设计目的 我国电机底脚安装孔位置度是电机生产行业中三大测量难题之一。它要测量的是电机的三维空间，即四个底脚孔对电机轴心线的位置度和端面的位置度，是国家电机检测规程中的必检项目。目前传统的检测方法是用四个可调的支撑座把电机支撑成90°度，使电机底脚孔的中心线调成水平位置，用高度仪进行相对测量，然后进行一系列地计算，得出所要的各个孔与轴心线，轴端面的位置度。这种办法既费时、费力，测量出来的精度又不可靠，特别是测量型号Y160以上的电机，测量时不安全，容易发生事故。目前成本比较高的检测方法是用三维坐标测量仪。根据这种情况，我们结合容栅技术在量具上的应用，设计了一种既安全，操作简便，测量迅速，准确的、成本不高的机械、光学、容栅技术溶为一体的高科技测量仪。测量仪的工作原理 被测电机处于工作状态位置，与测量仪同置于一平板上，由两块特制的等高垫铁垫高，被测孔底与平板间留有一定的空间，用两V型定位块定位在电机轴两端头，利用光学的反射原理，电机孔中放入可涨式的测头，将电机孔中心线反射到测量仪的光学瞄准头上，此时X尺和Y尺所移动的距离通过容栅传感器经集成电路处理，送入显示器并显示出实际位移测量值。设计过程 根据国家标准对电机底脚孔的位置度误差要求，确定了本测量仪的测量精度：X方向量程750毫米，精度±0.075毫米，Y方向量程450毫米，精度±0.05毫米，而容栅传感器本身示值误差0-600毫米内就达到±0.05毫米。因此要求其结构设计合理，机械加工精度高，工艺性能好。 1、定位方式的确定 电机是一个较重的实体，型号Y160以上的电机，结构庞大。要测量四个底脚孔与电机轴心线及电机轴端面的位置度，我们确定以电机轴定位，测量仪的底座与电机轴定位的两V型块连接为一体，当电机放在特制的两块等高铁上，位置确定之后，整台仪器通过V型块自动找正。底座轻便，移动自如。 2、坐标尺X、Y尺与容栅传感器连接方式确定 坐标尺X、Y尺是随着被测孔位置的变化而在移动变化，要求Y尺上的测量头不论移动在任何位置，要保证其综合测量精度与X尺的垂直度、平行度在0.02毫米以内。第一方案：我们利用坐标尺与装传感器动栅的尺框用弹簧片保证移动间隙。这种结构的优点是工艺性能好，机械加工容易达到要求；它的缺点是间隙难以调到最佳位置。间隙小，移动不好。间隙大，移动好，但平行度、垂直度超差。当把光学瞄准头装在Y尺上时，由于光学瞄准头的自重及弹簧片与尺身、尺框的间隙，使得Y尺测量头移动在两端时（最前端和最尾端），Y尺本身的平行度相差0.15毫米。因此这一方案全部推翻。第二方案：尺框两侧、上、下用可调的轴承限位，使尺框在坐标尺上滚动。这一方案移动轻便，保证了Y尺、X尺的平行度、垂直度，但给尺框的加工带来一定难度，即几个轴承孔位的相对位置度（当时我们厂的机械加工能力有限），最后我采用一种新的加工工艺方法，利用线切割机床的优势，尺框装在工作台上找正后，几个孔位一次割出。这一方案的问题得以解决。 3、测量头的设计 测量电机底脚孔的位置度关健是用什么方法找到孔的中心。开始我们在Y尺的前端头装一个φ5±0.005毫米的测量头，测量一个孔时，移动X尺，测量头与孔的左右壁接触，记下数据；同样移动Y尺，测量头与孔的前后壁接触，又记下数据，然后，通过计算得出孔的中心位置。这种方法，费时、不直观、也不准确，因为测量头与孔壁相碰，坐标尺刚性变形，使孔的实际位置与液晶显示位置有误差。我们经过认真分析研究，决定利用光学原理，减少受力变形引起的误差。我们请教了有关专家，在光学仪器厂专家的大力协助下，我们确定了现在的最佳方法：将测量时用的涨套置于被测孔中，将Y尺上的光学瞄准头移至被测孔的下方，瞄准头的投影屏上将显示涨套中的十字线，当瞄准头的十字线与涨套的十字线重合时，Y尺、X尺上的液晶显示将显示出孔的中心位置。 4、两V型块的加工及对零器的装配 定位的准确与否，直接影响到测量精度，左右两V型定位块的V型槽公共中心平面与X坐标尺的平行度要求0.04毫米，而与底座的底平面的垂直度也是0.04毫米。也就是说，对V型定位块，不论从加工精度到装配精度要求都是极高的，否则，我们测量仪的精度达不到国家标准的测量精度。为此我在V型定位块的设计和加工工艺上投入了相当的精力，专门为磨两V型槽设计了磨夹具和装配夹具，保证了V型块的定位精度。 测量电机底脚孔除与轴中心的相对位置外（通过V型块的中心可得出该位置度），还有与轴端面的位置度要求。同样，V型定位块的端面也是测量时所需要的定位基准。为了使两个基准同时反映到一个位置上，我们在V型块的下方设计了一个对零装置。V型块的端面和V型槽的中心面就是对零器的中心，只要以该中心为测量时的起点移动X、Y尺即可得出四个孔与轴中心和轴端面的位置度。对零器加工难，装配更难。该测量仪所有要求精度高的零件，我们都通过设计，制造辅助工装夹具，保证其精度。 5、测量仪的误差检查 测量仪装配完工后，该测量仪的精度是多高？测量的示值误差是多少？在所有的检测手段中没有一种方法能够直接检测出该测量仪的综合精度。我们用传统的测量方法，把一个电机的四个孔的位置度测量出来，再用我们的测量仪测量同一个电机孔位，两种方法比较，那一种方法的测量结果与实际尺寸接近，误差是多少？这又给我们提出了课题，我们模拟电机设计、制造了标准检测模块。模板模拟电机转轴与底脚孔相互位置，并附有标准尺寸，通过它，我们可以检测出测量仪的综合精度。 该测量仪是在没有任何参照物的基础上设计出来的，经过二年的反复改进，其结构设计，各项技术、性能指标均达到设计要求。1992年10月在河南开封召开的全国电机行业技术研讨会上得到专家的一致肯定。1993年11月在湖北宜昌召开的中南五省电机行业技术交流会上，专家们一致认为该产品具有较先进的水平，比较传统的测量方法，其测量方便，快速安全，精度准确，可以满足电机底脚孔位置度测量的技术要求。该测量仪通过了区技术监督局，广西计量测试研究所的定型鉴定，取得了计量器具样机试验合格证书，并在1993年10月取得了生产许可证。
作者： 马黎明 广陆数字测控股份有限公司
