CN2781328Y - 孔－孔对中仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型孔－孔对中仪主要涉及一种用于测量机器或设备孔、孔对中误差及调整量的精密测量对中仪器。包括三爪信号发射仪架和三爪信号接收仪架，其特征在于：三爪信号发射仪架包括三爪自动定心卡具单元和信号发射装置；三爪信号接收仪架包括三爪自动定心卡具单元和信号接收装置；信号处理单元实现数据采集和处理。采用了以上结构，测量效率高，劳动强度低，测量精度高且测量过程不受人员经验水平限制，测量过程和数据处理便于实现自动化。
Description
技术领域
本实用新型孔-孔对中仪主要涉及一种用于测量机器或设备孔、孔对中误差及调整量的精密测量对中仪器。
背景技术
现代重型机械生产中对大型工件的制造精度和装配精度要求越来越高，研制相应的测量方法和仪器成为迫切需要解决的问题。在大型往复式压缩机安装过程中，气缸—气缸—中体的同轴度找正涉及一定范围内孔-孔同轴对中的问题。目前国内常用的测量方法为电声法—钢丝拉线找正法，对相联接的气缸或中体的同轴度误差的测量与校正是借用一个假想的“轴”—琴钢丝，然后利用钢尺、卡尺、百分表、千分杆、框式或合像水平仪等工具进行接触式测量。这样的测量方式存在的问题是测量精度差，测量效率低，劳动强度大，而且测量结果受测量人员本身经验的影响，误差很大，尤其是无法实现测量过程及数据处理的自动化，已远远不能适应现代经济、技术发展的需求。目前国外已出现了激光对中仪，多用于轴—轴对中，但该仪器存在的问题的是价格偏高，难以普及应用，在国内解决孔-孔对中的问题应用受到限制。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种新型的孔—孔对中仪，它克服了以上所述的缺陷，在对设备进行安装、装配测量找正等作业中具有测量精度高、效率高、劳动强度低、测量结果不受测量人员本身经验的影响，能够实现测量过程和数据处理的自动化以及测量结果的显示和数据整理，并且价格较低，易于普及，适应市场需求。
本实用新型的技术方案包括三爪信号发射仪架和三爪信号接收仪架，其特征在于：三爪信号发射仪架包括三爪自动定心卡具单元和信号发射装置；三爪信号接收仪架包括三爪自动定心卡具单元和信号接收装置；信号处理单元实现数据采集和处理；
所述三爪自动定心卡具单元，该单元包括齿轮调控部分及其被调控的、沿周向120°均布的三爪自动伸缩器4；齿轮调控部分包括穿过三对三爪自动伸缩器4的驱动行星齿轮轴11、从动行星齿轮轴111和112，所述驱动行星齿轮轴11、从动行星齿轮轴111和112分别固定于精密仪表轴承9内环内，驱动行星齿轮轴11的一端伸出固定于壳体5上的端盖7，在三爪自动伸缩器4的空腔41内、驱动行星齿轮轴11、从动行星齿轮轴111和112上分别固定有三对小齿轮副110、1110、1120，该三对小齿轮副110、1110、1120分别与固定在主轴24上的相对于主轴24可转动的太阳轮12啮合，并且同时与安装在空腔41内、端盖7与壳体5配合端面上三个沿周向120°均布的燕尾和矩形组合凹槽71上的导轨31上的齿条311、312、313啮合，在主轴24和端盖7之间有键23联接；
所述信号发射装置，该装置包括置于主轴24端部内腔的半导体激光信号发射器17；
所述信号接收装置，该装置包括置于主轴24端部内腔的二维PSD位敏传感器21。
上述的孔—孔对中仪，所述三爪自动定心卡具单元还包括骨架油封15、孔用挡圈13、测量接杆3、接杆锁紧卡座2、接触杆1、水平指示器25；所述太阳轮12固定有轴承14，轴承14的外环直接嵌入到太阳轮12的凹槽121内，轴承14的滚动体直接和主轴24配合；三个行星齿轮轴11、111、112分别穿过端盖7上的通孔73，深入到轴承腔体91内，轴承9装在轴承腔体91内行星齿轮轴的两端，外环和轴承腔体91间隙配合，轴承腔体91的外侧有三个沿周向120°均布的调心螺钉8；在所述燕尾和矩形组合凹槽71处内有调整板28、外有压板27和压紧螺钉26，所述压紧螺钉26穿过压板27的通孔72拧入到端盖7内；所述接杆锁紧卡座2是一种左右旋向内螺纹管箍，它联接多功能接触杆1、测量接杆3和三爪自动伸缩器4对应的接头螺纹；所述孔用挡圈13卡入凹槽131内；所述三对齿轮110、1110、1120为斜齿轮副，各有一大斜齿轮与一小斜齿轮，大斜齿轮与太阳轮12啮合，小斜齿轮分别和齿条311、312、313啮合；
所述信号发射装置，该装置包括卡套16和微调螺钉34，激光发射器17装配到卡套16的内孔161内，卡套16卡入主轴24内的锁紧凹槽241内；
所述信号接收装置，该装置还包括波形弹簧18、调整螺钉19、信号接收器卡套端盖20、卡套36、波形弹簧18，二维PSD位敏传感器21、平垫板33装在卡套36的凹槽361内，卡套端盖20和卡套36用螺纹联接。
上述的孔—孔对中仪，接触杆1与测量孔部位的接触方式为线性接触，接触杆1的轴向断面形状可为圆形或半圆形、椭圆形，接杆3的轴向断面形状均可为圆形、椭圆形、矩形，接杆锁紧卡座2联接方式为左右旋螺纹卡箍或活络节头或法兰。
上述的孔—孔对中仪，其特征在于三爪自动伸缩器4上的导轨为矩形导轨29、燕尾形导轨31等部件的组合体，也可以是双矩形组合导轨、双燕尾组合导轨。
上述的孔—孔对中仪，三爪自动伸缩器4的矩形导轨29、燕尾形导轨31之间有调整块30，矩形导轨29和燕尾形导轨31通过多个螺栓35和调整块30联接。
上述的孔—孔对中仪，信号发射器卡套16和主轴24配合部分为精密过渡配合，卡套16突出部分卡入主轴凹槽241内，卡套16和半导体激光发射器17配合部分有周向120°均布的微调螺钉34。
上述的孔—孔对中仪，信号接收卡套端盖20的轴向端面上有沿120°周向均布的三个调整螺钉19。
上述的孔—孔对中仪，端盖7上镶嵌有水平指示器25。
采用了以上结构，三爪定心卡具单元可以方便精确的定位在待测找正的部位，分别实现待测部位轴心与信号发射装置或信号接收装置的同心。这样，信号接收装置二维PSD位敏传感器21检测到的从半导体激光发射器17的信号，经过信号处理单元孔—孔对中测量仪表能够精确的测出两个不同部件的同心度偏差。这种方法测量效率高，劳动强度低，测量精度高且测量过程不受人员经验水平限制，测量过程和数据处理便于实现自动化。
附图说明
图1为孔—孔对中仪测量时三爪定心卡具单元的横面局部剖视图。
图2为图1所示纵向局部剖视图。
图3为孔—孔对中仪外壳横面局部剖视图。
图4为图3所示纵向局部剖视图。
图5为孔—孔对中仪自动伸缩器的横截面局部剖视图。
图6为孔—孔对中仪信号接收装置纵向剖视图。
图7为孔—孔对中仪信号发射装置纵向剖视图。
图8为孔—孔对中仪三爪定心自动伸缩器纵向剖视图。
图9为孔—孔对中仪信号处理单元电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步详述。本实用新型孔一孔对中仪的技术方案分为三爪自动定心卡具单元技术方案、信号发射装置技术方案、信号接收装置技术方案和信号处理单元技术方案等四部分。三爪自动定心卡具单元技术方案是：见图1、2、3、4、5、8所示，包括驱动行星齿轮轴11、从动行星齿轮轴111和112、从动太阳轮12、三爪自动伸缩器4、壳体5、端盖7、精密仪表轴承9、调心螺钉8、滚柱轴承14、主轴24、键23、骨架油封15、孔用挡圈13、测量接杆3、接杆锁紧卡座2、多功能接触杆1、水平指示器25等零部件；在端盖7上镶嵌有水平指示器25。滚柱轴承14的外环直接嵌入到从动太阳轮12的凹槽121内，孔用挡圈13卡入凹槽131内；滚柱轴承14的滚动体(滚柱)直接和表面硬化的主轴24配合；从动太阳轮12周向120°均布三个行星齿轮轴：驱动行星齿轮轴11、从动行星轮齿轮轴111和112，三个行星齿轮轴分别穿过三对三爪自动伸缩器4的啮合空间41，齿轮轴上分别加工有三对小齿轮110、1110、1120，所述每对小斜齿轮沿其轴线对称布置且螺旋角相等，旋向相反(其他参数相同)，每对小斜齿轮分别同时与太阳轮12啮合和燕尾形导轨31上的齿条311、312、313啮合；三个行星齿轮轴穿过端盖7上的通孔73，深入到轴承腔体91内，精密仪表轴承9在轴承腔体91内装在行星齿轮轴的两端，外环和轴承腔体91为间隙配合，轴承腔体91的外侧有三个周向120°均布的调心螺钉8，可调整轴承9或行星齿轮轴11、111、112与从动太阳轮12、燕尾导轨31上齿条311、312、313的正确啮合，轴承端盖10可调整轴承在行星齿轮轴的轴向位移量；端盖7与壳体5配合端面上加工有三个周向120°均布的燕尾和矩形组合式导轨凹槽71，三爪自动伸缩器4的矩形导轨29和燕尾形导轨31通过调整板28精密的卡到凹槽71内，压紧螺钉26穿过压板27的通孔72拧入到端盖7的螺孔内，驱动行星轮11、从动行星轮111和112分别驱动沿周向120°均布的三爪自动伸缩器4，其中燕尾和矩形组合凹槽71和三爪自动伸缩器4的矩形导轨29和燕尾导轨31的间隙可通过改变调整板28的尺寸和调整三爪自动伸缩器的调整块30的尺寸达到精密配合的目的；当然矩形导轨29和燕尾导轨31也可由双矩形组合导轨、双燕尾组合导轨等导轨形式来实现。接杆锁紧卡座2是一种左右旋向的内螺纹的管箍，它联接多功能接触杆1、测量接杆3和三爪自动伸缩器4对应的接头螺纹并使它们联成一个刚性整体，其中测量接杆3的长度可根据待测部位孔径的大小选用不同规格，多功能接触杆1的轴向断面形状可为圆形、椭圆形、半圆形，多功能接触杆1与测量孔部位的接触方式为线性接触；测量接杆3的轴向断面形状可为圆形、椭圆形、矩形等任意形状，接杆卡环座2联接方式为左右旋螺纹卡箍、活络节头、法兰等方式。键23联接主轴24和端盖7，防止从动太阳轮12转动时主轴转动，同时用骨架油封15或毛毡等方式用来密封主轴24和端盖7之间的间隙，防止油脂流出和灰尘进入。信号发射装置的技术方案是：见图2、4、7所示，包括半导体激光信号发射器17、信号发射装置卡套16和信号发射器微调螺钉34等部件，半导体激光发射器17装配到信号发射装置卡套16的内孔161内，信号发射装置卡套16卡入主轴24内的锁紧凹槽241内；半导体激光发射器为一发散角很小的点光源，5米之内光斑的直径小于1.2mm。信号接收装置的技术方案是：见图2、图6，包括波形弹簧18、调整螺钉19、信号接收器卡套端盖20、信号接收二维PSD位敏传感器21和信号接收装置卡套36等部件，卡套36的凹槽361内装有波形弹簧18、信号接收二维PSD位敏传感器21、平垫板33，卡套端盖20用螺纹和信号接收装置卡套36联接，波形弹簧18、平垫板33和调整螺钉19共同作用使传感器21的轴心和卡套36的轴心同轴。信号处理单元技术方案是，见图9，其工作原理图包括电流—电压转换及信号放大电路、信号调理模块、A/D转换电路、DSP数字信号处理器、LCD显示器等组成部分，其中利用DSP数字信号处理器汇编语言进行编程能够快速精确实现数据采集和处理。
使用本新型孔—孔对中仪在对大型往复式压缩机进行气缸—气缸—中体等部件进行找正的过程中采用以下步骤：第一步，信号发射装置的安装固定，见图7所示，首先，把半导体激光发射器17装入信号发射器卡套16内，而后，使激光发射器电源导线穿过卡套内孔161，接通电源线路，电源开关处于闭合状态，最后复查激光发射器卡套16和半导体激光发射器17光源的同心度，需要时用微调螺钉34进行微调。第二步，信号接收装置的安装固定，见图6所示，首先依次先后把波形弹簧18、二维PSD位敏传感器21、平垫板33装入信号接收装置卡套36的凹槽361内，而后，卡套端盖20旋入信号接收装置卡套36，最后，复查PSD位敏传感器轴心是否与卡套36的轴心线重合，必要时调整螺钉19使位敏传感器21既不受强大外力，又能使其轴心和卡套36的轴心保持同轴，再最后，把位敏传感器21的电源线和信号线穿过卡套36的通孔362，分别和孔—孔对中仪的测量仪表相应部位接头联接(接线时有序号区分)，电源开关处于关闭状态。第三步，三爪定心卡具单元的安装固定；见图1、图2所示，首先，根据待测部位的孔径选用合适规格的测量接杆3，用接杆锁紧卡座按图所示联接多功能接触杆1、测量接杆3和三爪自动伸缩器4，而后用扳手旋转驱动行星齿轮轴11，使三爪自动伸缩器4缩回孔—孔对中仪壳体内，最后，把三爪定心卡具单元放到待测部位(待测部位须清洗干净，不得有毛刺、颗粒状等杂物)，轻轻旋出三爪自动伸缩器4，使多功能接触杆和待测部位圆柱面良好接触，注意观察水平指示器25气泡的刻度，使驱动行星齿轮轴处于垂直水平面的正上方。第四步，信号的采集与处理；见图9所示，首先，分别给信号发射装置半导体激光发射器17和孔—孔对中测量仪送电，并完成孔-孔对中仪的信号复位，而后，5分钟后启动采样和数据处理程序，进行第一次数据的采集、记录和存储。第五步，分别旋转信号发射装置卡套16两次，每次旋转120°，再次记录和存储数据两次。第六步，读出三次的测量数据，为消除信号发射装置自身的同轴度误差对三次数据进行平均计算，即可得到高精度的位置偏差信息。
经现场反复使用验证，使用本实用新型孔—孔对中仪，测量精确度达到了0.01mm，完全满足机械设备安装规范的要求。
Claims (8)
1、一种新型孔-孔对中仪，包括三爪信号发射仪架和三爪信号接收仪架，其特征在于：三爪信号发射仪架包括三爪自动定心卡具单元和信号发射装置；三爪信号接收仪架包括三爪自动定心卡具单元和信号接收装置；信号处理单元实现数据采集和处理；
所述三爪自动定心卡具单元，该单元包括齿轮调控部分及其被调控的、沿周向120°均布的三爪自动伸缩器(4)；齿轮调控部分包括穿过三对三爪自动伸缩器(4)的驱动行星齿轮轴(11)、从动行星齿轮轴(111)和(112)，所述驱动行星齿轮轴(11)、从动行星齿轮轴(111)和(112)分别固定于精密仪表轴承(9)内环内，驱动行星齿轮轴(11)的一端伸出固定于壳体(5)上的端盖(7)，在三爪自动伸缩器(4)的空腔(41)内、驱动行星齿轮轴(11)、从动行星齿轮轴(111)和(112)上分别加工有三对小齿轮(110)、(1110)、(1120)，该三对小齿轮(110)、(1110)、(1120)分别与固定在主轴(24)上的相对于主轴(24)可转动的太阳轮(12)啮合，并且分别同时与安装在空腔(41)内、端盖(7)与壳体(5)配合端面上三个沿周向120°均布的燕尾和矩形组合凹槽(71)上的导轨(31)上的齿条(311)、(312)、(313)啮合，在主轴(24)和端盖(7)之间有键(23)联接；
所述信号发射装置，该装置包括置于主轴(24)端部内腔的半导体激光信号发射器(17)；
所述信号接收装置，该装置包括置于主轴(24)端部内腔的二维PSD位敏传感器(21)。
2、根据权利要求1所述的孔-孔对中仪，其特征在于：
所述三爪自动定心卡具单元还包括骨架油封(15)、孔用挡圈(13)、测量接杆(3)、接杆锁紧卡座(2)、接触杆(1)、水平指示器(25)；所述太阳轮(12)固定有轴承(14)，轴承(14)的外环直接嵌入到太阳轮(12)的凹槽(121)内，轴承(14)的滚动体直接和主轴(24)配合；三个行星齿轮轴(11)、(111)、(112)分别穿过端盖(7)上的通孔(73)，深入到轴承腔体(91)内，轴承(9)装在轴承腔体(91)内行星齿轮轴的两端，外环和轴承腔体(91)间隙配合，轴承腔体(91)的外侧有三个沿周向120°均布的调心螺钉(8)；在所述燕尾和矩形组合凹槽(71)处内有调整板(28)、外有压板(27)、压紧螺钉(26)，所述压紧螺钉(26)穿过压板(27)的通孔(72)拧入到端盖(7)内；所述接杆锁紧卡座(2)是一种左右旋向内螺纹管箍，它联接多功能接触杆(1)、测量接杆(3)和三爪自动伸缩器(4)对应的接头螺纹；所述孔用挡圈(13)卡入凹槽(131)内；所述三对齿轮(110)、(1110)、(1120)为斜齿轮副，各有一大斜齿轮与一小斜齿轮，大斜齿轮与太阳轮(12)啮合，小斜齿轮分别和齿条(311)、(312)、(313)啮合；
所述信号发射装置，该装置包括卡套(16)和微调螺钉(34)，激光发射器(17)装配到卡套(16)的内孔(161)内，卡套(16)卡入主轴(24)内的锁紧凹槽(241)内；
所述信号接收装置，该装置还包括波形弹簧(18)、调整螺钉(19)、信号接收器卡套端盖(20)、卡套(36)、波形弹簧(18)，二维PSD位敏传感器(21)、平垫板(33)装在卡套(36)的凹槽(361)内，卡套端盖(20)和卡套(36)用螺纹联接。
3、根据权利要求2所述的孔-孔对中仪，其特征在于接触杆(1)与测量孔部位的接触方式为线性接触，接触杆(1)的轴向断面形状可为圆形或半圆形、椭圆形，接杆(3)的轴向断面形状可为圆形、椭圆形、矩形，接杆锁紧卡座(2)联接方式为左右旋螺纹卡箍或活络节头或法兰。
4、根据权利要求2所述的孔-孔对中仪，其特征在于三爪自动伸缩器(4)上的导轨为矩形导轨(29)、燕尾形导轨(31)等部件的组合体，也可以是双矩形组合导轨、双燕尾组合导轨。
5、根据权利要求2所述的孔-孔对中仪，其特征在于三爪自动伸缩器(4)的矩形导轨(29)、燕尾形导轨(31)之间有调整块(30)，矩形导轨(29)和燕尾形导轨(31)通过多个螺栓(35)和调整块(30)联接。
6、根据权利要求2所述的孔-孔对中仪，其特征在于信号发射器卡套(16)和主轴(24)配合部分为精密过渡配合，卡套(16)突出部分卡入主轴凹槽(241)内，卡套(16)和半导体激光发射器(17)配合部分有周向120°均布的微调螺钉(34)。
7、根据权利要求2所述的孔-孔对中仪，其特征在于信号接收卡套端盖(20)的轴向端面上有沿120°周向均布的三个调整螺钉(19)。
8、根据权利要求1或2所述的孔-孔对中仪，其特征在于端盖(7)上镶嵌有水平指示器(25)。
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