光学式液压缸测量方式以及试验验证

　　这篇光学技术论文发表了光学式液压缸测量方式以及试验验证，提高液压缸的直线度测量水平对提高其质量和性能具有重要作用，那么该如何提高液压缸的直线度测量水平呢?论文通过试验的方法，使用不同直径的缸筒进行测量，以下是论文的详细探讨。

　　关键词：光学技术论文投稿,液压缸筒,直线度

　　前言

　　缸筒深孔作为与活塞圆柱面直接接触的关键形面，其直线度对液压缸的正常工作具有重要影响，若其直线度偏差过大，则工作过程中活塞会严重偏磨，液压缸抖动明显[1]。所以，对于中长度液压缸缸筒，生产过程中的直线度测量对提高液压缸的使用性能，降低废品率具有重要意义。对于液压缸筒目前采用的感应片式应变片测量法及杆臂测量法等直线度测量方式，由于缸筒深孔空间的局限性，无法进行有效测量，且装置制造成本过高，不能满足实际生产现场的使用。因此，文中运用激光跟踪仪的光学测量原理，设计深孔测量装置，对长液压缸缸筒的直线度进行测量，并将其测量结果与三坐标测量仪测量结果进行比较。

　　1测量方式与测量装置

　　激光跟踪仪的光学测量原理为：将缸筒内孔轴线视为由n个等间距截面圆的圆心构成的空间曲线，各个圆心点与圆上点固连，通过截面圆的任何一点均可表示圆心点相对变化率[2]。由此可知缸筒直线度测量过程为：(1)结合激光测量与无线传输技术，获得圆上点坐标;(2)通过最小二乘法对圆上点进行计算分析，得出空间准轴线的方程表达式;(3)通过轴线得出圆柱面，该圆柱面囊括所有圆上点，圆柱面直径即为缸筒直线度误差[3]。

　　由此设计的液压缸筒直线度测量系统如图1、图2所示。该系统由步进电机、运载机构、支撑机构、牵引机构、光敏元件PSD、检测单元、主机、被测缸筒及外部激光器组成[4]。系统中，运载机构在步进电机的牵引下沿液压缸缸筒移动;支撑机构对缸筒起支撑作用;内孔信息通过运载机构传递与光敏元件PSD;通过对比外部激光与内孔信息相对变化位置，可获得缸筒内孔直线度;通过蓝牙将直线度信息传递与主机供测量人员读取。运载机构内孔信息传递的准确性对整套装置的测量精度具有重大影响，因此文中对运载机构进行重点设计研究。

　　2运载机构设计

　　综合考虑缸筒直线度测量系统结构及运载机构对内孔自适应性，运载机构的设计如图3所示。运载机构在孔径变化自适应过程中，3组圆周均匀分布的滚轮-弹簧机构将内孔信息传输与测量部分。运载机构的空间姿态受作用力影响，其受力与空间姿态关系图如图4所示。定义姿态角ϕ0为滚轮轴心与运载机构轴心连线方向和竖直方向所形成的夹角，当ϕ0=0时，运载机构为常规移动姿态，测量准确;当ϕ0≠0时，运载机构为非常规姿态，存在误差，需对运载机构空间姿态进行分析。

　　分析直线度测量方式可知，运载机构测量结果不受沿孔轴线位姿的影响，而受沿孔轴线周向转动影响较大，主要与以下因素有关[5]：(1)滚轮磨损;(2)制造及安装误差;(3)缸体加工误差。因素(1)可通过改善滚轮材料进行避免;因素(2)可通过提高重要组成部件的制造和安装精度避免;因素(3)可通过优化运载机构的结构形式避免[6]。

　　缸体深孔加工主要要求为直线度、平行度、直径公差、圆度及粗糙度等[7]。其中，平行度反映轴线与侧母线的平行程度，直径公差主要对各个横截圆面直径形成影响，粗糙度为内深孔表面光滑度的反映[8]，以上三个加工要求对缸体直线度影响均较小，所以文中主要从圆度误差对运载机构沿轴线周转影响情况方面进行分析。当液压缸体内深孔截面为非圆面时，则如图5所示，内孔和运载机构接触点外接圆与内孔表面不重合。图5中，虚线为截面各个接触点外接圆，实线为缸体内深孔圆截面。设Fn1为接触点A11的法向约束力，由于内孔非圆形状的影响，法相约束力与外接圆中心O有所偏离，Fn1指向中心的径向分量为Fe1，其为截面在A11处内接触点外接圆法向力，切向分量为Fr1。文中设运载机构姿态角的增量为Δϕ，外接圆的半径为R。

　　3试验验证

　　文中分别通过设计设备与三坐标测量仪对内径为230mm、长度为3000mm、直线度要求为0.15mm的10根缸体进行内深孔测量，测量结果如图6所示。经测量，由图6可知，光学式液压缸直线度测量装置的测量偏差小于0.005mm，误差率小于10%，仅为3.3%。由此证明所设计装置有效，且满足实际生产需求。

　　4结论

　　文中运用激光跟踪仪的光学测量原理，设计深孔测量装置，并通过实验对比对长液压缸缸筒进行直线度测量。由此可得出以下结论：(1)对于运载机构，可通过提高加工、安装精度，滚轮选为球面，抑制运载机构在测量过程中的周向转动;(2)通过对长液压缸体内深孔直线度的对比实验可知，设计装置测量偏差小于0.005mm，误差率小于10%，满足实际生产所需。

　　参考文献

　　[1]余广,曾良才,毛阳,等.液压缸活塞表面微条纹织构摩擦性能数值分析[J].武汉科技大学学报,2015,38(6):436-439.

　　[2]黄风山,宋海生,卞伟,等.基于激光跟踪仪的风电轮毂精度现场检测方法[J].机床与液压,2016,44(19):8-11.

　　[3]冯祝雷,李明,丁海东.激光跟踪仪高精度测量运动物体位姿的研究[J].激光技术,2016,40(3):436-440.

　　[4]董登峰,周维虎,纪荣祎,等.激光跟踪仪精密跟踪系统的设计[J].光学精密工程,2016,24(2):309-318.

　　[5]王足生,李瑞生.对液压缸活塞的改进设计[J].液压气动与密封,2015,35(9):12-13.

　　[6]丹慧芳.液压支架缸体内孔的加工工艺系统分析[J].机械工程师,2015,(7):162-163.

　　[7]杜洋,高志山.使用高精度三坐标测量仪实现透镜定中心[J].光学精密工程,2015,23(3):639-644.

　　[8]曹玉环.一种小直径钢质液压缸筒的加工方法[J].液压与气动,1998,(4):5.

　　作者：董宏伟 单位：山西大学 物理与电子信息学院

　　推荐阅读：《杭州电子科技大学学报(社会科学版)》是由杭州电子科技大学主办、浙江省教育厅主管的综合性学术刊物。

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