轴对中测量方法与仪器与流程

1.本发明涉及联轴器对中技术领域，具体是一种轴对中测量的方法与仪器。


背景技术：

2.联轴器的对中找正，是大多数旋转机械安装维护的重要步骤。对中找正时，需要测量联轴器的径向误差与轴向误差（或轴线的角度误差）。
3.传统的联轴器对中测量，通常采用三点测量法，采用磁力表座和百分表，百分表安装在磁力表座的表杆上，将磁力表座吸附在主动轴一侧的半联轴器上，百分表的触头与从动轴一侧的半联轴器的圆柱表面垂直接触，调整指针使百分表指示为0或记录零点，初始位置记录为0
°
位置；使主动轴与从动轴同步转动90
°
，磁力表座和百分表也随之转动，记录转动90
°
时百分表的读数；使主动轴与从动轴再按照相同的方向转动至180
°
位置，磁力表座和百分表也随之转动，记录转动180
°
时百分表的读数；计算判断主动轴的中心线和从动轴的中心线径向误差。将百分表的触头与从动轴一侧的半联轴器的轴端面（或延伸出来的辅助端面）垂直接触，采用同样的方法可得到轴向误差。由于百分表需要跟随转动90
°
、180
°
，测量时读数很不方便，手工计算也很繁琐。
4.通用的激光对中仪采用线性图像传感器进行测量，通常采用两组激光发射与接收装置进行测量，根据两组激光的角度与位置计算径向误差与轴向误差。激光对中仪的新型产品已实现传感器与显示操作屏幕的无线数据传输，使用比较方便，可以提高对中效率，市场价格也较高。激光对中仪的测量过程一般也采用三点测量法，部分仪器可以通过多点测量，可以在转动较小的角度的情况下计算出对中偏差。
5.除了上述通用的技术，中国专利申请201922494135.9提出了两个采用激光测距传感器测量径向误差与轴向误差的联轴器对中装置。中国专利申请201911161878.2提出了两个采用涡流传感器的对中状态测量系统，优点是涡流传感器可以测量转动中的轴系的对中情况。中国专利申请201910566602.6提出了基于手机app的旋转设备对中系统及其使用方法，采用近距离无线通讯模块将测量仪表的结果传到手机app中进行计算与显示，实现与激光对中仪类似的效果。
6.总之，现有技术都采用两个或两组传感器分别测量径向误差与轴向误差，相对较复杂。


技术实现要素：

7.本发明提出了采用一个平面图像传感器同时测量径向误差与轴向误差的光学测量方法，具体技术方案包括：完整的测量仪器由分别固定在主动轴与从动轴上的平面图像传感器与图案平板、固定附件、数据传送单元、平面图像传感器的信息处理与显示操作单元（包含电源）。其中，根据光学测量方案的不同，图案平板与联轴器的轴线大致同平面或垂直，设计合理的平板图案由光学系统成像到平面图像传感器，或由激光投射装置投射到平面图像传感器，平面图像传感器的图形数据被数据传送单元传到信息处理单元，通过图形
识别计算，可以计算出平板图案与平面图像传感器的相对位置，可以得到前后、左右、上下三个方向的相对位置尺寸。由于轴对中仪器在应用时一般只需要测量两个方向的相对位置尺寸，实际仪器中也可以只选取需要的两个方向的尺寸数据。通过优化设计图案、光学系统与图形识别计算方法，可以提高测量精度，同时减少计算工作量。
8.图案平板与光学成像系统也可以用激光投射的方法代替，即采用激光投射装置将图案直接投射到平面图像传感器上，达到与图案平板与光学成像系统类似的效果。
9.采用本项技术的仪器在实际使用时，与激光对中仪的操作过程基本相同，通常采用三点测量法，将仪器的平面图像传感器与图案平板分别固定在联轴器两侧，平面图像传感器跟随联轴器的一端运动，平面图像传感器跟随联轴器的另一端运动，缓慢转动联轴器，分别在轴转动的0
°
、90
°
、180
°
、270
°
四个方向中的三个点进行测量，通过计算可得到各测点的径向偏差与轴向偏差。
10.带有光学成像系统的平面图像传感器，典型的例子是由摄像头与遮光罩、调节机构组成。在本项技术应用时，某些情况下也可以设计为小孔成像的结构。采用激光投射的方法直接将图案投射到平面图像传感器，也是替代镜头的一种方案。
11.本项技术的优点有：采用平面图像传感器可以同时获得轴向与径向的位置信息，采用的传感器数量少，可靠性较高；现有的平面图像传感器技术成熟，典型的平面图像传感器做成的摄像头应用广泛，成本较低；平面图像传感器配套的技术比较成熟，在现在常见的各种软硬件平台都容易实现，如单片机开发平台、linux开发平台、安卓开发平台、苹果ios系统平台、windows平台实现；平面图像传感器测量属于多点同时测量技术，测量精度可以达到图像传感器的0.1倍像素尺寸，实际应用中可以轻松实现不对中偏差优于1微米的测量精度。
12.在采用平面图像传感器同时测量径向位移与轴向位移的同时，还可以在面图像传感器附近设置方向传感器，对图像传感器所处的角度进行检测，在采用三点测量法时，可以自动在正确的角度位置采集位置数据。方向传感器应该能够提供倾角数据用于水平轴的对中测量，提供方位角数据用于垂直轴的对中测量。实际的方向传感器往往还可以提供加速度、角速度等信息，这些信息如果在轴对中仪被合理运用，可以提升测量精度与用户体验。如果同时检测采集平面图像传感器与方向传感器的数据，可以得到多点扫描检测的结果，在一些被测轴旋转困难的应用场合可以发挥作用。
13.轴对中仪的电源也是仪器必不可少的部分，通常由充电电池与电源管理装置构成。仪器的外壳要有适合应用环境的防水、防尘、防摔、防爆等技术措施，由于这部分不涉及创新技术，这里均不做描述。
附图说明
14.图1是轴对中测量仪器的示意简图。图1 中，1为需要对中的主动轴；2为固定座，其中的紧固件、位置调整机构均省略未画出； 3为装有平面图像传感器和方向传感器的测量组件，该组件可以将测量数据通过有线或无线数据传送单元传送到信息处理与显示操作单元； 4为图案平板； 5为图案平板的固定座，其中的紧固件省略未画出； 6为需要对中的从动轴。
具体实施方式
15.为了便于理解本项技术，在这里绘制了一种具体实现的简图，见图1。现结合图1做进一步的具体实施方式说明。
16.作为本项技术的一个应用举例，图1仅对本技术的关键点做了简化描绘，实际的对中仪器还包括信息处理与显示操作单元，它可以通过有线或无线数据传送单元获取测量组件3的测量数据（角度数据与图像数据）。信息处理与显示操作单元通常是便携式的嵌入式系统，可以采用单片机、单板机，带有触摸屏的彩色显示屏，能够实现设备信息录入与储存、以及与管理信息系统联网交换数据的功能。对应的软件平台可以是单片机级的freertos、ucos之类，也可以是linux、android、ios、wince等嵌入式系统。
17.图1中的平面图像传感器3采用通用摄像头的平面图像传感器，其中的镜头需要特殊设计，以便能够在很近的距离使图案平板4上的图案清晰地成像在图像传感器上。图案平板4上的图案，在图1中为正方形是为了便于理解与画图清楚，是实际图案的简化，在实际应用中可以根据图像传感器的算法不同选择更复杂、更能精确的得到测量数据的其他图案。
18.如图1中所示的方案，在测量时，图案平板4上的正方形图案在图像传感器中形成图像数据，它包含了正方形的大小、在图像中的位置、角度等多方面的位置信息，通过信息处理与显示操作单元中的计算处理，可以得到图案平板相对摄像头的左右、上下、前后三个方向的位置尺寸数据。在测得图示的位置的尺寸数据后，再旋转90
°
、180
°
继续测量两个位置，即可用三点测量法得到主动轴与从动轴的径向水平与垂直偏差、轴向水平与垂直偏差。
19.本例子只是为了说明本项技术方案具体实施的方式而做出的简化案例，实际实施过程中可以有很多种变化，图像传感器的数据计算可以设计为在测量组件3中完成，测量组件3直接输出各种尺寸数据与角度数据；数据传送单元可以采用无线传输或有线传输。另外，作为仪器，显然还需要电源驱动，通常还有充电电池与电源管理系统。