1 传感器的结构用途测量原理与精度
(1)传感器的结构
传感器的结构如图1所示,测量钢球1由弹簧2弹性连接在联络轴3端面的圆锥上,由弹簧连接的柔性结构,可以保证测量时万一与工件发生冲撞起复位和缓冲作用。联络轴3与夹持杆4经绝缘套隔离后刚性连接,通过航空插座5与数显表接通。
(2)传感器的用途
该传感器是一种接触式两维电感测头,可与各种数显型万能工具显微镜(简称万工显)配套使用,外接一个带放大电路的蜂鸣器后,也可与没有安装数显的普通万工显配套测量长度、锥度、凸轮、内孔和R圆弧等尺寸,其作用与万工显的灵敏杠杆相似,但灵敏杠杆只能安装在物镜位置,且在X或Y向进行单方向测量时有很大的局限,而该传感器可任意安装在所需的位置,且在X、Y平面内任意测量。使用起来要比灵敏杠杆方便、精度也比灵敏杠杆高,因此具有节省时间,不用调焦、压线及看镜头,减少视力疲劳等优点。
(3)传感器的测量原理
传感器与数显万工显的接地形成回路,当测头与工件一端接触的瞬时,数显表开始计数,与工件另一端接触的瞬间数显表停止计数并保持数据,被测值就显示在数显表的屏幕上。
传感器如果与没有安装数显的普通万工显配套使用时,将夹持杆和被测件与电路公共端联接,当测量钢球与被测件的一端接触时,电子电路输入门立即开启蜂鸣器发声告知,此时可在读数目镜中读取第一个数值,当测头与被测件的另一端接触时,电声蜂鸣器再次发声告知,读取第二个数值,两次读数之差与钢球直径的代数和即为工件尺寸。
(4)传感器的精度(以10mm钢球规格为例)
传感器的测头钢球尺寸公差为10mm +0·3μm,圆度为0·12μm,粗糙度为0·02μm,接触灵敏度经0·1μm的电感测微仪测试小于0·2μm,也就是说钢球与被测件接触后,在0·2μm范围内开始或停止记数。
2 传感器的安装
做如图2所示的夹头,其外形尺寸与物镜下半部分完全相同,只是中间钻一10H8孔,并将孔壁开一涨簧槽,在垂直于涨簧槽的孔壁上,钻一M6的螺纹孔用以夹紧传感器。使用时将物镜旋下来,把夹头换上去,通过涨簧螺钉锁紧传感器。
将传感器安装在物镜位置处,主要是用于测量装夹在顶尖中间和玻璃工作台上的零件。但有时候一些尺寸较大特殊工件,需要取下玻璃工作台,将工件安装在纵向滑台刮研面上,若传感器仍然安装在物镜位置,测量距离就可能达不到,因此就要用第二种安装位置。我们是利用主显微镜右侧一个M6的紧固螺钉孔,在其上安装一个如图3所示的夹持座,传感器安装在夹持杆上,根据测量需要可在水平方向移动旋转到所需距离。夹持杆在夹持座中可任意旋转到所需的位置,用螺钉固定后就可使用了。
3 传感器在万工显中的应用
(1)内外尺寸的测量
如图4所示,将工件放置在仪器工作台上,根据所需选择传感器安装位置,按万工显的基本调整图4方法找正工件后,通过纵、横向滑架的移动,使测头与工件的一端接近,在距离很近时,利用仪器的手轮微进使测头与工件接触,听到蜂鸣器似接触非接触的声音后对数显表清零。然后移动纵、横向滑架使测头与工件的另一端缓慢接近,仍用手轮微进,进行似接触非接触的操作,当听到数显表蜂鸣器发声的瞬时停止进给,数显表的显示值加上或减去钢球直径,就可得到工件的内或外尺寸,即:
为了区别两种操作的不同,把上述方法称为“手动测量”,下述方法则称为“半自动测量”。
半自动测量就是利用数显系统的自动装载、自动记数、自动停止的功能。其方法是先在数显表上输入指令与测头半径,移动纵向滑台,使测头与工件一端接触的瞬时,数显表开始记数,然后再移动滑台让测头与工件另一端接触的瞬间,数显表停止记数(测头与工件接触时同样要微量进给)并保持数据,这个数据就是工件的测量值。
(2)孔径的测量
将被测工件置于玻璃工作台上,移动横向滑架使传感器的测头,分别与被测孔A、B两点接触,如图5所示,这时数显表的Y轴显示出A、B两点的距离L,再将横向滑架移到L/2处,固定横向(Y向),移动纵向(X向),使测头再分别与C、D两点接触,数显表的显示值与测头直径之和就是孔的直径。
(3)锥度的测量
将工件安装于万工显两顶尖之中,拼一组比顶尖中心低一个测头半径的量块组,安放在纵向滑台的刮研面上,如图6a)所示。下降传感器,使测头与量块组缓慢接触到蜂鸣器发声告知后,固紧传感器即可。此时测头的中心与顶尖中心等高,然后移动滑架使传感器与锥体锥面接触,如图6b)所示,记下a、b两点的Y向坐标值ya、yb和测量长度L,则锥体的锥度为:
(4)交点坐标以及圆弧半径的测量
如图7所示的试磨件,按图样要求测量锥角α1、α2、圆弧半径R以及两圆锥焦点尺寸d。测量时将工件安装于两顶尖上,再调整传感器测头中心与顶尖中心等高。
测量时移动横向滑架使测头与顶针杆接触,听到蜂鸣器响后,将X坐标清零,给Y坐标输入顶针杆的半径,此时坐标系的零点就建立在X轴线上了。然后移动纵、横向滑架使测头分别与被测件上的P1~P7点接触,并分别记下各点的X、Y坐标值即可。接下来进行数据处理。
1)由点P1的坐标值(x1, y1), P2的坐标值(x2, y2)求出:
4)两圆锥焦点的尺寸d,则由两直线方程：
求解即可。
4 系统的精度
系统的精度由万工显的精度和传感器的精度组合而成。系统的测量精度可以通过误差分析的方法近似求出,我们略去复杂的分析过程,以试验数据来说明传感器的测量精度。经反复试验,通过误差补偿,系统的测量误差不大于±1·5μm。
5 几点说明
1)测量时应将测头钢球和被测面用航空汽油清洗干净,以免影响测头的电感性能;
2)若被测件安装在玻璃工作台上,由于玻璃绝缘,可用一导电体将工件与仪器床身联接;
3)若被测件安装在纵向(X向)滑台的刮研面上,应尽可能将工件置于数显尺或玻璃刻度尺的延长线上,以减少阿贝误差。
咸阳机床厂□史旭斌 田俊成
