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激光对中仪应用于联轴器对中的原理

【摘要】:
激光对中仪是一种用来调整两个相连设备的相对位置 , 确保该组设备的相对位置符合设计要求的一种测量仪器。

激光最大的特点是具有方向性和单色性。方向性是指激光从激光发生器发出后光束散角极小 ,基本沿直线传播 , 到达接受器能量不损失 ; 而单色性则指发出的光波波长单一,易被接受器辨别,不受外界光干扰。激光对中仪正是应用了激光的这两大特点。激光对中仪不仅精确度高,而且方便灵活,节省时间。

激光对中仪一般采用 635 ~ 670nm 波长半导体红色激光 , 下图给出了激光对中设备的示意图 ,在 A 轴和 B 轴上各装上能同时发送和接受激光束的测量器 , 并通过信号线与主机设备相联。

光束从两只分别装在 A 、 B 轴上的测量器各自发出 , 并被对方接受。当光束落在接受器的光电点阵采集面 CCD 上时 , 便形成一个很小的照射区域 ;主机经过计算 , 确定这个照射区域能量中心点 , 它具有很高的精度。随着轴的转动,各自光束的能量中心点也分别在对方接受器的 CCD 采集面上位移。激光对中仪便是根据这种位移量计算出被测设备的轴偏差和角偏差的。

 

为了便于研究 , 笔者将激光对中仪的工作过程简化如下图 所示 , 并仅研究其在一个平面内的偏差分量。

A 和 B 为两个被测轴的轴心线 , 测得两只测量器间的距离为 S ; δ为两轴联接面处的轴偏差 , 通常是两测量器间的中点 ; α为两轴间的角偏差。两轴经过 180 °的翻转 , 其上的激光测量器便从如图的上半部分分别移至两轴的下半部分 , 这时激光束分别在对方接受器的 CCD 采集面上发生位移 , 设其径向分量为Δ A 和Δ B , 不难算出 , 角偏差与径向位移分量存在如下关系 :

接下来我们再来寻找轴偏差与径向位移分量的关系。假设 B 轴作平移 , 使两轴在中点处重合,不难分析 ,Δ A 和Δ B 将分别变为Δ A - 2 δ和Δ B +2 δ cos α ; 根据对称原理,应有 :

从以上分析可以看出 , 激光对中仪的测量值仅与对方接受器 CCD 面上光束能量中心位移的径向分量有关。由式 (1) 可知 ,角偏差任何微小的变化都可以从Δ A + Δ B 的变化中感觉到 , 而千分表是无法做到的 ; 式 (2) 则说明了当角偏差很小时, cos α= 1 , δ= (Δ A - Δ B) /4 , 更显其精确性。

 

值得一提的是 , 大多数激光对中仪能精确地测出轴偏差和角偏差外,将设备地脚垫平点距测量器的距离 S 1 、 S 2 输入后, 还能计算出各地脚具体的垫平值及平移值 , 极大地提高了效率。