位移误差检测系统

三：分子泵整体涡轮转子加工装夹精度自动检测装置的设想

现阶段对于涡轮转子的加工装夹过程是这样的，将涡轮转子毛坯安装在铣床分度盘上，一端用螺母固定（如图3）。此时涡轮转子毛坯的轴线与分度盘旋转轴线存在偏差 。操作工人手动控制铣床使分度盘旋转一周，凭借经验利用安装在工作台上的百分表观察转子毛坯偏心位置及偏心距，再用木槌敲击偏心位置使偏心距减小，控制偏心距小于30微米，即[e]≤30μm 。

图：3涡轮转子装卡示意图 1：分组盘 2：涡轮转子毛坯 3：垫片 4：螺母

机械式百分表的工作原理是这样的，百分表的测量杆前端与需要测量的工件接触，后端与百分表内部齿轮系相连接，当工件出现位移变化时测量杆会将位移传递给齿轮系，通过齿轮系将位移放大，由连接在齿轮系放大端的指针将放大化的位移显示在刻度盘上。（如图：4）

图：4 百分表工作原理图 1：测量杆； 2，3，4，6：齿轮 7：弹簧； 5：指针

使用百分表对涡轮转子装夹精度进行检测的过程不但对操作工人的经验要求很高，装卡精度也难以得到保证，而且相对于高速旋转的涡轮转子，偏心距控制在30μm以下已逐渐不能满足生产上的需要。造成这种情况的主要原因是现有的装夹精度检测装置比较落后，现有的机械式百分表测量精度为0.01mm，有时会产生超过或滞后误差，而且读数不方便，不能直观显示偏心位置。（参图5）

图：5 机械式百分表工作图

为解决以上问题，我们设想在原有百分表基础上将其改装，使之成为既智能又具有高精准度的自动检测装置。

具体设想是，将机械式百分表的齿轮系部分去除，在原有百分表测量杆上安装磁栅位移传感器。（如图：6）

图：6 磁栅传感器示意图

利用磁栅与磁头的磁作用进行测量的位移传感器。它是一种新

型的数字式传感器，成本较低且便于安装和使用。当需要时，可将原来的磁信号（磁栅）抹去，重新录制。磁栅传感器的分辨率很高，可达到1—5微米。磁栅式传感器由磁栅、磁头和检测电路组成。磁栅是在不导磁材料制成的栅基上镀一层均匀的磁膜，并录上间距相等、极性正负交错的磁信号栅条制成的。图中N│N 和S│S分别为正负极性的栅条。磁头有动态磁头(速度响应式磁头)和静态磁头（磁通响应式磁头）两种。动态磁头有一个输出绕组，只有在磁头和磁栅产生相对运动时才能有信号输出。静态磁头有激磁和输出两个绕组，它与磁栅相对静止时也能有信号输出。

将普通百分表的齿轮系部分去除，在壳体内安装带状磁栅尺和微型磁头。（参图：7）

图：7 改装百分表设想图 1：探头 2：磁栅尺 3：微型磁头 4：百分表壳体 5：探测杆

初步设想将磁栅尺安装在探测杆5上，微型磁头3安装在百分表壳体4上。因为探头1与测量工件相接处又与测量杆相连，当探头有位移时，测量杆5与安装在测量杆上的磁栅尺也随之出现位移，又因为磁头是安装在百分表壳体上处于相对静止状，所以磁栅尺与磁头出现相对位移，输出位移信号。

将磁栅位移传感器采集到的位移信号由处理器进行信号处理，最终以曲线图形式显示在电脑屏幕上，（如图：8）竖轴代表位移的

图：8 位移信号经处理器处理后的曲线图

的大小，横轴代表转子旋转的角度。如此装夹工人可以直观的观察到在装夹过程中转子最大偏心的准确位置。

四：课题优点与难点

此分子泵整体涡轮转子加工装夹自动检测装置，可连续收集位移信号并加以处理，形成直观曲线图，便于现场工人观察及精度调整，精度较传统百分表有较大提高，（可控制在1—5微米）由于将涡轮转子加工精度提高，所以直接缩小转子的偏心距，对优化涡轮转子动平衡及减小对分子泵轴承动反力都有较好效果。

难点：

1：选用合适的磁栅传感器，既要保证精度，便于收集位移信号，又不可体积过大。

2：信号处理过程相对比较复杂。