一种型面联接贴合面几何参数测量仪

1、一种型面联接贴合面几何参数测量仪1型面联接机构几何参数测量技术现状型面联接机构是一种无键联接动力传输技术，联接面采用完整的圆锥 度面或圆柱面，没有键槽等容易引起联接部应力集中的局部突变型面，适 应于大扭矩动力传输。由于具有过载自动脱落的特点，机构运行故障率相 对较低，安全性能好，在轨道交通、航海等重载荷安全性能要求高的领域 应用广泛。地铁列车万向架的联轴节采用锥度型面联接机构，由于长期服 役，联轴节的贴合面会出现磨损，卸装后一般都有划痕存在。根据联轴节 检修标准，联轴节型面贴合面划痕深度大于0.2mm,贴合面的贴合率小于85%联轴节将不能继续使用。联轴节型面贴合面划痕深度、圆型度及贴合率是机构

2、检修时测量的几 个重要几何参数。现有的检测型面贴合面划痕深度及圆型度的方法是采用 加探针的千分表进行测量，单点测量数据可以达到0.02mm。但存在测量速度慢、易受操作人员主观因素影响等缺陷。现有的贴合率检测采用标准 型面涂料研磨的方法。涂料工厂一般采用机油与红丹粉的混合物。将涂料 涂于标准面型上后与待测件进行研磨，目视观测待测件上粘的涂料区域， 判断贴合率的大致范围。这种方法不能准确地获得测量结果，不能实现测 量的数字化。本测量仪器应用高精度位移传感器获得型面点位置信息，应 用显微成像系统准确定位测量点的位置，通过高精度的数据采集与分析系 统，实现测量数据的解算。测量仪器与型面之间通过定置的机

3、构实现支 撑，实现型单点位移信息快速测量。通过对测量数据分析，可以准确地获得型面划痕深度、圆型度，同时可以对其他方面测量的贴合率数据进行检 验。实现型面联接贴合面几何参数高速数字化测量。2 一种新型型面联接机构贴合面几何参数测量仪2.1 测量技术方案测量仪采用高精度位移感器与显微视觉系统辅助观瞄技术相结合，应 用高精度位移传感器获取空间位置信息，应用显微光学系统进行辅助观 瞄，实现了对检测对象点的高精度及位置信息获取，可以有效突破现有检 测技术定位不准，检测精度低的缺陷。对轴类、套孔类零件圆形度及划痕 深度等工业现场具有较强的适应性。检测仪器仪的总体方案如图1所示，系统由高精度位移测量模块、显

4、 微观测模块，数据采集处理电路及机械结构几部分组成。高精度位移测量 模块由高精度位移传感器和测量探针组成。为了确保探针具有足够长的使 用受命，仪器所使有的探针采用硬质合金材质，探针与高精度位移传感器 的运动单之间应用硬质塑料或胶木板材质的工件联接。显微观测模块由显 微镜头、CCD及液晶显示屏组成。CCD与液晶屏之间采用视频信号进行 图像信号传输。数据采集模块采用 ARM单片机系统，采集来自高精度位 移传感器的数据，通过软件及硬件抗干扰技术，滤除输出信号波动因素， 获得高精度的数据采集结果。同时进行数据解算，将测量数据转换成工件 表面轮廓数据。机械结构包括主框架及支撑机构两部分，主框架完成检测

5、仪器两部件的固定并采取最小化设计方案，使测量仪器尽可能地便捷。不 同测量对象，通过对支撑机械具有针对性的设计方案，提高测测量仪器的 适用性。2.2 测量装置关键技术2.2.1 仪器主要组件选择检测仪关键组件是高精度位移传感器和定焦显微镜头。选取的高精度 位移传感器为AML-M微型LVDT位移传感器，AML-M系列属于LVD 丁 位移传感器，它采用紧凑设计，体积小；不锈钢材质，结构坚固，性能稳 定；广泛应用于工艺厂、造纸厂和工业控制位移测量领域。产品提供不同 的封装尺寸，支持一系列通用仪表，方便工程师快速、精确的选择应用。 仪器的技术参数如下：量程：± 0.5mm,非线i误差0.5%非

6、重复性误差0.1%输出信号5001mV/mm。将硬质合金探针与位移传感器的移动芯用 金属绝缘体联接，作为测量仪的测量端。（表1）2.2.2 基于ARM单片机的数据采集处理与显示系统数据采集处理与显示系统功能包括微位移传感器输出信号采集，采集 数字滤波，采集数据解算等。根据检测仪的测量精度要求（0.02mm）,液品显示测量结果指标： 模拟电压采样的重复性误差 5mV;位移测量 的分辨率为1um。系统由arm控制器、高精度ad采样模块、液晶显示 模块和通信接口组成，系统结构框图如图2所示。系统运行的流程：系统检测检测触发按钮的状态，当检测到按钮按下 时，等待按钮（非自锁的按钮）弹起，然后触发一次测

7、量流程。对位移传感器输出的模拟电压进行采样。以 1ksps的采样率多次采 样，然后使用数字滤波算法抑制信号的噪声。根据传感器的输入输出特性 计算位移量，并把位移量显示在液晶。AD转换及数据采集在程序开始时经过初始化后，设置各个通道界限值，然后通道号置为 0,采集次数也置为0,就保证了采集次数和通道的开始是正确的，启动数据采集，直到采样位数达到4096位时停止。继续准备下一次采样。3检测仪的装配与测试在仪器调试过程中，测量仪供电系统及视频抗干扰等方面均需进行设 计。经过装配测试，视频的干扰信号主要是供电系统引起的。考虑到仪器 开发过程价格因素，所选购的液晶显示效果易受供电系统干扰。经测定， 当液

8、晶显示模块的供电电压降至 5.0V以下时，视频干扰降至最小，视频 观测效果得到改善。位移传感器的有效测量范围是 1mm ,显微系统测量范围为 2.4*1.8 , 景深为0.51mm o为了确定位移传感器与显微系统最佳的装配位置，先将 雪橇机构安装好，置与联轴节轴上，在位移传感器有效工作范围内，确定 位移传感器的安装位置。当位移传感器安装好后，将显微镜头插入主框架 安装孔，调整显微镜头，在液晶显示屏上，以清晰地观测到测量针为准， 加固主框架下镜头的加固顶丝，完成仪器主框架的安装。最后将仪器骑在 轴上，调整显微镜头同轴照明光照强度，使检测仪器能够清晰地观测到轴 类零件表面。（图3）图3 （a）测量

9、仪测量手执部分。当进行测量时，将测量仪骑在被测 型面表面并移动，即可获得型面多点的空间位移数据。数据由单片机系统 进行采集处理及显示，将被测型面划痕深度及圆形度等测量结果直接显示 出来。应用Keyence公司的LK-G30位移传感器（测量范围10mm,线性度±0.05和所开发的测量仪对标准量块进行对比实验，对比分析可得测量 仪器在0.01mm位数上的读数与LK-G30传感器相同。从而测定了测量仪 器的单点测量数据的精确度可以达到0.01mm o通过实验确定了仪器的测量范围为0.9mm。仪器的测量精度高于型面联接机构单点测量0.02mm的技术要求，仪器的测量数据精度是符合型面联接检测标准的。4结论应用高精度位移传感器获取型面联接机构贴合面表面点的位置信息， 定焦显微成像系统确定测量点的位置，可以高速高精度地获得型面机构贴 合面一系列点的位置测量数据，然后通过高速数据采集与处