外圆磨削在线饬孔光纤量仪制造技术

一种利用光纤传感器组成的外圆磨加工用的在线测量装置，可以用来在线测量加工表面粗糙度、工件几何尺寸变化及几何形状误差，它使用了一个随动接触机构．使得该仪器结构简单，易操作，功能齐全，成本低，可靠性强．（*该技术在2005年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于一种精密测量仪器以往机械加工的工件都是在机床停止工作以后，由工人用手工工具进行测量的。1981年，井上顺章(日本)等在日本机械学会论文集(C编)47卷424号(昭56-12)第1672页上发表的文章，提出了利用光导纤维传感器作为光纤光泽计来测量工件表面粗糙度，并研制了在线测量外圆磨加工工件表面粗糙度的光学测试装置。其基本原理如下金属切削表面是一种微观凹凸不平的表面，若一束光照在这样的表面上，反射光可以认为有正反射光及漫反射光。由本专利技术利用的光纤传感器测试这样的反射光强时，其输出值与四个因素有关，即被测表面粗糙度、表面微观几何特征，表面反射率和被测表面到光纤端面的距离，对相同材料、同一种加工方法得到的表面，其对光的反射率和表面微观几何特征可以认为是一定的，如果实现了定距测量，则光纤传感器的输出就可间接的反应被测表面的粗糙度。井上顺章等人为了克服实际加工中工件尺寸不断减小及工件变形、振动对测定距离的影响，采用了涡流位移传感器线控伺服电机，从而实现光纤传感器与工件表面间的恒定距离。上述装置存在着不足之处，首先由于线控伺服电机到丝杠机构这一传动链中不可避免的带来位移补偿的误差，另外该装置仅能用于在线测量工件表面粗糙度，难以发展成为测量其它参数的多功能量仪。本专利技术针对上述问题，提出了一种改进结构，使这种量仪既能在线测量工件表面粗糙度，同时可以在线测量工件几何形状误差等参数。本专利技术的要点在于使用一只光泽光纤传感器来测量工件表面粗糙度，同时还设置了另外一只用来测量位移的位移光纤传感器和调准块，它们三者被安装在可以调节其相互位置的一个支架上。这两个传感器的输出信号都可以由光电转换器转换为电信号输出。这个装置测量位移的原理在于用调准块通过光泽光纤传感器跟踪被测量的表面，所以位移光纤传感器所测到的位移的变化是其相对被测表面的位移。为了保证光泽光纤传感器及与其同体的调准块与被测表面的距离恒定，同时保持位移光纤传感器与工件轴线同步平动，可以使用一个具有内弹簧和外弹簧来补偿位移变化的随动接触机构。保持位移光纤传感器与工件的同步平动的理由在于这样处理的位移光纤传感器的输出信号将不包含因工件平动引起的被测表面位移的变化，(此时位移光纤传感器与调准块间无相对位移，而仅仅与工件被测表面相对其几何中心位移有关，即是工件被测点处直径变化的函数。这样位移传感器输出的信号将是工件几何形状误差及几何尺寸的变化。由此，上述结构的光纤装置不仅可以在外圆磨削中在线测量被加工工件的表面粗糙度，而且可以在线测量被加工工件的几何形状误差，成为一台多功能的在线测量的光纤量仪。这为全面的自适应控制加工系统的研制，提供了必不可少的技术准备。另外，该装置具有结构简单，制造成本低，可靠性强特点。附图1 是量仪结构图附图2 是量仪在线测量框图附图3 是随动接触机构对不同尺寸工件响应的情形附图4 是工件几何形状误差测试图附图5 是工件表面粗糙度测试图本专利技术的具体实施可以按图1和图2所示在附图1的量仪结构中，该量仪可以由一个端部是V型铁座的导柱7与位移光纤传感器2连接，这种连接可以通过外套3和紧固螺钉4来实现，而导柱7与套柱20可相对滑动，并通过外弹簧9来自动调节其相对位置。该量仪还可以通过小底座6将调准块5与内套柱8及光泽光纤传感器1相连接，该内套筒8的下端部有可调节的上螺帽11和下螺帽10，该内套筒8本身与导柱7之间，可以相对滑动，其轴向位移通过内弹簧16来自动调节。这里上、下螺帽11、10主要用来调节光泽光纤传感器1与工件26之间的距离d，使这时光泽光纤传感器输出达到最大值φmax如图1中的图1-(a)所示。测量时，下螺帽10在内弹簧16的作用下与工件26始终保持接触。而在外弹簧9的作用下，导柱7的下端部V型铁座的内侧面17与工件26始终保持接触，从而实现与导柱7连接的位移光纤传感器2保持与工件26作同步平动。通过紧固螺钉4和外套3可调节位移光纤传感器2与调准块5之间距离d1，另外还可以由紧固螺钉21来调节d1，d1的选择应使位移传感器2的输出处于最佳线性灵敏点φ1(如图1中的图1-(b)所示)。在附图1中图1-(a)、图1-(b)的纵座标φ表示传感器输出，d表示传感器与被测表面的间距。另外可以设置压力调节螺钉19来调整内弹簧16的压力，并在该压力调节螺钉19配置限位螺母18，来保证量仪不工作时脱离与工件表面的接触，工作时螺母18与套柱20上端保持一个间距。该量仪的支架可以是具有附图1所示的结构，它具有一个可安装在外圆磨工作台上的底座23和托架组成，托架由滑柱15，托板25和燕尾导轨22组成，底座23与托架的连接是由开口夹紧套筒13对托架的滑柱15抱合来实现的，通过托板25上的燕尾导轨22与套柱20外部的燕尾槽配合，使前述各个部件成为一个整体，另外，可以在底座适当的位置开一个紧固孔24，供与工作台紧固的螺栓使用;可以在开口夹紧套13上设置一紧定螺钉14，确保装置紧固，还可以在托板25上设置2-4个锁紧螺钉12。该量仪可采用如附图2所示的在线测量的框图。光泽光纤传感器1的输出由导光缆30，光电转换器31，左放大器32，左低通滤波器34输出，这时是工件表面光泽度的变化信号，滤波器34的目的为消除信号中高频成分，使输出曲线平滑，一般其截止频率可选为0.5～2赫芝。位移光纤传感器2的信号经导光缆30，光电转换器31，右放大器33，右低通35输出，这时是工件几何尺寸的变化及其几何形状误差的信号，右低通滤波器35的选择为削除光纤导光时的噪音电平，截止频率可在20～50赫芝中选择。本专利技术如果附加有A/D转换器36和微计算机37，量仪运行时便可直接输出测量结果。附图2中的38为砂轮，39为光源，40为稳压电源。位移光纤传感器2对不同尺寸(曲率半径)的工件的输出受到随动机构响应的影响(如附图3所示)，当图中工件半径由R1变化到R2时，工件被测表面相应的位移△d＝d3-d2(其中d3为V型铁座直角顶点到工件半径为R2的被测表面的距离;d3相应为直角顶点到工件半径为R1的被测表面的距离;△d＝d3-d2＝2R1Cos45°-R1-(2R2Cos45°-R2)＝△R(2]]>-1)△R为工件半径尺寸变动量，若以工件直径变化量△φ来表示的话。△d＝△φ((2]]>-1)/2)＝0.2071△φ附图4所示为理想的测量工件几何形状误差的曲线，其中k值约为0.2071，附图4-(a′)为九棱柱形的工件的测量情况，及其曲线形状，(b′)为三棱柱形的工件的情形。图中横座标t为时间，纵座标φ为位移光纤传感器2输出。附图5给出了工件粗糙度的实测情况，在15秒时切入10微米，在60秒时有明显的余量切入，过程表现为粗磨-光磨-无火花磨三阶段。由Taylor Surf式触针粗度检查仪测得工件表面粗度变化由2.10微米到0.786微米，与光泽光纤传感器1输出值对应的粗度值是相一致的。图中横座标t为时间(秒)，纵座标φ为光泽光纤传感器输出的电平值(伏)及其对应的粗糙度值RZ(微米)。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光纤量仪，采用一只光泽光纤传感器（１）来测量工件表面粗糙度，并通过光电转换装置将光通信号变换为电信号，其特征在于设置了另外一只位移光纤传感器（２）和一个与被测工件表面保持恒定距离的调准块（５），它们三者被安装在可以调节其相互位置的一个支架上。

【技术特征摘要】
1.一种光纤量仪，采用一只光泽光纤传感器(1)来测量工件表面粗糙度，并通过光电转换装置将光通信号变换为电信号，其特征在于设置了另外一只位移光纤传感器(2)和一个与被测工件表面保持恒定距离的调准块(5)，它们三者被安装在可以调节其相互位置的一个支架上。2.一种如权利1要求所述的光纤量仪，其特征在于具有一个内弹簧(16)和外弹簧(9)来补偿位移变化的随动接触机构。3.一种如权利要求2所述的光纤量仪，其特征在于有一个端部呈V型铁座的导柱(7)与位移光纤传感器(2)连接，该导柱(7)与套柱(20)可相对滑动，并通过前述外弹簧(9)来自动调节其相互位置;调准块(5)...

【专利技术属性】
技术研发人员：屈梁生，吴松林，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：61[中国|陕西]