專利名稱：一種表面毛刺微差測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種表面毛刺微差測量裝置，尤其是基于磁性液體應(yīng)用的表面毛刺微差測量裝置。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代科技的不斷發(fā)展，對設(shè)備精度要求越來越高，而表面粗糙度的大小，對機(jī)械零件的使用性能有很大的影響，表面粗糙度的大小會(huì)急劇影響零件的耐磨性。表面越粗糙，配合表面間的有效接觸面積越小，壓強(qiáng)越大，磨損就越快。此外，零件的表面粗糙度還會(huì)影響配合性質(zhì)的穩(wěn)定性、影響零件的疲勞強(qiáng)度，以及零件的抗腐蝕性能等等。隨著現(xiàn)代科技對測量技術(shù)要求的不斷提高，對微差壓傳感器在微流量測量、泄露測試、潔凈間監(jiān)測、環(huán)境密封性檢測等高精度測量場合的應(yīng)用越來越廣泛。目前，位移、壓差傳感測量設(shè)備主要是阻尼式和電容式兩種，由于存在微米級應(yīng)變膜厚度的精確控制問題，制造難度相當(dāng)大，均勻性，重復(fù)性差的現(xiàn)狀，開發(fā)一種低成本、高精度、性能優(yōu)異、可重復(fù)使用的的微差傳感裝置具有良好的應(yīng)用前景。近些年，國內(nèi)外研究人員開始對磁性液體進(jìn)行研究，現(xiàn)在磁性液體已經(jīng)廣泛應(yīng)用于磁性液體密封、磁性液體阻尼器、磁性液體傳感器等領(lǐng)域。而磁性液體的研究發(fā)展，為微差傳感裝置的研發(fā)提供了新的機(jī)遇，憑借此材料的獨(dú)有特性，可以制作出具有高線性度、高靈敏度、高精度、結(jié)構(gòu)簡單、成本低以及長壽命等優(yōu)點(diǎn)的磁性液體表面微差測量裝置。但是從目前可檢索的國內(nèi)外文獻(xiàn)資料中可以看出，國內(nèi)還沒有實(shí)用性的磁性液體微差傳感裝置研制成功，并且現(xiàn)有的研究都不具有精確的位移給定裝置，因此研制一款帶有精確位移給定裝置的一種磁性液體表面微差測量裝置具有重要意義。

實(shí)用新型內(nèi)容為了實(shí)現(xiàn)微形變、微位移的精密測量，本實(shí)用新型提供了一種表面微差測量裝置，采用的是螺線管式差動(dòng)變壓器的工作原理，其核心部分是可變互感，利用磁性液體能產(chǎn)生感應(yīng)磁場的性質(zhì)，通過外界壓力變化作用時(shí)，磁性液體的流動(dòng)，導(dǎo)致的線圈互感的變化實(shí)現(xiàn)微差的測量。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種表面微差測量裝置由精確位移給定裝置和微差測量裝置兩部分組成，主要包括機(jī)身，X軸平移導(dǎo)軌，Y軸平移導(dǎo)軌，測量針，壓桿，壓力表，密封圈，氣缸，活塞，法蘭，氣管，密封塞，激勵(lì)電源，U形管,磁性液體,激勵(lì)線圈，感應(yīng)線圈，電壓表，電壓輸出口。所述精確位移給定裝置由機(jī)身，X軸平移導(dǎo)軌，Y軸平移導(dǎo)軌，測量針，壓桿，壓力表，密封圈，氣缸，活塞，法蘭，氣管連接組成。其特征在于，所述X，Y軸平移導(dǎo)軌設(shè)置在機(jī)身上，用于實(shí)現(xiàn)工件的固定，以及位置的平移，同時(shí)Y軸平移導(dǎo)軌上設(shè)置磁性工作臺，用于吸附待測工件。所述測量針測量工件表面特性，通過壓桿壓縮氣缸，所述壓桿一端固定于測量針，另一端通過法蘭固定在活塞上，使得壓桿運(yùn)動(dòng)時(shí)能夠帶動(dòng)活塞在氣缸內(nèi)上下運(yùn)動(dòng)。所述活塞上設(shè)有密封圈，可實(shí)現(xiàn)密封和精確氣壓的進(jìn)給。所述活塞將氣缸內(nèi)部氣體壓縮，壓縮氣體通過氣管導(dǎo)入至微差測量裝置。所述微差測量裝置由U形管和測量電路組成，主要包括密封塞，激勵(lì)電源，U形管，磁性液體，激勵(lì)線圈，感應(yīng)線圈，電壓表，電壓輸出口。所述U形管中注入一定的磁性液體，磁性液體具有超順磁性，用磁性液體作為磁芯，可使得磁場更加穩(wěn)定。所述U形管兩端均勻密繞兩個(gè)長度相等的同軸線圈，兩個(gè)內(nèi)部線圈的匝數(shù)均為NI，兩個(gè)外部線圈的匝數(shù)均為N2，將兩端的內(nèi)部線圈串聯(lián)作為激勵(lì)線圈，兩端的外部線圈反向串聯(lián)作為感應(yīng)線圈。所述U形管一端連接著精確位移給定裝置。所述測量電路由激勵(lì)電路和感應(yīng)電路組成。所述激勵(lì)電路由激勵(lì)電源和激勵(lì)線圈連接組成，激勵(lì)線圈產(chǎn)生激勵(lì)磁場，利用U形管中磁性液體的超順磁性，可以使得磁性液體產(chǎn)生穩(wěn)定的磁場。所述感應(yīng)電路由感應(yīng)線圈和電壓表連接組成，用于U形管里磁性液體產(chǎn)生的磁場中感應(yīng)由電場，并測量感應(yīng)電路中的電壓值，從而計(jì)算出輸入的壓力值。本實(shí)用新型一種表面毛刺微差測量裝置采用螺線管式差動(dòng)變壓器的工作原理，其核心部分是可變互感，利用磁流體兼具磁性和流動(dòng)性的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)微變位移的測量，基于磁性液體的高靈敏度和高線性度，微差傳感裝置結(jié)構(gòu)簡單，精確測量微米范圍內(nèi)的微小形變。
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明

圖1為本實(shí)用新型一種微差測量裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為微差測量裝置細(xì)節(jié)示意圖。如圖1、圖2所示，設(shè)備結(jié)構(gòu)主要包括機(jī)身(1)，X軸平移導(dǎo)軌(2)，Y軸平移導(dǎo)軌
(3)，測量針(4)，壓桿(5)，活塞(6)，密封圈(7)，法蘭(8)，氣缸(9)，壓力表(10)，氣管，Z軸平移導(dǎo)軌(12)，微差測量裝置(13)。其中微差測量裝置(13)包括激勵(lì)電源(14)，密封塞(15)，感應(yīng)線圈(16)，激勵(lì)線圈(17)，磁性液體(18)，U形管(19)，電壓表(20)，電壓輸出口(21)。圖3為本實(shí)用新型一種微差測量裝置的等效電路示意圖。本圖中Ul為激勵(lì)電壓，U2為感應(yīng)電壓差，Rl、R2、R3、R4均為線圈的有效電阻。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，本實(shí)用新型一種微差傳感裝置，主要包括機(jī)身(I)，X軸平移導(dǎo)軌(2)，Y軸平移導(dǎo)軌(3)，測量針(4)，壓桿(5)，活塞(6)，密封圈(7)，法蘭(8)，氣缸(9)，壓力表
(10)，氣管(11)，Z軸平移導(dǎo)軌(12)，微差測量裝置(13)。其中微差測量裝置(13)包括激勵(lì)電源(14)，密封塞(15)，感應(yīng)線圈(16)，激勵(lì)線圈(17)，磁性液體(18)，U形管(19)，電壓表(20)，電壓輸出口(21)。工作時(shí)，首先慢慢轉(zhuǎn)動(dòng)旋柄在Y軸平移導(dǎo)軌(3)上固定待測工件，在一定壓力條件下使用測量針(4)接觸工件表面，測量頭上移，帶動(dòng)活塞(6)上移，壓縮氣缸內(nèi)氣體，在密封圈(7)和活塞(6)的作用下，氣缸(9)內(nèi)氣壓升高，使得氣體被壓縮經(jīng)氣管(11)進(jìn)入U(xiǎn)形管(19)ο當(dāng)U形管(19)中的磁性液體(18)形成一定高度差后，氣缸(9)內(nèi)氣壓保持恒定，由于密封塞(15)的密封作用，U形管(19)內(nèi)充入的氣壓保持恒定且等于氣缸(9)內(nèi)的氣壓，即壓力表(10)顯示氣壓壓力值。接著，在激勵(lì)電源(14)的作用下，使得激勵(lì)線圈(17)在磁性液體(18)中產(chǎn)生感應(yīng)磁場，感應(yīng)線圈(16)感應(yīng)出電場，電壓表(20)測量出感應(yīng)線圈(16)在感應(yīng)電路中產(chǎn)生的電壓差，或通過電壓數(shù)據(jù)輸出接口，輸出數(shù)據(jù)圖表。如圖2所示，本實(shí)用新型一種表面毛刺微差測量裝置的等效電路示意圖，當(dāng)激勵(lì)電壓Ul輸入激勵(lì)電路后，激勵(lì)線圈(17)通電后，產(chǎn)生激勵(lì)磁場，將磁性液體(18)作為磁芯，利用U形管(19)里的磁性液體(18)的超順磁性，使得磁場更加穩(wěn)定。此時(shí)感應(yīng)線圈
(16)從磁性液體(18)產(chǎn)生的激勵(lì)磁場中感應(yīng)出電場，通過測量感應(yīng)電路里的感應(yīng)電壓差U2來分析表面毛刺擠壓測量頭所產(chǎn)生的位移變化值。
權(quán)利要求1.一種表面毛刺微差測量裝置，其特征在于所述測量裝置由若干個(gè)組成機(jī)構(gòu)連接組成，主要包括機(jī)身(I)，X軸平移導(dǎo)軌(2)，Y軸平移導(dǎo)軌(3)，測量針(4)，壓桿(5)，活塞(6)，密封圈(7)，法蘭(8)，氣缸(9)，壓力表(10)，氣管(11)，Z軸平移導(dǎo)軌(12)，微差測量裝置(13)，其中微差測量裝置(13)包括激勵(lì)電源(14)，密封塞(15)，感應(yīng)線圈(16)，激勵(lì)線圈(17)，磁性液體(18)，U形管(19)，電壓表(20)，電壓輸出口(21)，所述測量針⑷測量工件表面特性，通過壓桿(5)壓縮氣缸(9)，所述壓桿(5) —端固定于測量針(4)，另一端通過法蘭(8)固定在活塞(6)上，使得壓桿運(yùn)動(dòng)時(shí)能夠帶動(dòng)活塞在氣缸內(nèi)上下運(yùn)動(dòng)，在所述U形管(19)上纏繞所述一組激勵(lì)線圈(17)，且在所述U形管(19)兩端分別纏繞一組所述感應(yīng)線圈(16)，通過導(dǎo)線將所述激勵(lì)線圈(17)兩端串聯(lián)，所述感應(yīng)線圈(16)兩端反向串聯(lián)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種表面毛刺微差測量裝置，其特征在于Y軸平移導(dǎo)軌(3)上安裝有磁性工作臺。
3.如權(quán)利要求1所述的一種表面毛刺微差測量裝置，其特征在于所述U形管(19)內(nèi)充有一定量的所述磁性液體(18)。
4.如權(quán)利要求1所述的一種表面毛刺微差測量裝置，其特征在于所述電壓表(20)連接兩條所述感應(yīng)線圈(16)，用于測量所述感應(yīng)線圈(16)兩端的電壓差值，從而計(jì)算出輸入的位移變化值，同時(shí)連接所述電壓數(shù)據(jù)輸出口(21)輸出電壓變化圖表。
專利摘要一種表面毛刺微差測量裝置，主要包括機(jī)身，X軸平移導(dǎo)軌，Y軸平移導(dǎo)軌，測量針，壓桿，壓力表，密封圈，氣缸，活塞，法蘭，氣管，密封塞，激勵(lì)電源，U形管，磁性液體，激勵(lì)線圈，感應(yīng)線圈，電壓表。本裝置采用螺線管式差動(dòng)變壓器的工作原理，其核心部分是可變互感，利用磁流體兼具磁性和流動(dòng)性的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)表面毛刺微差的測量，通過其流動(dòng)時(shí)線圈互感的變化實(shí)現(xiàn)微位移差的測量。基于磁性液體的高靈敏度和高線性度，同時(shí)基于氣缸大小與U形管管徑大小比例的靈活控制，本表面毛刺微差測量裝置能夠精確測量幾個(gè)微米范圍內(nèi)的微小形狀變化。
文檔編號G01B7/02GK202869732SQ20122035564
公開日2013年4月10日 申請日期2012年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月19日
發(fā)明者胡林強(qiáng), 孫明禮, 呂曉鋒, 樊凱凱, 黃妍, 付皇峰, 張廣, 陳麗娜 申請人:浙江師范大學(xué)