机床复合振动测试系统技术方案

一种机床复合振动测试系统，包括带有主轴(9)和工作台(26)的机床，与主轴(9)和工作台(26)配合的复合振动测试装置，其特征是：a、在主轴(9)表面一侧选择A、B两点，A、B两点对称地位于主轴(9)水平面上、下，A、B两点所在的以主轴(9)轴心为圆心的圆周上涂有强反光材料，并在工作台(26)上选择一定点，在该定点涂上强反光材料；b、复合振动测试装置包括氦氖激光器、多个偏振分光镜、多个反射镜、多个光电探测器、多个透镜组成的光学系统。本发明专利技术将机床主轴复合振动情况和工作台的振动测量系统集成，形成一个完整的振动测量系统，可以同时检测机床主轴和工作台指定截面的各种振动分量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光学测量领域，具体地说是一种基于激光多普勒测振原理对机床主轴和工作台的振动进行综合测量的系统。
技术介绍
机床工作时产生的振动会导致主轴或工作台的振幅超出允许的范围，这样不仅会影响机床的动态精度和被加工零件的质量，而且还会降低生产效率和刀具的耐用度，振动剧烈时甚至会降低机床的使用性能，严重时，将使机床不能正常工作。因此，对机床振动测试和运行状态监测十分重要。传统的机床振动测量主要通过接触式测量，通常有两种方式:其一是通过机床不动部分的振动测量间接反映机床的振动，此种方法反映的是机床整个运行过程的综合振动，不能直接获得机床主轴和工作台的真实振动状态；其二是将各种传感器分别安装于机床的主轴和工作台上，所测信号需通过无线发射方式或集流环传送。但是，一方面这种方式对机床本身的振动状态会有一定的干扰，另一方面传感器的安装也极为不便，在主轴运转时更是影响极大。因此研究一种更合适的机床振动测量方法势在必行。激光多普勒测振技术是一种远距离非接触振动测量技术，并且具有检测灵敏度高、动态检测范围大、适应性强等优势。虽然其检测原理已提出了 50多年，但目前仅有几家国外公司提供通用的商品化检测系统，各种不同用途的激光多普勒振动检测仍然有着很大的发展空间，如中国专利申请201110385923.X号公开了一种全光纤激光多普勒测振仪，利用光学多普勒效应通过Z方向测量组件、X方向测量组件、Y方向测量组件分别测得振动物体三维方向振动速度，该专利技术通过各个组件组合完成振动物体三维方向振动速度测量。然而至今未见将该项检测技术应用于机床主轴和工作台的非接触振动测量和机床的运行状态监测的文献报道。因此将该项检测技术应用于机床主轴和工作台的非接触振动测量和机床的运行状态监测具有重大意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是为克服传统接触式振动测量方法对机床振动测量的不足，设计出实现机床复合振动测试的激光多普勒测量光学系统。该系统可以测量出机床主轴的横向振动、轴向振动、扭转振动以及工作台的振动情况。本专利技术采用的技术方案是:一种机床复合振动测试系统，包括带有主轴(9)和工作台(26)的机床，与主轴(9)和工作台(26)配合的复合振动测试装置，其特征是:a、在主轴(9)表面一侧选择A、B两点，A、B两点对称地位于主轴(9)水平面上、下，A、B两点所在的以主轴(9)轴心为圆心的圆周上涂有强反光材料，并在工作台(26)上选择一定点，在该定点涂上强反光材料；b、复合振动测试装置的组成是:设有一台激光器(19)，激光器(19)的光路上装有偏振分光镜(18)；偏振分光镜(18)的反射光路上装有反射镜(20)，反射镜(20)的反射光路上装有偏振分光镜(21),偏振分光镜(21)的反射光路上装有反射镜(30),反射镜(30)的反射光路上装有偏振分光镜(28)，偏振分光镜(28)的反射光路上装有反射镜(22)，反射镜(22)的反射光路上装有光电探测器(29)，偏振分光镜(28)的透射光路上装有透镜(25)，工作台(26)上选择的定点位于透镜(25)的透射光路上；偏振分光镜(21)的透射光路上装有偏振分光镜(24),偏振分光镜(24)的反射光路上装有反射镜(23),反射镜(23)的反射光路上装有光电探测器(27)，工作台上选择的定点同时位于偏振分光镜(24)的透射光路经过透镜(25)后的透射光路上；偏振分光镜(18)的透射光路上装有偏振分光镜(17),偏振分光镜(17)的反射光路上装有反射镜(1)，反射镜(I)的反射光路上装有偏振分光镜(2)，偏振分光镜(2)的反射光路上装有反射镜(16),反射镜(16)的反射光路上装有偏振分光镜(12),偏振分光镜(12)的反射光路上装有反射镜(4)，反射镜(4)的反射光路上装有光电探测器(13);偏振分光镜(12)的透射光路上装有透镜(8)，主轴(9)水平面与A、B两点所在的以主轴(9)轴心为圆心的圆周的交点位于透镜(8)的透射光路上；偏振分光镜(2)的透射光路上装有偏振分光镜(6),偏振分光镜(6)的反射光路上装有反射镜(5),反射镜(5)的反射光路上装有光电探测器(11)，交点同时位于偏振分光镜(6)的透射光路再经透镜⑶透射后的光路上；偏振分光镜(17)的透射光路上装有偏振分光镜(14),偏振分光镜(14)的反射光路上装有反射镜(3)，反射镜(3)的反射光路上装有透镜(7)，A点位于透镜(7)的透射光路上；偏振分光镜(14)的透射光路上装有透镜(10)，B点位于透镜(10)的透射光路上；复合振动测试装置中还设有探测A、B两点的散射光的光电探测器(15)。进一步的方案是:强反光材料是玻璃微珠，以便增强散射效果。更进一步的方案是:激光器(19)是氦氖激光器(19)。本系统还应该按常规搭建信号系统以及光学隔振平台、各种支撑附属杆件等。在搭建系统过程中，关键是注意光学聚焦系统的统一调整、光学器件布局等，使得汇聚到相应光电探测器的光束发生干涉。本专利技术的优点是:该光学系统可以综合测量出机床的复合振动情况。本专利技术的创新之处主要在于将机床主轴复合振动测量和工作台的振动测量系统集成,形成一个完整的振动测量系统，可以同时检测机床主轴和工作台的各种振动分量。通过不断改变检测的截面，可以完成对机床整体振动状态的测量分析，这对机床性能的提高有重要意义。而传统的机床振动检测方法一般需要在机床上添加或改装信息提取设备，往往会受到客观条件的限制，例如回转主轴不允许停机安装传感器，这给实时监测振动带来了困难。本激光多普勒振动测试光学系统米用一路光束多路分光，使得该系统不仅能对机床主轴的纯扭转振动进行测量，同时也可以对扭转振动和横向振动、轴向振动的合成振动进行测量与分解，而且还能测量机床工作台的振动，从而大大的拓展了振动监测的应用范围，实现了机床主轴和工作台的复合振动测量。另外，此系统不需要对机床添加或改装信息提取设备，与传统方法相比，该振动测试系统动态测量范围大，实时性强，易于实现在线监测。附图说明图1是机床复合振动测试系统的实施例的原理图。图中代号分别是:1、反射镜；2、偏振分光镜；3、反射镜；4、反射镜；5、反射镜；6、偏振分光镜；7、透镜；8、透镜；9、主轴；10、透镜；11、光电探测器；12、偏振分光镜；13、光电探测器；14、偏振分光镜；15、光电探测器；16、反射镜；17、偏振分光镜；18、偏振分光镜；19、氦氖激光器；20、反射镜；21、偏振分光镜；22、反射镜；器；28、偏振分光镜；29、光电探测器；30、反射镜。具体实施例方式下面结合图1进一步描述本专利技术的构成及工作原理。但本专利技术不限于下列实施例。如图1，一种机床复合振动测试系统，包括带有主轴9和工作台26的机床，与主轴9和工作台26配合的复合振动测试装置，其特征是:a、在主轴9表面一侧选择A、B两点，A、B两点对称地位于主轴9水平面上、下，A、B两点所在的以主轴9轴心为圆心的圆周上涂有强反光材料，并在工作台26上选择一定点，在该定点涂上强反光材料；b、复合振动测试装置的组成是:设有一台激光器19，激光器19的光路上装有偏振分光镜18 ；偏振分光镜18的反射光路上装有反射镜20，反射镜20的反射光路上装有偏振分光镜21，偏振分光镜21的反射光路上装有反射镜30，反射镜30的反射本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种机床复合振动测试系统，包括带有主轴(9)和工作台(26)的机床，与主轴(9)和工作台(26)配合的复合振动测试装置，其特征是：a、在主轴(9)表面一侧选择A、B两点，A、B两点对称地位于主轴(9)水平面上、下，A、B两点所在的以主轴(9)轴心为圆心的圆周上涂有强反光材料，并在工作台(26)上选择一定点，在该定点涂上强反光材料；b、复合振动测试装置的组成是：设有一台激光器(19)，激光器(19)的光路上装有偏振分光镜(18)；偏振分光镜(18)的反射光路上装有反射镜(20)，反射镜(20)的反射光路上装有偏振分光镜(21)，偏振分光镜(21)的反射光路上装有反射镜(30)，反射镜(30)的反射光路上装有偏振分光镜(28)，偏振分光镜(28)的反射光路上装有反射镜(22)，反射镜(22)的反射光路上装有光电探测器(29)，偏振分光镜(28)的透射光路上装有透镜(25)，工作台(26)上选择的定点位于透镜(25)的透射光路上；偏振分光镜(21)的透射光路上装有偏振分光镜(24)，偏振分光镜(24)的反射光路上装有反射镜(23)，反射镜(23)的反射光路上装有光电探测器(27)，工作台上选择的定点同时位于偏振分光镜(24)的透射光路经过透镜(25)后的透射光路上；偏振分光镜(18)的透射光路上装有偏振分光镜(17)，偏振分光镜(17)的反射光路上装有反射镜(1)，反射镜(1)的反射光路上装有偏振分光镜(2)，偏振分光镜(2)的反射光路上装有反射镜(16)，反射镜(16)的反射光路上装有偏振分光镜(12)，偏振分光镜(12)的反射光路上装有反射镜(4)，反射镜(4)的反射光路上装有光电探测器(13)；偏振分光镜(12)的透射光路上装有透镜(8)，主轴(9)水平面与A、B两点所在的以主轴(9)轴心为圆心的圆周的交点位于透镜(8)的透射光路上；偏振分光镜(2)的透射光路上装有偏振分光镜(6)，偏振分光镜(6)的反射光路上装有反射镜(5)，反射镜(5)的反射光路上装有光电探测器(11)，交点同时位于偏振分光镜(6)的透射光路再经透镜(8)透射后的光路上；偏振分光镜(17)的透射光路上装有偏振分光镜(14)，偏振分光镜(14)的反射光路上装有反射镜(3)，反射镜(3)的反射光路上装有透镜(7)，A点位于透镜(7)的透射光路上；偏振分光镜(14)的透射光路上装有透镜(10)，B点位于透镜(10)的透射光路上；复合振动测试装置中还设有探测A、B两点的散射光的光电探测器(15)。...

【技术特征摘要】
1.一种机床复合振动测试系统，包括带有主轴(9)和工作台(26)的机床，与主轴(9)和工作台(26)配合的复合振动测试装置，其特征是: a、在主轴(9)表面一侧选择A、B两点，A、B两点对称地位于主轴(9)水平面上、下，A、B两点所在的以主轴(9)轴心为圆心的圆周上涂有强反光材料，并在工作台(26)上选择一定点，在该定点涂上强反光材料； b、复合振动测试装置的组成是:设有一台激光器(19)，激光器(19)的光路上装有偏振分光镜(18)； 偏振分光镜(18)的反射光路上装有反射镜(20)，反射镜(20)的反射光路上装有偏振分光镜(21),偏振分光镜(21)的反射光路上装有反射镜(30),反射镜(30)的反射光路上装有偏振分光镜(28)，偏振分光镜(28)的反射光路上装有反射镜(22)，反射镜(22)的反射光路上装有光电探测器(29)，偏振分光镜(28)的透射光路上装有透镜(25)，工作台(26)上选择的定点位于透镜(25)的透射光路上；偏振分光镜(21)的透射光路上装有偏振分光镜(24)，偏振分光镜(24)的反射光路上装有反射镜(23)，反射镜(23)的反射光路上装有光电探测器(27)，工作台上选择的定点同时位于偏振分光镜(24)的透射光路经过透镜(25)后的透射光路上； 偏振分光镜(18)的透射光路上装有偏振分光镜(17...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋丹路，赵登峰，曾国英，黄娟，熊平，宋岳干，张龙，
申请(专利权)人：西南科技大学，
类型：发明
国别省市：