转体的轴线平行。本发明具有能够实现在线实时测量、测量精度高等优点。
文档编号G01B7/00GK102359759SQ20111024968
公开日2012年2月22日 申请日期2011年8月27日 优先权日2011年8月27日
发明者尹海, 曹衍龙, 李结冻, 杨将新, 赖海鸣, 陈小龙 申请人:浙江大学