CN104977101B - 一种基于psd的十字梁二维微力测量装置 - Google Patents
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Abstract
一种基于PSD的十字梁二维微力测量装置,它属于精密测量的技术领域。它的测量杆的上部外圆面上开有用于与被测游丝卡接的环槽;测量杆的下端与十字梁中心上面垂直连接,使十字梁的四根粱的外端头分别与方框形测量杆支架的四个角连接,四块反光镜分别设置在十字梁的四根梁的下面上;四分半导体激光器设置在基座中心立柱的上端面上,四个二维PSD位置传感器分别设置在基座的四个角上的四根立柱的上端面上;使四分半导体激光器发射的四束激光束分别通过四块反光镜反射后,分别反射到四个二维PSD位置传感器的检测窗口上。本发明利用测量杆和十字梁进行力到微位移的转换,再利用光杠杆放大原理,采用二维PSD进行位置测量,最终检测到了测量杆处的二维受力。
Description
技术领域
本发明属于精密测量的技术领域。
背景技术
随着精密测量技术的不断发展,特别是在精密仪器、高科技尖端产品装配等领域,装配时产生的零部件受力作用越来越引起人们的关注。例如精密仪表中的游丝,由于装配产生的装配应力,会对测量精度产生巨大的干扰。一些高档机械手表装配中,游丝的装配应力是其准确性的关键因素;在电机领域,导电游丝的受力不均匀会对电机转矩平稳性产生巨大影响,并且会大大减少其使用寿命。
为了保证精密仪器及精密机械的使用性能,就要对其装配中产生的关键应力进行测量,并进行调整,实现合理装配。精密仪器和精密机械安装中,手工装配时现有的重要手段,由于工人师傅的感觉主观性太强,因此需要一个测量装置测量装配产生的应力,对工人装配的操作进行指导。现有的测量方式,很多结构复杂,体积较大,成本较高,不适合大规模推广。
发明内容
决现有精密仪器和精密机械安装中,手工装配时现有的重要手段,由于工人师傅的感觉主观性太强,因此需要一个测量装置测量装配产生的应力,对工人装配的操作进行指导。现有的测量方式,存在结构复杂、体积较大、成本较高、不适合大规模推广的问题。
所述的目的是通过以下方案实现的:所述的一种基于PSD的十字梁二维微力测量装置,它包括测量杆1、方框形测量杆支架2、十字梁3、四块反光镜4、四分半导体激光器5、基座6、四个二维PSD位置传感器7;
测量杆1的上部外圆面上开有用于与被测游丝8卡接的环槽1-1;测量杆1的下端与十字梁3中心上端面垂直连接,十字梁3设置在方框形测量杆支架2的内部,使十字梁3的四根粱的外端头分别与方框形测量杆支架2的四个角连接,四块反光镜4分别设置在十字梁3的四根梁的下端面上,四块反光镜4的反光面都朝下;四分半导体激光器5设置在基座6中心立柱的上端面上,四个二维PSD位置传感器7分别设置在基座6的四个角上的四根立柱的上端面上;方框形测量杆支架2设置在基座6的正上方上,使四分半导体激光器5发射的四束激光束分别通过四块反光镜4反射后,分别反射到四个二维PSD位置传感器7的检测窗口上。
本发明与现有的主轴座及测力装置相比,优势在于:
1、本发明利用测量杆和十字梁进行力到微位移的转换,再利用光杠杆放大原理,采用二维PSD进行位置测量,最终检测到了测量杆处的二维受力;
2、该装置在测量杆后,使用光学方法,没有改变测量杆的受力情况,减小外界影响。并且体积小巧、便携,适合实际使用;
3、将波长为650nm的半导体激光束作为光源,它具有单色性好、相干性好、准直性好的特点,有效地保证了测量精度;
4、本发明使用十字梁结构,可以对横向和垂直两个方向进行力测量;
5、本发明使用四束光路,对称的光路分布,可以实现差动测量,提高测量精度。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一:结合图1所示,它包括测量杆1、方框形测量杆支架2、十字梁3、四块反光镜4、四分半导体激光器5、基座6、四个二维PSD位置传感器7;
测量杆1的上部外圆面上开有用于与被测游丝8卡接的环槽1-1;测量杆1的下端与十字梁3中心上端面垂直连接,十字梁3设置在方框形测量杆支架2的内部,使十字梁3的四根粱的外端头分别与方框形测量杆支架2的四个角连接,四块反光镜4分别设置在十字梁3的四根梁的下端面上,四块反光镜4的反光面都朝下;四分半导体激光器5设置在基座6中心立柱的上端面上,四个二维PSD位置传感器7分别设置在基座6的四个角上的四根立柱的上端面上;方框形测量杆支架2设置在基座6的正上方上,使四分半导体激光器5发射的四束激光束分别通过四块反光镜4反射后,分别反射到四个二维PSD位置传感器7的检测窗口上。
所述十字梁3的四根粱的上下方向的刚度约为0.1N/μm。
所述四分半导体激光器5由波长为650nm,光斑直径小于600μm的半导体激光器与一个一分四分光路器组成。
所述二维PSD位置传感器7的型号为S5990-01。
工作原理:
将被测游丝8卡接在测量杆1上部的环槽1-1内,接触后,当本装置做微小水平和垂直运动时,测量杆1受到游丝力的作用,并能够将该力放大并传递到十字梁上3,发生一定的变形量。通过设计十字梁薄壁结构参数,使十字梁具有的刚度约为0.1N/μm;进而,贴在十字梁3上的四块反光镜4构成放大光路,将十字梁3的微小变形放大。同时,通过改变方框形测量杆支架2与基座6之间的距离,能改变光路的放大系数,满足不同的分辨率的测量要求。最终,通过四个二维PSD位置传感器7测得的光斑位置信息,反推计算可以得到测量杆受到的力的信息。
Claims (2)
1.一种基于PSD的十字梁二维微力测量装置,其特征在于它包括测量杆(1)、方框形测量杆支架(2)、十字梁(3)、四块反光镜(4)、四分半导体激光器(5)、基座(6)、四个二维PSD位置传感器(7);
测量杆(1)的上部外圆面上开有用于与被测游丝(8)卡接的环槽(1-1);测量杆(1)的下端与十字梁(3)中心上端面垂直连接,十字梁(3)设置在方框形测量杆支架(2)的内部,使十字梁(3)的四根粱的外端头分别与方框形测量杆支架(2)的四个角连接,四块反光镜(4)分别设置在十字梁(3)的四根梁的下端面上,四块反光镜(4)的反光面都朝下;四分半导体激光器(5)设置在基座(6)中心立柱的上端面上,四个二维PSD位置传感器(7)分别设置在基座(6)的四个角上的四根立柱的上端面上;方框形测量杆支架(2)设置在基座(6)的正上方上,使四分半导体激光器(5)发射的四束激光束分别通过四块反光镜(4)反射后,分别反射到四个二维PSD位置传感器(7)的检测窗口上,所述十字梁(3)的四根粱的上下方向的刚度约为0.1N/μm。
2.根据权利要求1所述的一种基于PSD的十字梁二维微力测量装置,其特征在于所述四分半导体激光器(5)由波长为650nm,光斑直径小于600μm的半导体激光器与一个一分四分光路器组成。
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