基于位置敏感探测器和激光技术对大型轴系中心线检测方法的研究

　　大型轴系[1](长度大于5 m,直径大于500 mm)对中调试一直是军工、水利、电力、石油、船舶、造纸、冶金等行业的工程难题,轴系对中质量的好坏将影响各轴承槽的载荷分布,对中性差会产生周期性交 变作用力,直接影响机组的平稳运行及设备使用寿命,制约着系统精度和工作效率的提高。目前国内绝大部分企业仍采用传统的机组对中方法-经纬仪法,激光反射 法,直尺法和琴弦法,例如大连造船厂采用机组轴端安装反射镜,利用激光反射方法,观察反射圆,边测边调。这些传统的机组对中方法主要靠人工读数、记录、推 算,常常出现差错,复检工作量大,工作繁琐效率低,受人为因素影响较大,检测精度低,正常调试对中时间大约在数周至几月,要求更高精度则需更长调试时间。 国内也有些企业部门从国外购买了机组对中设备,例如哈尔滨第二热电厂购买德国普鲁夫科技公司(世界最知名的生产对中产品公司)激光对中产品,在机组调试 时,发现检测数据不稳定,而且测量距离短(10 m).为解决这一工程难题,本文提出了一种采用(PSD)技术[2]与激光技术相结合实现大型轴系对中检测的新方法[3]。

　　1　检测原理

　　检测原理如图1所示,由半导体激光器1发出一束准直光,作为基准线。用含有PSD和电子倾角仪的两个光靶接收该基准光束,电子倾角仪用于检测光 靶相对于铅垂线的夹角。这两个光靶其一为定标光靶,固定在测量区域外以监测基准线的移动,进行实时修正位置敏感探测器的输出值,剔除外界环境对基准光束的 干扰;另一光靶为测量光靶放在轴承槽内。调整测量光靶,使准直光束落在PSD的有效接收面内,从而得到第一组光斑位置测量值,之后沿轴承槽转动测量光靶至 第2、3不同位置,分别得到第2、3组测量值。通过上述3组值,即可算出该轴承槽中心偏离基准线二维调整值。其数学模型[4]如图2所示:圆O代表轴承槽 某理想截面,XOY坐标系是固结在轴承槽上的定坐标系,Z轴按右手定则确定,沿激光准线方向为Z轴正向;向量p21代表探杆;点p2代表探杆与轴承槽的接 触点;点p1代表探杆的转心;点p0代表光斑在定系中的位置;设逆时针为正向,测量光靶在轴承槽内滑动到某一位置时和X轴的夹角为α(OXY),则探杆 p21可表示为

式中:l表示探杆向量大小。设光电传感器(PSD)的探测坐标系X′O′Y′的坐标原点在点p3处;坐标系X′O′Y′的X′轴由探杆向量p21确 定, Y′轴由向量k×p21确定,Z′轴按右手定则确定;设光斑p0在X′O′Y′坐标系中的坐标为(x(O′X′Y′)p0,y(O′X′Y′)p。则

　　设探杆与轴承槽的接触点p2与PSD的中心p3的距离为h则