表面毛刺微差测量装置制造方法
【专利摘要】设计一项表面毛刺微差测量装置，主要包括机身，X轴平移导轨，Y轴平移导轨，测量针，压杆，压力表，密封圈，气缸，活塞，法兰，气管，密封塞，激励电源，U形管，磁性液体，激励线圈，感应线圈，电压表。本装置采用螺线管式差动变压器的工作原理，其核心部分是可变互感，利用磁流体兼具磁性和流动性的特点实现表面毛刺微差的测量，通过其流动时线圈互感的变化实现微位移差的测量。基于磁性液体的高灵敏度和高线性度，同时基于气缸大小与U形管管径大小比例的灵活控制，该表面毛刺微差测量装置能够精确测量几个微米范围内的微小形状变化。
【专利说明】表面毛刺微差测量装置
【技术领域】
[0001]本发明专利涉及一项表面毛刺微差测量装置，尤其是基于磁性液体应用的表面毛 刺微差测量装置。
【背景技术】
[0002]随着现代科技的不断发展，对设备精度要求越来越高，而表面粗糙度的大小，对机 械零件的使用性能有很大的影响，表面粗糙度的大小会急剧影响零件的耐磨性。表面越粗 糙，配合表面间的有效接触面积越小，压强越大，磨损就越快。此外，零件的表面粗糙度还会 影响配合性质的稳定性、影响零件的疲劳强度，以及零件的抗腐蚀性能等等。随着现代科 技对测量技术要求的不断提高，对微差压传感器在微流量测量、泄露测试、洁净间监测、环 境密封性检测等高精度测量场合的应用越来越广泛。目前，位移、压差传感测量设备主要是 阻尼式和电容式两种，由于存在微米级应变膜厚度的精确控制问题，制造难度相当大，均匀 性，重复性差的现状，开发一种低成本、高精度、性能优异、可重复使用的的微差测量传感装 置具有良好的应用前景。近些年，国内外研究人员开始对磁性液体进行研究，现在磁性液体 已经广泛应用于磁性液体密封、磁性液体阻尼器、磁性液体传感器等领域。而磁性液体的研 究发展，为微差传感装置的研发提供了新的机遇，凭借此材料的独有特性，可以制作出具有 高线性度、高灵敏度、高精度、结构简单、成本低以及长寿命等优点的磁性液体表面微差测 量装置。但是从目前可检索的国内外文献资料中可以看出，国内还没有实用性的磁性液体 微差传感装置研制成功，并且现有的研究都不具有精确的位移给定装置，因此研制一款带 有精确位移给定装置的磁性液体表面微差测量装置具有重要意义。
[0003]发明专利内容
[0004]为了实现微形变、微位移的精密测量，本发明专利提供了一项表面微差测量装置， 采用的是螺线管式差动变压器的工作原理，其核心部分是可变互感，利用磁性液体能产生 感应磁场的性质，通过外界压力变化作用时，磁性液体的流动，导致的线圈互感的变化实现 微差的测量。
[0005]本发明专利解决其技术问题所采用的技术方案是:表面微差测量装置由精确位移 给定装置和微差测量装置两部分组成，主要包括机身，X轴平移导轨，Y轴平移导轨，测量 针，压杆，压力表，密封圈，气缸，活塞，法兰，气管，密封塞，激励电源，U形管,磁性液体,激励 线圈，感应线圈，电压表，电压输出口。
[0006]所述精确位移给定装置由机身，X轴平移导轨，Y轴平移导轨，测量针，压杆，压力 表，密封圈，气缸，活塞，法兰，气管连接组成。其特征在于，所述X，Y轴平移导轨设置在机身 上，用于实现工件的固定，以及位置的平移，同时Y轴平移导轨上设置磁性工作台，用于吸 附待测工件。所述测量针测量工件表面特性，通过压杆压缩气缸，所述压杆一端固定于测量 针，另一端通过法兰固定在活塞上，使得压杆运动时能够带动活塞在气缸内上下运动。所述 活塞上设有密封圈，可实现密封和精确气压的进给。所述活塞在压强一定的情况下将气缸 内部气体压缩，压缩气体通过气管导入至微差测量装置。[0007]所述微差测量装置由U形管和测量电路组成，主要包括密封塞，激励电源，U形管， 磁性液体，激励线圈，感应线圈，电压表，电压输出口。所述U形管中注入一定的磁性液体， 磁性液体具有超顺磁性，用磁性液体作为磁芯，可使得磁场更加稳定。所述U形管两端均匀密绕两个长度相等的同轴线圈，两个内部线圈的匝数均为NI，两个外部线圈的匝数均为 N2，将两端的内部线圈串联作为激励线圈，两端的外部线圈反向串联作为感应线圈。所述U 形管一端连接着精确位移给定装置。所述测量电路由激励电路和感应电路组成。所述激励电路由激励电源和激励线圈连接组成，激励线圈产生激励磁场，利用U形管中磁性液体的超顺磁性，可以使得磁性液体产生稳定的磁场。所述感应电路由感应线圈和电压表连接组成，用于U形管里磁性液体产生的磁场中感应出电场，并测量感应电路中的电压值，从而计算出输入的压力值。
[0008]本发明专利表面毛刺微差测量装置采用螺线管式差动变压器的工作原理，其核心部分是可变互感，利用磁流体兼具磁性和流动性的特点实现微变位移的测量，基于磁性液体的高灵敏度和高线性度，微差传感装置结构简单，精确测量微米范围内的微小形变。【专利附图】
【附图说明】
[0009]下面结合附图对本发明专利作进一步说明:
[0010]图1为本发明专利微差测量装置的整体结构示意图。
[0011]图2为微差测量装置细节示意图。
[0012]如图1、图2所示，设备结构主要包括机身(1)，X轴平移导轨(2)，Y轴平移导轨 (3)，测量针(4)，压杆(5)，活塞(6)，密封圈(7)，法兰(8)，气缸(9)，压力表(10)，气管
(11)，Z轴平移导轨(12)，微差测量装置(13)。其中微差测量装置(13)包括激励电源(14)， 密封塞(15)，感应线圈(16)，激励线圈(17)，磁性液体(18)，U形管(19)，电压表(20)，电压输出口(21)。
[0013]图3为本发明专利微差测量装置的等效电路示意图。
[0014]本图中Ul为激励电压，U2为感应电压差，Rl、R2、R3、R4均为线圈的有效电阻。 【具体实施方式】
[0015]如图1所示，本发明专利微差测量装置，主要包括机身(I)，X轴平移导轨(2)，Y轴平移导轨(3)，测量针(4)，压杆(5)，活塞(6)，密封圈(7)，法兰(8)，气缸(9)，压力表(10)， 气管(11)，Z轴平移导轨(12)，微差测量装置(13)。其中微差测量装置(13)包括激励电源(14)，密封塞(15)，感应线圈(16)，激励线圈(17)，磁性液体(18)，U形管(19)，电压表
(20)，电压输出口(21)。
[0016]工作时，首先慢慢转动旋柄在Y轴平移导轨(3)上固定待测工件，在一定压力条件下使用测量针(4)接触工件表面，测量头上移，带动活塞(6)上移，压缩气缸内气体，在密封圈(7)和活塞(6)的作用下，气缸(9)内气压升高，使得气体被压缩经气管(11)进入U形管(19)。
[0017]当U形管(19)中的磁性液体(18)形成一定高度差后，气缸(9)内气压保持恒定， 由于密封塞(15)的密封作用，U形管(19)内充入的气压保持恒定且等于气缸(9)内的气压，即压力表(10)显示气压压力值。接着，在激励电源(14)的作用下，使得激励线圈(17)在磁性液体(18)中产生感应磁场，感应线圈(16)感应出电场，电压表(20)测量出感应线 圈(16)在感应电路中产生的电压差，或通过电压数据输出接口，输出数据图表。
[0018]如图3所示，本发明专利表面毛刺微差测量装置的等效电路示意图，当激励电压U I输入激励电路后，激励线圈(17)通电后，产生激励磁场，将磁性液体(18)作为磁芯，利用 U形管(19)里的磁性液体(18)的超顺磁性，使得磁场更加稳定。此时感应线圈(16)从磁 性液体(18)产生的激励磁场中感应出电场，通过测量感应电路里的感应电压差U2来分析 表面毛刺挤压测量头所产生的位移变化值。
【权利要求】
1.设计一项表面毛刺微差测量装置，其特征在于，主要包括机身(I)，X轴平移导轨(2)，Y轴平移导轨(3)，测量针(4)，压杆(5)，活塞(6)，密封圈(7)，法兰(8)，气缸(9)，压 力表(10)，气管(11)，Z轴平移导轨(12)，微差测量装置(13)。其中微差测量装置(13)包 括激励电源(14)，密封塞(15)，感应线圈(16)，激励线圈(17)，磁性液体(18)，U形管(19)， 电压表(20)，电压输出口(21)。
2.如权利要求1所述，基于表面毛刺微差测量装置，其特征在于:Y轴平移导轨(3)通 过磁性吸附工件，再对待测表面进行测量，避免夹持过程中损伤工件表面。
3.如权利要求1所述，基于表面毛刺微差测量装置，其特征在于:在固定气缸(9)内压 强一定的前提下，通过测量针(4)测量工件表面，工件表面的表面微差波动使测量针(4)产 生上下运动，测量针(4)再作用于压杆(5)，挤压气缸(9)内气体，使通过气管(12)与气缸(9)相连接的U形管(19)内磁性液体高度产生变化。相当于磁芯发生变化，输出电压值相 应变化。
4.如权利要求1所述，基于表面毛刺微差测量装置，其特征在于:所述的U形管(20)内 充有一定量的磁性液体(18)，磁性液体(18)具有超顺磁性，用其作为磁芯，可使得磁场更 加稳定。
5.如权利要求1所述，基于表面毛刺微差测量装置，其特征在于:所述U形管(19)两端 均匀密绕两个长度相等的同轴线圈，两个内部线圈的匝数均为NI，两个外部线圈的匝数均 为N2，将两端的内部线圈串联作为激励线圈(17)，两端的外部线圈反向串联作为感应线圈(16);激励线圈产生激励磁场，利用U形管(19)中磁性液体(18)的超顺磁性，可以使得磁 性液体(18)产生稳定的磁场，感应线圈(16)用于感应出U形管(19)里磁性液体(18)产 生的磁场中的电场，相较于其他类型测量设备，该设备测量精度更高，可测量几个微米级别 的位移变化。
6.如权利要求1所述，基于表面毛刺微差测量装置，其特征在于:所述电压表(20)连 接感应线圈(16)，用于测量感应线圈(16)两端的电压值，从而计算出输入的位移变化值。 同时通过电压数据输出口(21)输出电压变化图表。
【文档编号】G01B7/34GK103575211SQ201210253849
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2012年7月19日 优先权日:2012年7月19日
【发明者】胡林强, 孙明礼, 吕晓锋, 樊凯凯, 黄妍, 付皇峰, 张广, 陈丽娜 申请人:浙江师范大学