在机械设备的安装和维护过程中,同轴度精密测量和校准是一个非常重要的工作环节。轴系的对中精度是保证设备正常运行、降低振动和磨损、节省能耗、延长使用寿命的重要技术指标。英国皇家研究机构的一份调查报告指出,50%以上的机器故障是由于传动设备联轴器不对中引起的。 激光对中仪是目前较为理想的自动对中测量仪器,国外已经有多种高精度的产品,如德国普乐福尼克对中仪,瑞典FIXTURLASER对中仪等,但由于商业原因,未见其原理描述。在国内尚无该产品,而实际工程中又迫切需要的情况下,本课题研究了一种新的对中测量技术,并完成了原理样机的研制工作。 激光对中仪的核心部件是半导体激光器(LD)和高分辨率的位置敏感探测器(PSD),核心算法和人机交互功能由一个便携式PC机完成。本文设计了一种单光束双探测器的激光对中仪结构,并建立了基于双PSD和单PSD的数学模型,可分别实现转动90°角测量和转动任意角度测量。在实际测量中,只要测得在两个角度时光斑的坐标,即可计算出两轴的平行偏差和角度偏差,并给出机器支脚的调整量。系统硬件主要包括半导体激光器、位敏传感器、倾角传感器、信号放大电路、数据采集处理系统和LCD显示模块。软件部分采用C语言编写了数据采集模块、数据处理模块和友好的人机交互界面,测量结果以图形和文字的方式直观的显示给用户。针对PSD的非线性失真,提出了非线性校正的两种方法:线性插值法和神经网络法,并采用神经网络方法进行了MATLAB仿真,使PSD的输出具有了较好的线性度。通过理论分析和实验,讨论了测试条件对PSD探测精度的影响,提出了克服干扰的措施,采用光学滤波和软件补偿相结合的方法基本消除了背景光的影响。最后,通过同轴度测量实验和对实验结果的分析,证实了数学模型的正确性和仪器的可重复性。