激光對中儀自動(dòng)校準研究

一、 引言

   1、概述

在各單位生產(chǎn)過(guò)程中，常將幾臺單獨的機器聯(lián)結為機組，使之在電機的帶動(dòng)下完成各種工作。這種聯(lián)接必須使機器的軸對中，如果設備對中不良,會(huì )造成軸承過(guò)早損壞、聯(lián)軸節摩擦增大、轉軸發(fā)生往復移動(dòng)等問(wèn)題,從而降低設備的能源使用效率,大大縮短設備的使用壽命。此外,對中不良會(huì )對轉軸密封性產(chǎn)生嚴重影響。

軸對中的測試方法及工具也在不斷地改進(jìn)。軸對中的方法，從靠背輪對中、逆向讀表法對中、到今天的激光對中儀。激光對中儀使軸對中這一專(zhuān)業(yè)的復雜的對中過(guò)程，變?yōu)橐粋€(gè)簡(jiǎn)便的操作過(guò)程。目前，我公司檢修工程部電器修造作業(yè)區及電氣一作業(yè)區和電氣二作業(yè)區分別使用激光對中儀，用于電機檢修安裝過(guò)程中輔助檢修人員對兩個(gè)水平安裝的機械軸進(jìn)行對中。

2、激光對中儀的工作原理及優(yōu)勢

過(guò)去主要使用千分表法來(lái)對中,該方法的zui大缺點(diǎn)是觸點(diǎn)受力變化會(huì )引起千分表支架位移,影響對中精度,且安裝、觀(guān)測操作不便,工作效率低。因此，激光對中儀的隨著(zhù)生產(chǎn)需求被開(kāi)發(fā)出來(lái)。激光對中儀是國外開(kāi)發(fā)的一種先進(jìn)、的設備對中儀器,具有精度高、效率高、易于操作等優(yōu)點(diǎn)。激光具有的方向性和單色性。方向性是指激光的光束發(fā)散角極小,基本沿直線(xiàn)傳,到達接收器時(shí)能量損失很小;單色性是指激光波單一,易被接收器識別,不易受外界光干擾。激光對中儀正是應用了激光的這兩大特點(diǎn)。

圖4為一對需要對中的設備示意圖。
 

圖1

二、 激光對中儀的校準

1、激光對中儀的校準必要性

激光對中儀出廠(chǎng)時(shí)是各部件配套供應，各部件之間不能互換，長(cháng)期使用后由于激光參數、放大器、轉換器、位置探測器等部件的增益、損耗、線(xiàn)性會(huì )發(fā)生變化，因此會(huì )引起激光對中儀測量數據發(fā)生變化，使儀器測量誤差加大，儀器的說(shuō)明書(shū)中也建議激光對中儀應定期進(jìn)行校驗，

2、激光對中儀的校準方法原理

目前激光對中儀的校準沒(méi)有相關(guān)的國家檢定規程，現送中國測試技術(shù)研究院進(jìn)行校準，當失準時(shí)沒(méi)有有效的檢測工具，無(wú)法實(shí)施校準檢測，因此，為方便工序使用，保障激光對中儀的使用，提高其使用效率，現對激光對中儀實(shí)施自校準，提出以下校準思路：通過(guò)對激光對中儀的原理分析，激光對中儀主要是零點(diǎn)的校準和兩軸之間位移量的變化，通過(guò)公式計算，從而得出電機底角的調整量。因此，根據激光對中儀的測量原理和測量過(guò)程的特點(diǎn)，提出用一個(gè)轉動(dòng)及平動(dòng)的組合裝置，實(shí)現激光對中儀的校準。

3、校準裝置的構成

激光對中儀的校準裝置由以下裝置構成：三米測長(cháng)機，芯軸（加工），工具顯微鏡，微動(dòng)工作臺（加工）。加工件如下圖所示：
 

（微動(dòng)工作臺圖）圖2

4、校準思路

通過(guò)對激光對中儀的測量原理及使用說(shuō)明書(shū)可知，激光對中儀的誤差主要有零位誤差和位移量測量誤差，對于零位誤差，其中用三米測長(cháng)機和芯軸組合，實(shí)現測量，對于激光對中儀位移變量的校準，通過(guò)工具顯微鏡，微動(dòng)工作臺及夾具實(shí)現其測量

5、可行性分析

5.1零位校準

激光對中儀的零位校準是指在激光對中儀在進(jìn)行測量時(shí)的零位自校，即輸入電機參數后，激光對中儀轉過(guò)九點(diǎn)鐘、三點(diǎn)鐘，十二點(diǎn)鐘三個(gè)方向時(shí)激光對中儀的示值。對零位進(jìn)行校準，就需要兩根*同軸的芯軸，并能360度進(jìn)行旋轉，而三米測量機具有良好的同軸度，可自由旋轉，可在導軌上平行移動(dòng)3m,且經(jīng)甘肅省計量研究院檢定合格，具有量值溯源性。因此，*可以實(shí)現激光對中儀的零位校準。

5.2位移量的校準，

激光對中儀的位移量的測量是指激光對中儀S靶和M靶軸向和橫向位移變量的測量，因此，可將激光對中儀的S靶放置在微動(dòng)工作臺上，把M靶放在工具顯微鏡上的鏡頭上，通過(guò)前后、左右移動(dòng)微動(dòng)工作臺，讀取激光對中儀的示值，由于移動(dòng)微動(dòng)工作臺額數值可從工具顯微鏡上讀出來(lái)，且工具顯微鏡上的測量誤差為1.5um，遠小于激光對中儀測量誤差的3分之一，所以采用工具顯微鏡和微動(dòng)工作臺的方式*可以實(shí)現激光對中儀位移變量的測量

6、激光對中儀的校準方法及過(guò)程

6.1. 激光對中儀零位校準

采用三米測長(cháng)機進(jìn)行比較測量見(jiàn)圖3。

 

           1-三米測長(cháng)機尾架；2-芯軸；3-激光對中儀

圖3

6.1.1儀器調整

在三米測長(cháng)機尾架上安裝好校準使用的芯軸；將激光對中儀安裝在芯軸上兩激光單元位置在12點(diǎn)鐘方向；調整S、M激光單元對準激光束。

6.1.2零位校準

激光對中儀在芯軸12點(diǎn)鐘方向設置零位數值。

6.1.3校準點(diǎn)的選取

激光對中儀在芯軸的180°范圍內的3、9、12點(diǎn)鐘方向，共計3個(gè)校準點(diǎn)見(jiàn)圖4。 

圖4

轉動(dòng)芯軸，使激光對中儀兩激光單元同時(shí)轉動(dòng)，位于9點(diǎn)鐘位置，采集示值。然后再次轉動(dòng)芯軸，使激光對中儀兩激光單元同時(shí)轉動(dòng)，位于3點(diǎn)鐘位置，采集示值。zui后轉動(dòng)芯軸，使激光對中儀兩激光單元同時(shí)轉動(dòng)，位于12點(diǎn)鐘位置，采集示值，并使用水平儀復查。

6.2垂直平面與水平面示值的校準

采用工具顯微鏡進(jìn)行比較測量見(jiàn)圖5。

1-工具顯微鏡；2-讀數窗；3-固定架；4、5-兩激光單元；6-微動(dòng)工作臺

圖5

6.2.1儀器調整

在工具顯微鏡固定架上安裝好被校準的S激光單元，并將其測量軸線(xiàn)y方向上與工具顯微鏡y向測量軸線(xiàn)重合。

調整S激光單元使其激光束與工具顯微鏡微動(dòng)工作臺保持垂直。

將M激光單元安裝在工具顯微鏡微動(dòng)工作臺上；

調整M激光單元對準，保證兩單元相互垂直。

6.2.2校準點(diǎn)的選擇

根據激光對中儀的測量范圍，保證測量精度，在x方向上、y方向上正反行程各選擇11點(diǎn)（包括零點(diǎn)）進(jìn)行比較測量。

6.3測量允許誤差的確定

根據激光對中儀操作說(shuō)明書(shū)要求其顯示精度不應超過(guò)其標準點(diǎn)的±2%。對每點(diǎn)在正反行程（包括零點(diǎn)）進(jìn)行測量，誤差處理的方法，共測量11個(gè)測量點(diǎn)，計算結果按1μm進(jìn)行修約

7、該組合裝置對激光對中儀實(shí)施校準的測量不確定的分析驗證

對激光對中儀進(jìn)行測量，進(jìn)行零位校準時(shí)，主要的不確定度分量為測量重復性和標準裝置分別引入的不確定度分量，由溫度引起的不確定度分量由于激光對中儀的靶面均與同樣的環(huán)境下，所以不做分析。

7.1零位校準的不確定度分析

零位校準由測量重復性引入的不確定度分量為u1

在重復性測量條件下，選擇三點(diǎn)鐘方向，重復項測量10次，測量數據均為0，則由測量重復性引入的不確定度分量為0，自由度為9，

對于三米測長(cháng)機引入的不確定分量，選擇B類(lèi)方法評定方法進(jìn)行評定，三米測長(cháng)機引入的誤差為1.5um,符合均勻分布，則不確定度分量u2為

在重復性測量條件下，分別選擇橫向和縱向方向，重復項測量10次，分別用A類(lèi)不確定方法，評定其測量誤差，用貝塞爾函數計算得：0.56um和0.63um，則激光對中儀進(jìn)行橫向和縱向由測量重復性引入的不確定度分量為分別為0.56um和0.63um，自由度為9，

工具顯微鏡的測量誤差為1.5um，選擇B類(lèi)方法評定方法進(jìn)行評定，三米測長(cháng)機引入的誤差為1.5um,符合均勻分布，則不確定度分量u2為

其擴展不確定度小于激光對中儀的zui大測量誤差的三分之一，所以此校準方法符合要求

三、 結論

通過(guò)上述分析可知，通過(guò)該套組合裝置，可以實(shí)現激光對中儀的自主校準，當激對中儀失準時(shí)可及時(shí)檢測校準，方便及時(shí)。