光學(xué)式液壓缸測量方式以及試驗驗證

　　這篇光學(xué)技術(shù)論文發(fā)表了光學(xué)式液壓缸測量方式以及試驗驗證，提高液壓缸的直線度測量水平對提高其質(zhì)量和性能具有重要作用，那么該如何提高液壓缸的直線度測量水平呢?論文通過試驗的方法，使用不同直徑的缸筒進(jìn)行測量，以下是論文的詳細(xì)探討。

　　關(guān)鍵詞：光學(xué)技術(shù)論文投稿,液壓缸筒,直線度

　　前言

　　缸筒深孔作為與活塞圓柱面直接接觸的關(guān)鍵形面，其直線度對液壓缸的正常工作具有重要影響，若其直線度偏差過大，則工作過程中活塞會嚴(yán)重偏磨，液壓缸抖動明顯[1]。所以，對于中長度液壓缸缸筒，生產(chǎn)過程中的直線度測量對提高液壓缸的使用性能，降低廢品率具有重要意義。對于液壓缸筒目前采用的感應(yīng)片式應(yīng)變片測量法及桿臂測量法等直線度測量方式，由于缸筒深孔空間的局限性，無法進(jìn)行有效測量，且裝置制造成本過高，不能滿足實際生產(chǎn)現(xiàn)場的使用。因此，文中運(yùn)用激光跟蹤儀的光學(xué)測量原理，設(shè)計深孔測量裝置，對長液壓缸缸筒的直線度進(jìn)行測量，并將其測量結(jié)果與三坐標(biāo)測量儀測量結(jié)果進(jìn)行比較。

　　1測量方式與測量裝置

　　激光跟蹤儀的光學(xué)測量原理為：將缸筒內(nèi)孔軸線視為由n個等間距截面圓的圓心構(gòu)成的空間曲線，各個圓心點與圓上點固連，通過截面圓的任何一點均可表示圓心點相對變化率[2]。由此可知缸筒直線度測量過程為：(1)結(jié)合激光測量與無線傳輸技術(shù)，獲得圓上點坐標(biāo);(2)通過最小二乘法對圓上點進(jìn)行計算分析，得出空間準(zhǔn)軸線的方程表達(dá)式;(3)通過軸線得出圓柱面，該圓柱面囊括所有圓上點，圓柱面直徑即為缸筒直線度誤差[3]。

　　由此設(shè)計的液壓缸筒直線度測量系統(tǒng)如圖1、圖2所示。該系統(tǒng)由步進(jìn)電機(jī)、運(yùn)載機(jī)構(gòu)、支撐機(jī)構(gòu)、牽引機(jī)構(gòu)、光敏元件PSD、檢測單元、主機(jī)、被測缸筒及外部激光器組成[4]。系統(tǒng)中，運(yùn)載機(jī)構(gòu)在步進(jìn)電機(jī)的牽引下沿液壓缸缸筒移動;支撐機(jī)構(gòu)對缸筒起支撐作用;內(nèi)孔信息通過運(yùn)載機(jī)構(gòu)傳遞與光敏元件PSD;通過對比外部激光與內(nèi)孔信息相對變化位置，可獲得缸筒內(nèi)孔直線度;通過藍(lán)牙將直線度信息傳遞與主機(jī)供測量人員讀取。運(yùn)載機(jī)構(gòu)內(nèi)孔信息傳遞的準(zhǔn)確性對整套裝置的測量精度具有重大影響，因此文中對運(yùn)載機(jī)構(gòu)進(jìn)行重點設(shè)計研究。

　　2運(yùn)載機(jī)構(gòu)設(shè)計

　　綜合考慮缸筒直線度測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及運(yùn)載機(jī)構(gòu)對內(nèi)孔自適應(yīng)性，運(yùn)載機(jī)構(gòu)的設(shè)計如圖3所示。運(yùn)載機(jī)構(gòu)在孔徑變化自適應(yīng)過程中，3組圓周均勻分布的滾輪-彈簧機(jī)構(gòu)將內(nèi)孔信息傳輸與測量部分。運(yùn)載機(jī)構(gòu)的空間姿態(tài)受作用力影響，其受力與空間姿態(tài)關(guān)系圖如圖4所示。定義姿態(tài)角ϕ0為滾輪軸心與運(yùn)載機(jī)構(gòu)軸心連線方向和豎直方向所形成的夾角，當(dāng)ϕ0=0時，運(yùn)載機(jī)構(gòu)為常規(guī)移動姿態(tài)，測量準(zhǔn)確;當(dāng)ϕ0≠0時，運(yùn)載機(jī)構(gòu)為非常規(guī)姿態(tài)，存在誤差，需對運(yùn)載機(jī)構(gòu)空間姿態(tài)進(jìn)行分析。

　　分析直線度測量方式可知，運(yùn)載機(jī)構(gòu)測量結(jié)果不受沿孔軸線位姿的影響，而受沿孔軸線周向轉(zhuǎn)動影響較大，主要與以下因素有關(guān)[5]：(1)滾輪磨損;(2)制造及安裝誤差;(3)缸體加工誤差。因素(1)可通過改善滾輪材料進(jìn)行避免;因素(2)可通過提高重要組成部件的制造和安裝精度避免;因素(3)可通過優(yōu)化運(yùn)載機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式避免[6]。

　　缸體深孔加工主要要求為直線度、平行度、直徑公差、圓度及粗糙度等[7]。其中，平行度反映軸線與側(cè)母線的平行程度，直徑公差主要對各個橫截圓面直徑形成影響，粗糙度為內(nèi)深孔表面光滑度的反映[8]，以上三個加工要求對缸體直線度影響均較小，所以文中主要從圓度誤差對運(yùn)載機(jī)構(gòu)沿軸線周轉(zhuǎn)影響情況方面進(jìn)行分析。當(dāng)液壓缸體內(nèi)深孔截面為非圓面時，則如圖5所示，內(nèi)孔和運(yùn)載機(jī)構(gòu)接觸點外接圓與內(nèi)孔表面不重合。圖5中，虛線為截面各個接觸點外接圓，實線為缸體內(nèi)深孔圓截面。設(shè)Fn1為接觸點A11的法向約束力，由于內(nèi)孔非圓形狀的影響，法相約束力與外接圓中心O有所偏離，F(xiàn)n1指向中心的徑向分量為Fe1，其為截面在A11處內(nèi)接觸點外接圓法向力，切向分量為Fr1。文中設(shè)運(yùn)載機(jī)構(gòu)姿態(tài)角的增量為Δϕ，外接圓的半徑為R。

　　3試驗驗證

　　文中分別通過設(shè)計設(shè)備與三坐標(biāo)測量儀對內(nèi)徑為230mm、長度為3000mm、直線度要求為0.15mm的10根缸體進(jìn)行內(nèi)深孔測量，測量結(jié)果如圖6所示。經(jīng)測量，由圖6可知，光學(xué)式液壓缸直線度測量裝置的測量偏差小于0.005mm，誤差率小于10%，僅為3.3%。由此證明所設(shè)計裝置有效，且滿足實際生產(chǎn)需求。

　　4結(jié)論

　　文中運(yùn)用激光跟蹤儀的光學(xué)測量原理，設(shè)計深孔測量裝置，并通過實驗對比對長液壓缸缸筒進(jìn)行直線度測量。由此可得出以下結(jié)論：(1)對于運(yùn)載機(jī)構(gòu)，可通過提高加工、安裝精度，滾輪選為球面，抑制運(yùn)載機(jī)構(gòu)在測量過程中的周向轉(zhuǎn)動;(2)通過對長液壓缸體內(nèi)深孔直線度的對比實驗可知，設(shè)計裝置測量偏差小于0.005mm，誤差率小于10%，滿足實際生產(chǎn)所需。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]余廣,曾良才,毛陽,等.液壓缸活塞表面微條紋織構(gòu)摩擦性能數(shù)值分析[J].武漢科技大學(xué)學(xué)報,2015,38(6):436-439.

　　[2]黃風(fēng)山,宋海生,卞偉,等.基于激光跟蹤儀的風(fēng)電輪轂精度現(xiàn)場檢測方法[J].機(jī)床與液壓,2016,44(19):8-11.

　　[3]馮祝雷,李明,丁海東.激光跟蹤儀高精度測量運(yùn)動物體位姿的研究[J].激光技術(shù),2016,40(3):436-440.

　　[4]董登峰,周維虎,紀(jì)榮祎,等.激光跟蹤儀精密跟蹤系統(tǒng)的設(shè)計[J].光學(xué)精密工程,2016,24(2):309-318.

　　[5]王足生,李瑞生.對液壓缸活塞的改進(jìn)設(shè)計[J].液壓氣動與密封,2015,35(9):12-13.

　　[6]丹慧芳.液壓支架缸體內(nèi)孔的加工工藝系統(tǒng)分析[J].機(jī)械工程師,2015,(7):162-163.

　　[7]杜洋,高志山.使用高精度三坐標(biāo)測量儀實現(xiàn)透鏡定中心[J].光學(xué)精密工程,2015,23(3):639-644.

　　[8]曹玉環(huán).一種小直徑鋼質(zhì)液壓缸筒的加工方法[J].液壓與氣動,1998,(4):5.

　　作者：董宏偉 單位：山西大學(xué) 物理與電子信息學(xué)院

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