接觸式傳感器系統中的摩擦顫振研究

張 毅

(北京動力機械研究所，北京 100074)

0 引言

在測量領域，運用了大量高精度的接觸式傳感器，比如表面粗糙度測量、圓度輪廓測量和三維數據掃描測量等。這些傳感器為測量系統采集了大量可靠的數據，因此，傳感器穩定、可靠的運行是保證測量任務完成的關鍵。

筆者在測量某零件過程中，通過比對發現該零件的圓度的實測值經常超出實際值很多，甚至數倍，而且發生的條件也不固定。經過大量的實驗，發現接觸式傳感器的摩擦顫振是誤差的來源。進一步研究發現，測針的摩擦速度、角度和測針的選用等都會對實測結果產生影響，而這些因素都是摩擦顫振發生的重要因素[1-2]。

國內外學者對摩擦顫振的研究目前主要集中在機械加工、鉆井和機床設備等方面，測量領域摩擦顫振的研究，因為其具有摩擦速度低、結構阻尼小等特點，容易被忽視。筆者通過實驗，對接觸式傳感器摩擦顫振進行研究，為接觸式傳感器的使用及改進提供依據。

1 實驗系統及圓度誤差的諧波分析理論

1.1 實驗系統

為了分析驗證接觸式傳感器的摩擦顫振現象，筆者選擇了TR265型圓柱度及圓度測量儀進行試驗。該設備主軸回轉精度為±(0.02μm+0.0003Hμm)(H為高度，單位mm)；接觸式傳感器為電感傳感器，分辨力為0.012μm；有兩種速度可以選擇，分別是2r/min(每分鐘旋轉2圈)、6r/min(每分鐘旋轉6圈)；測針為100、150、200、380mm碳纖維測針(有標準型和測桿加細型兩種，測頭為人造球形寶石)；標準器為玻璃標準半球，精度為0.02μm。

在這個摩擦系統中，摩擦速度、摩擦雙方的剛度和阻尼等都是影響摩擦顫振產生的重要因素。……