三种常用的长度计量仪器直接或间接对针规的测量方法.pdf

针规检测方法的探讨陈欢，潘璐，卢歆(浙江省计量科学研究院，浙江 杭州310018)摘要:针规是孔的标准化检测的必备检具，精确地测量针规具有很重要的现实意义。文章介绍了三种常用的长度计量仪器直接或间接的测量方法，对光学计、测长机和激光测径仪进行了比较，分析了产生误差的原因，并且对现有的实验设备提出了改进设想，研制了一种新型的基于 LVDT 的数显针规测量装置。关键词:针规;光学计;测长机;激光测径仪;LVDT文献标志码:B文章编号:1002 1183(2015)04 0029 03作者简介:陈欢(1982)，男，工程师;收稿日期:2015 02 09针规是用于检查物体位置、测量孔径尺寸、检查两孔间距离以及测量孔的深度的常用检具，具有使用简单、可靠、准确的优点，主要材质为合金钢和硬质合金1。作为精测参数量值传递和溯源的重要计量标准，针规测量装置的主要作用是用来校准或检测针规，也可用于材料或零部件的测量试验。在广泛的技术领域中，光学计、测长机和激光测径仪是最常用的检测针规的测量装置。文章采用这三种测量装置，在相同的环境温度下，进行对比试验，并对试验结果进行讨论。1试验原理和测量装置1.1光学计和量块组合比较测量光学计是一种精度较高、结构简单的常用光学量仪，用量块作为长度基准，按比较测量法来测量，其测量原理是利用光学杠杆放大原理进行测量。试验测量装置如图 1 所示。用光学计测量针规直径时，首先在光学计光管与尾管的测杆上安装窄平面测头，调整测头的平行度，使其长边处于水平位置，然后借助尾管的调整螺钉使测帽的工作面相互平行。再选取适当尺寸的量块，将量块放在光学计测头之间，组合用的量块其长边应处于水平位置。调整零位，先使测头与量块的测量面接触，在视场中能看见刻线尺的像时，转动手轮使在目镜中看到的像与指示线接近(如图 1(b)所示)，然后微调转动，使刻线尺的零刻线的影像与指示线重合(如图 1(c)所示)，多次按下拨叉，使零位稳定。然后将被测针规放在两测头之间，测量其中的截1底座;2立柱;3横臂升降螺母;4、11、12紧固螺钉;5横臂;6直角光管;7上下偏差调整螺钉;8目镜;9反光镜;10零调螺钉面;13偏心手轮;14测头;15拨叉;16工作台;17整螺钉。图 1光学计量针测量装置面直径2。1.2测长机直接测量测长机是以线纹尺的刻度或光波波长作为已知长度，利用机械测头进行接触测量的光学长度测量工具，主要由精密机械、光学系统和电气部分组成，可用于对零件外形尺寸进行直接测量和比较测量3。试验测量装置如图 2 所示。当采用测量机直接校准针规的直径时，测长机的头座和尾座测量杆上水平安装窄平面测头，并使两测头相互接触，与此同时在读数装置上读取示值，调节尾管十字方向螺钉，使示值尺寸向大或向小方向移动，并在某一位置改变其运动方向，并将螺钉停留在这个通常称为“拐点”计量：w w w.c q s t y q.c o m计量：w w w.c q s t y q.c o m图 2测长机示意图的位置，通过调整测头的平行度，使两球心连线平行于测量轴线。然后拉动测轴使两测头轻轻撞击，使示值稳定并调整到零位。移动测轴，将被测针规放在两测头之间，测量其中的截面直径。1.3激光测径仪直接测量激光测径仪是利用激光扫描测量原理测量工件的直径。激光器发出的光束通过多面体扫描转镜和扫描光学系统形成与光轴平行的连续高速扫描光束，对被置于测量区域的工件进行高速扫描，并由放在工件对面的光电接收器接收，投射到光电接收器上的光线在光束扫描工件时被遮断，此时通过分析光电接收器输出的信号，可获得与工件直径 有 关 系 的 数 据。实 验 测 量 装 置 如 图 3所示。图 3激光测径仪示意图当采用激光测径仪直接校准针规的直径时，将被测针规放在仪器的 V 形架上，使截面对准激光线，按 下 测 量 键，从 显 示 器 上 读 取 针 规 的直径。2试验装置对比三种针规测量装置优缺点对比如表 1 所示。表 1三种测量方法的优缺点对比光学计和量块组合比较测量测长机直接测量激光测径仪直接测量优点 测 量 精 度高，最大示值误差不超过 0.5 m;测量结果数据稳定测量方便、快捷，能直接读出测量结果测量结果直接显示在仪器的屏幕上，非常快捷，相对其他仪器测量效率提高很多缺点 每次测量，量块都需要研合组成与被测件相等的尺寸，过程繁琐，测量时间长;影响量块的使用寿命 测量时会产生侧向力，引入精度误差，造成读数不可靠;光学读数时易导致操作者眼睛疲劳，人员 主 观 误 差较大 对被测件要求较高，有一定的局限性;V 形架调整不方便，存在形位 误 差 及 安 装误差;仪 器 特 别昂贵由表 1 可以看出:(1)“光学计和量块组合比较测量”能比较好地满足测量精度要求，但是测量效率比较低，不适合大工作量的检测任务。(2)“测长机直接测量”和“激光测径仪直接测量”测量效率较高，但是由于测量装置本身设计的特点，存在一定的局限性，一部分不符合仪器特点的被测件无法得到理想的测量结果。3基于 LVDT 的数显针规测量装置的提出和设计上述传统的针规测量方法存在测量过程繁琐、耗时、测量结果稳定性不好、成本高等缺点。本文提出了一种新型的 LVDT 数显针规测量装置，LVDT 位移传感器具有分辨率高、温度漂移低、重复性好以及在较宽的量程范围内均能实现较高线性精度等优点。所以在保证测量精度和稳定性的同时，能快速地测量工件。新型的 LVDT 数显针规测量装置如图 4 所示。本装置整体机械机构采用立式光学计的立式机械机构框架;运用了 LVDT 直线位移传感器，把测长机的双测头测量模式引入本装置中，上下方向安装;引入激光测径仪中的 V 形架，并在其上进一步设计加工，以便固定测头的安装，既保证了被测工件的平稳放置，又不会对测量结果有影响;测量结果在工业数显屏上直观读取，并能储存数据。计量：w w w.c q s t y q.c o m计量：w w w.c q s t y q.c o m1Z 轴立柱;2Z 轴升降装置;3Z 轴微调装置;4双测头;5等高 V 型架;6水平调整工作台;7数据信号处理器;8被测件;9测量工作台;10辅助调整装置;11底座。图 4基于 LVDT 的数显针规测量装置数显针规测量装置主要由双测头 4、数据信号处理器 7、测量工作台 9 等部件所组成。底座 11上安装 Z 轴立柱 1、测量工作台 9 和辅助调整装置10，底座 11 的下面有 4 个安平螺钉用来调整底座11 的水平位置。测量工作台 9 是用来承载和安放水平调整工作台 6、LVDT 测头 4 等仪器的主要部件和各种附件。水平调整工作台 6 通过螺栓固定测量工作台 9 的前部位置，其中含圆形平面工作台及固定辅助工作台，辅助工作台测杆上可以安装固定测头 4，构成测量中的固定测点。Z 轴立柱1 通过螺栓固定安装底座 11 的后部位置，通过 Z轴升降装置 2 实现垂直方向上下移动的目的，由 Z轴微调装置 3 进行精确定位。LVDT 测头 4 固定安装在 Z 轴微调装置 3，构成测量中的移动测点。等高 V 型架 5 安装辅助调整装置 10 左右两侧，用来放置被测件 8，等高 V 型架底基准线低于固定测头0.3 0.6 m。测量时，移动双测头 4 中 LVDT 测头与固定测头轻轻接触，缓慢调整水平调整工作台 6，找到读数的拐点(最大值)。LVDT 测头中产生的位移信号，通过数据线到数据信号处理器 7，经放大电路、A/D 转换成数字信号，然后在计算机系统软件中置零设置后开始测量工作。把被测工件 8 放置在等高 V 型架 5 上，下端面中心位置和固定测头轻轻接触，上端面中心位置和 LVDT 测头接触，转换后的数字信号在计算机系统软件中，直接读取测量值。由软件储存、分析，达到测量工件的目的。本装置可对五等量块、量棒、钢球、线形及平行平面状精密量具和零件的外型尺寸进行精密测量，能适用大批量的检测工作，且装置成本仅为激光测径仪的 1/5 1/3，双测头装置亦可作为一个独立体，用于科研、生产过程控制及在线检测中被测件微小位移的测量。4结论文章介绍了光学计、测长机和激光测径仪三种计量仪器对针规检测的测量原理和测量方法，分析了三种针规测量装置在测量中存在误差的原因，并总结了测量装置的优缺点。对此，我们引入高性能的 LVDT 位移传感器等硬件，改进整体测量结构，完善测量方法，设计测量软件，提出一种新型的基于 LVDT 的数显针规测量装置。本装置结构简单，操作方便，简单易学，读数直观，避免了人为读数误差，提高了测量的精度。参考文献:1 全国几何量长度计量技术委员会.JJF 12072008 针规、三 针 校 准 规 范 S 北 京:中 国 计 量 出 版社，2008.2 全国几何量长度计量技术委员会.JJG 451999 光学计检定规程 S 北京:中国计量出版社，2000.3 全国几何量长度计量技术委员会.JJF 10662000 测长机校准规范 S 北京:中国计量出版社，檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾殧殧殧殧2000.欢迎登陆 工业计量网站在线投稿计量：w w w.c q s t y q.c o m计量：w w w.c q s t y q.c o m