【提要】氣動(dòng)量?jī)x對(duì)于提高檢測(cè)效率和測(cè)量精度是十分有效的。本文以浮標(biāo)式氣動(dòng)量?jī)x為例,介紹了常見(jiàn)的氣動(dòng)量?jī)x的基本工作原理及方法;并在此基礎(chǔ)上,介紹了近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的氣電組合測(cè)量?jī)x的工作原理和性能。
氣動(dòng)測(cè)量技術(shù)可用于機(jī)械加工過(guò)程中的自動(dòng)測(cè)量,也可以對(duì)加工后的工件進(jìn)行長(zhǎng)度、形狀、位置尺寸的測(cè)量。具有測(cè)量精度高、靈敏度高、可靠性好、使用壽命長(zhǎng)、操作方便、可以實(shí)現(xiàn)非接觸及遠(yuǎn)距離測(cè)量、便于在加工過(guò)程中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)量控制等優(yōu)點(diǎn)。氣電組合測(cè)量技術(shù)使氣動(dòng)測(cè)量技術(shù)和電子放大數(shù)字顯示技術(shù)結(jié)合起來(lái),把測(cè)量精度和測(cè)量可靠性又向前推進(jìn)了一步。
浮標(biāo)式氣動(dòng)量?jī)x的運(yùn)用
氣動(dòng)量?jī)x為常見(jiàn)的形式是浮標(biāo)氣動(dòng)量?jī)x。這種量?jī)x結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,使用維修方便,價(jià)格較低。采用浮標(biāo)式氣動(dòng)儀測(cè)量工件長(zhǎng)度的工作原理如圖1所示:
清潔的壓縮空氣由圖中箭頭方向進(jìn)入,經(jīng)穩(wěn)壓器1由錐度玻璃管2下端引入,在氣流作用下,浮標(biāo)3升起。錐度玻璃管上端經(jīng)由零位閥5由管道與測(cè)量噴嘴8相連。當(dāng)被測(cè)工件7長(zhǎng)度尺寸L變化時(shí),問(wèn)隙將改變,流過(guò)噴嘴的空氣流量也起變化,從而引起浮標(biāo)位置的變化,操作者在刻度標(biāo)尺上讀取浮標(biāo)的改變量,亦即工件尺寸的變化量。
零位閥5可以將壓縮空氣直接排人大氣,調(diào)整零位閥5,可實(shí)現(xiàn)在流經(jīng)測(cè)量噴嘴壓縮空氣流量不變的情況下,增大或減小通過(guò)錐度玻璃管的流量,從而改變浮標(biāo)的高度位置,實(shí)現(xiàn)浮標(biāo)的零位調(diào)整。
調(diào)整倍率閥6,可改變錐度玻璃管的壓縮空氣流經(jīng)量,從而可改變浮標(biāo)式氣動(dòng)量?jī)x的放大倍率。由氣動(dòng)量?jī)x的工作原理可知,其測(cè)量精度和測(cè)量放大倍率是由量?jī)x本身決定的,而與測(cè)量裝置(如工作臺(tái)、底座等)的制造精度無(wú)關(guān)。因此,量?jī)x裝置的設(shè)計(jì)制造不要求有很高的精度。
當(dāng)浮標(biāo)式氣動(dòng)量?jī)x用于位置尺寸測(cè)量時(shí),如平行度測(cè)量,則常要用兩個(gè)管的氣動(dòng)量?jī)x進(jìn)行測(cè)量,其工作原理如圖2所示:
為了測(cè)量工件的孔(直徑20士d對(duì)基準(zhǔn)平面A的平行度,工件1放置在測(cè)量工作臺(tái)3上,使基準(zhǔn)平面A與工作臺(tái)平面貼合,測(cè)量頭2插入被測(cè)的孔內(nèi),若被測(cè)孔的軸心線不平行于基準(zhǔn)平面A,則測(cè)管工和測(cè)管11的測(cè)量噴嘴與孔壁的間隙是不同的(如圖所示),其測(cè)量值分別為:
基準(zhǔn)平面的不平行度誤差。
采用這種測(cè)量方法測(cè)量不平行度,在設(shè)計(jì)制造測(cè)量裝置時(shí),要求工件放置在測(cè)量工作臺(tái)上后,測(cè)量頭應(yīng)能順利插入工件被測(cè)孔;并且要求噴嘴與工件孔壁間的大間隙必須在量?jī)x的工作范圍內(nèi)。由于雙管式氣動(dòng)量?jī)x是采用比較式測(cè)量法,所以在測(cè)量工件時(shí),需要利用標(biāo)準(zhǔn)樣板或校對(duì)規(guī)調(diào)定零位。因此,即使測(cè)量頭與工作臺(tái)定位基準(zhǔn)平面存在著不平行度誤差、也可以通過(guò)校對(duì)規(guī)對(duì)氣動(dòng)量?jī)x浮標(biāo)進(jìn)行零位調(diào)整時(shí)排除這個(gè)誤差。因而測(cè)量裝置的設(shè)計(jì)制造相對(duì)比較容易。
采用雙管式氣動(dòng)量?jī)x對(duì)工件的位置誤差(如平行度、垂直度等)進(jìn)行測(cè)量檢測(cè)時(shí),要對(duì)檢測(cè)示值進(jìn)行讀取計(jì)算。不直觀,不方便。若用于自動(dòng)檢測(cè),則要將氣動(dòng)量?jī)x發(fā)出的氣壓變動(dòng)信號(hào)或浮標(biāo)的位置改變信息轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)。因此近年來(lái)發(fā)展了一種高精度自動(dòng)化數(shù)字顯示氣電組合測(cè)量?jī)x,介紹如下。
氣電組合測(cè)量?jī)x是應(yīng)用氣動(dòng)測(cè)量的方法,在檢測(cè)時(shí)自動(dòng)將工件尺寸的微小變化轉(zhuǎn)換成空氣壓力的變化,然后通過(guò)氣電轉(zhuǎn)換裝置將空氣壓力的變化轉(zhuǎn)換成電量的變化,再經(jīng)邏輯放大運(yùn)算處理后用數(shù)字顯示出來(lái)的高精度自動(dòng)檢測(cè)儀器。
例如用它測(cè)世圖3所示曲柄工件上直徑20毫米的孔與直徑25毫米的軸的平行度(允許平行度誤差為100:0.02)。如圖4所示,采用軸為測(cè)t墓準(zhǔn),將工件2上的軸裝入!儀體3的定位孔中,同時(shí)把雙管測(cè)頭1擂入被測(cè)孔內(nèi)。若被測(cè)孔軸心線不平行于墓準(zhǔn)軸心線,則雙管測(cè)頭的測(cè)量示值不同,為了將這兩個(gè)不同的空氣壓力量轉(zhuǎn)換成電信號(hào),氣電組合量?jī)x用了兩個(gè)氣電轉(zhuǎn)換器,分別申接于兩個(gè)測(cè)頭氣管中。氣電轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)工作原理如圖5所示。
氣電轉(zhuǎn)換器工作
圖6一電感測(cè)微儀工作原理方框圖氣電組合測(cè)t儀具有許多優(yōu)點(diǎn)。其小尺寸分辮率為0.1微米,信號(hào)穩(wěn)定性為2微米/8小時(shí),測(cè)量性能可靠,操作使用方便,適用范圍廣,既適用于大批量生產(chǎn)測(cè)量,又適用于刁嗽t生產(chǎn)測(cè)量。但氣電組合量?jī)x的價(jià)格較貴,所以目前主要使用在成批生產(chǎn)的測(cè)量中.可以相信,隨著我國(guó)電子工業(yè)、電子儀表制造業(yè)和檢測(cè)量具工業(yè)的發(fā)展,這種氣電組合量?jī)x將會(huì)被廣泛應(yīng)用.時(shí),氣流經(jīng)過(guò)濾器和穩(wěn)壓器形成清潔穩(wěn)定的壓縮空氣流送入氣電轉(zhuǎn)換器內(nèi)(如圖5中箭頭所示),進(jìn)入的氣流分為兩路,一路經(jīng)噴嘴l進(jìn)人波紋管3的內(nèi)腔,經(jīng)由排氣噴嘴7排入大氣中;另一路經(jīng)進(jìn)氣噴嘴2進(jìn)人波紋管3的外腔,從測(cè)量噴嘴6噴出。由于工件被測(cè)尺寸的變化,測(cè)量噴嘴與工件之間的間隙也發(fā)生變化,從而改變了波紋管3內(nèi)外腔原來(lái)調(diào)定的空氣壓力差,使波紋管3沿軸向產(chǎn)生伸縮,并帶動(dòng)磁芯4位移,使感應(yīng)線圈5中的電感量發(fā)生變化,電感量的變化被送到電感測(cè)微儀中。由于波紋管在氣壓微小變化的作用下也會(huì)產(chǎn)生伸縮,因此測(cè)量靈敏度高,測(cè)量精度也高。
為了將電感量的變化進(jìn)行邏輯運(yùn)算處理,并將處理結(jié)果用數(shù)字顯示出來(lái),氣電組合量?jī)x將兩個(gè)氣電轉(zhuǎn)換器的電信號(hào)輸出端同時(shí)接入一個(gè)數(shù)顯電感測(cè)微儀輸入端中運(yùn)算處理,由儀器將測(cè)量結(jié)果用數(shù)字顯示出來(lái)。電感測(cè)微儀工作原理方框圖如圖6所示。