[发明专利]孔内回转体同轴度测量装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于光学精密测量技术领域，具体涉及一种孔内回转体同轴度测量装置及方法。

背景技术

电子加速器通常将发射电子束的环形阴极设置在磁体内孔中，利用磁场约束电子的运动径迹，而环形阴极与磁体内孔之间的装配同轴度直接影响着系统的工作效率。在一些应用电子加速器产生微波的系统中，通常要求阴极与磁体内孔轴线偏差小于0.1mm，而磁体内孔孔径通常在几十毫米范围，阴极端面到磁体内孔端面距离在几十厘米左右，常规的测量仪器或工具难以在这样狭小的空间内实施精确测量。对于某些包含永磁体的电子加速器系统，采用千分表或普通位移传感器测量同轴度的技术方案由于仪表中存在铁磁性材料也无法应用。目前在电子加速器阴极与磁体装配过程中主要采用由非铁磁性材料制成的对心块检验同轴度是否符合要求，对心块的外圆柱面与磁体内孔配合，对心块的内孔与阴极的外圆柱面配合，使用时通过感受对心块套合阴极的阻力大小判断同轴度的大小。这种方法虽然成本低廉、简便易行，但存在如下问题：

(1)该方法不能定量给出轴线偏差大小及方向，对心装配存在一定“盲目性”；

(2)由于使用对心块需要在磁体内孔中滑动，对心块内外配合面存在配合间隙，只能保证对心后的轴线偏差在0.1mm左右，而且配合间隙随着对心块的使用和磨损会逐渐增大，导致对心精度越来越低，另外对心块受重力影响也会造成对心后的偏心；

(3)该方法属于接触法，检验的过程中会对阴极造成磕碰或划伤。

发明内容

基于以上背景，本发明提出了一种基于色散共焦位移传感器和四点刚性定位工装的狭小孔内回转体的同轴度测量装置及方法，旨在解决现有方法无法定量测量狭小空间的孔内回转体轴线偏差的大小及方向的问题。

本发明的技术解决方案是：

孔内回转体同轴度测量装置，包括定位支撑组件；其特殊之处在于：还包括色散共焦位移传感器、反射镜、旋转定位工装以及控制器；

所述定位支撑组件包括相对固定设置的定位件和支撑件，定位件和支撑件之间的空间用于固定安装所述色散共焦位移传感器；

定位件的底面为四个角均为圆角的矩形平面，支撑件的底面上设置有至少一个弹性支撑点；定位件、支撑件以及色散共焦位移传感器整体位于基准孔内时，定位件的底面的四个圆角和支撑件底面的弹性支撑点均与基准孔内壁紧密接触；

所述定位支撑组件还包括与定位件或者支撑件固连的反射镜支架，所述反射镜通过反射镜支架固定于基准孔内，反射镜的位置和姿态应满足色散共焦位移传感器发出的光束经反射镜反射后能够垂直入射至基准孔内回转体的被测表面上；

所述旋转定位工装包括至少一根拨杆，拨杆的一端与所述定位件和/或支撑件接触，拨杆可带动所述定位件和/或支撑件在基准孔内旋转且不会对所述定位件和/或支撑件产生径向力，拨杆的另一端伸出基准孔；

控制器位于基准孔外，与色散共焦位移传感器通过传输光纤相连，用于获取光程长度；通过所述光程长度即可计算出被测回转体轴线相对于基准孔轴线的同轴度；

所述光程指光从色散共焦位移传感器探头出射经反射镜反射至被测回转体表面的路程。

进一步地，上述旋转定位工装还包括位于色散共焦位移传感器一侧的定位转盘；定位转盘为旋塞式结构，中部沿轴线方向开设有用于使传输光纤通过的通孔，底部沿径向外伸与基准孔端部配合实现轴向定位；所述拨杆的一端穿过定位转盘与所述定位件和/或支撑件接触，拨杆的中部通过紧定螺钉与定位转盘锁紧，拨杆的另一端伸出定位转盘。

进一步地，上述定位件和支撑件为一体件。

进一步地，上述定位件上开设有轴向条形孔和径向条形孔，其中，轴向条形孔设置在定位件用于固定色散共焦位移传感器的面上，色散共焦位移传感器通过该轴向条形孔固定于定位件上，通过该轴向条形孔可实现反射镜与色散共焦位移传感器的探头之间轴向距离的调节；径向条形孔设置在定位件用于固定反射镜支架的面上，反射镜支架通过该径向条形孔固定于定位件上，通过径向条形孔可实现反射镜到被测回转体表面的高度调节。

进一步地，上述弹性支撑点为弹簧柱塞。

本发明同时提供了一种孔内回转体同轴度测量方法，包括以下步骤：

1)将上述孔内回转体同轴度测量装置放入基准孔中；

2)调整旋转定位工装，将色散共焦位移传感器定位在基准孔内设定深度和设定角度下，定义此时色散共焦位移传感器为初始位置，打开色散共焦位移传感器；

3)色散共焦位移传感器的探头发出一束白光并入射至反射镜上，经反射镜反射后垂直入射至基准孔内回转体的被测表面上；