一種高精度測量儀直線位移裝置的設計

何頻

(九江職業技術學院，江西 九江 332007)

在機械制造與研究工作中，對于精度要求達到微米級或更高要求的測量，通常采用測長儀來完成。為保證測量精度，傳統測長儀的測軸系統一般采用高精度測量主軸，但其結構復雜、裝調繁瑣、笨重且造價高，現采用空氣阻尼原理，設計出一種具有空氣阻尼控制的直線位移裝置，并應用于高精度數顯(鋼球)測量儀和測長儀。

1 傳統測長儀測軸系統的結構

如圖1所示，傳統測長儀主要由測量主軸、測量座、讀數顯微鏡、工作臺和油缸等部分組成[1]。在測量座中裝有可上下移動的測量主軸，作為測量標準的玻璃線紋尺被安置在測量主軸中(圖2b)，測量主軸上端連接鋼帶，經過滑輪后與懸置在油缸中的重錘相連。為避免測量過程中測量主軸因自重快速下降而碰撞被測工件或工作臺面，需要通過油缸、鋼帶及重錘裝置對測量主軸起阻尼緩沖作用。

如圖2a所示，測量主軸沿自身軸線作直線運動時，需由分布在其圓周的3個成為一組的滾動軸承支承和導向(前后共有2組)。為了裝配調試的需要[2]，每套軸承都須安裝在各自的偏心軸上；為防止測量主軸在測量座中轉動，測量主軸還須加工出如圖2b所示的凸形結構，通過安裝在凸形兩側的2套滾動軸承防轉，防轉軸承需通過調整軸承架來控制其與測量主軸凸形兩側面間的間隙(即夾緊程度)。測量主軸作軸向移動時需要松開緊固螺釘，測量讀數時，則需先用緊固螺釘將測量主軸固定。

1—工作臺；2—被測件；3—測頭；4—讀數顯微鏡；5—微調手輪；6—測量座；7—測量主軸；8—滑輪；9—鋼帶；10—油缸座；11—測量軸緊固螺釘；12—光源；13—手柄；14—調節環；15—立柱；16—底座

1—測量軸；2—玻璃標尺；3—防轉滾動軸承；4—銷子；5—軸承架；6—測量軸緊固螺釘；7—支承、導向滾動軸承

可以看出，該測軸系統結構復雜,裝調繁瑣，主要構件加工精度要求高，制造成本較大。測長儀檢定規程對測量主軸在水平和垂直2個方向上的移動直線度要求為不超過15″/100 mm[3]，這也使測軸系統的檢定與調修具有一定的難度[4]。

2 高精度數顯測量儀工作原理

如圖3所示，高精度數顯測量儀主要由測量工作臺、光柵位移傳感器、數顯裝置等3部分組成。工作臺安裝在底座上，立柱固定在底座的一側，支架由鎖緊手輪固緊于立柱上，傳感器裝夾于支架上。傳感器測桿的上端與直線位移裝置連接，通過直線位移裝置來控制測桿上下移動的速度和直線度，以保障測量精度。測量時，調整限位調整環使測桿下端的測帽與工作臺接觸，將數顯裝置清零，使當前位移傳感器顯示值為零，將被測件放置于測帽和工作臺之間，即可進行直接測量。

1—直線位移裝置；2—連接桿；3—光柵位移傳感器；4—支架；5—測桿；6—被測件；7—工作臺；8—底座； 9—立柱；10，12—鎖緊手輪；11—限位調整環

3 直線位移裝置設計

3.1 設計思路

為使直線位移裝置的結構簡化，且又能滿足高精度測量儀對其在直線位移過程中的各項要求[5]，采用空氣阻尼控制的原理，并利用測桿-活塞-氣筒的組合，使測量過程中裝置作直線位移時能夠平穩、順暢，以提高測量的穩定性和準確性。

3.2 裝置特點

如圖4所示，在氣筒中設一滑行活塞，測桿與活塞底端連接。為保證高精度測量對測桿在直線位移過程的要求，測桿與活塞底端采用活絡關節連接桿密封連接。在活塞上、下各設一氣室(A，B)和氣閥調節機構，氣閥調節機構包括氣閥座、鋼球和2個氣孔(M，N)。氣閥座的中央為導氣孔M，其頂部為錐形，上部有1個鋼球；氣筒頂部的中間為出氣孔N。

1—測桿；2—氣筒；3—活絡關節連接桿；4—活塞；5—氣閥座；6—氣筒頂部；7—鋼球；A，B，C—氣室；M—導氣孔；N—出氣孔

當測桿上升頂著活塞向上快速直線運動時，氣室A的空氣來不及通過活塞與氣筒壁向氣室B交換，A室的空氣頂著鋼球離開錐形座，并通過氣孔M沖到氣室C，再通過氣筒頂部的氣孔N向外排，從而起到使測桿上升速度得到控制的作用；當測桿下降時，鋼球落在錐形座上，空氣只能從活塞外壁與氣筒內壁間泄漏，從而使測桿克服自重而實現平穩的下降。

4 應用效果

應用該直線位移裝置的JC系列高精度數顯測量儀與傳統測長儀的技術指標對照見表1。由表1數據并經實際使用證明：該具有空氣阻尼控制的直線位移裝置相對傳統測長儀的測軸系統，可使儀器測桿的上下運動更加平穩、順暢，運動速度更加均勻，從而使應用該直線位移裝置的JC系列高精度數顯測量儀比傳統測長儀的計量性能更加穩定、可靠，更能適應高精度測量。

表1 JC系列高精度數顯測量儀與傳統測長儀主要技術指標對比

5 結束語

該直線位移裝置相對傳統測長儀的測軸系統具有結構簡單、緊湊，使用方便，直線位移控制性能穩定、可靠等特點，滿足了高精度測量儀器對直線位移裝置的使用要求。因此，具有良好的實用性與推廣性。