[发明专利]一种基于PSD的十字梁二维微力测量装置

说明书

技术领域

本发明属于精密测量的技术领域。

背景技术

随着精密测量技术的不断发展，特别是在精密仪器、高科技尖端产品装配等领域，装配时产生的零部件受力作用越来越引起人们的关注。例如精密仪表中的游丝，由于装配产生的装配应力，会对测量精度产生巨大的干扰。一些高档机械手表装配中，游丝的装配应力是其准确性的关键因素；在电机领域，导电游丝的受力不均匀会对电机转矩平稳性产生巨大影响，并且会大大减少其使用寿命。

为了保证精密仪器及精密机械的使用性能，就要对其装配中产生的关键应力进行测量，并进行调整，实现合理装配。精密仪器和精密机械安装中，手工装配时现有的重要手段，由于工人师傅的感觉主观性太强，因此需要一个测量装置测量装配产生的应力，对工人装配的操作进行指导。现有的测量方式，很多结构复杂，体积较大，成本较高，不适合大规模推广。

发明内容

决现有精密仪器和精密机械安装中，手工装配时现有的重要手段，由于工人师傅的感觉主观性太强，因此需要一个测量装置测量装配产生的应力，对工人装配的操作进行指导。现有的测量方式，存在结构复杂、体积较大、成本较高、不适合大规模推广的问题。

所述的目的是通过以下方案实现的：所述的一种基于PSD的十字梁二维微力测量装置，它包括测量杆1、方框形测量杆支架2、十字梁3、四块反光镜4、四分半导体激光器5、基座6、四个二维PSD位置传感器7；

测量杆1的上部外圆面上开有用于与被测游丝8卡接的环槽1-1；测量杆1的下端与十字梁3中心上端面垂直连接，十字梁3设置在方框形测量杆支架2的内部，使十字梁3的四根粱的外端头分别与方框形测量杆支架2的四个角连接，四块反光镜4分别设置在十字梁3的四根梁的下端面上，四块反光镜4的反光面都朝下；四分半导体激光器5设置在基座6中心立柱的上端面上，四个二维PSD位置传感器7分别设置在基座6的四个角上的四根立柱的上端面上；方框形测量杆支架2设置在基座6的正上方上，使四分半导体激光器5发射的四束激光束分别通过四块反光镜4反射后，分别反射到四个二维PSD位置传感器7的检测窗口上。

本发明与现有的主轴座及测力装置相比，优势在于：

1、本发明利用测量杆和十字梁进行力到微位移的转换，再利用光杠杆放大原理，采用二维PSD进行位置测量，最终检测到了测量杆处的二维受力；

2、该装置在测量杆后，使用光学方法，没有改变测量杆的受力情况，减小外界影响。并且体积小巧、便携，适合实际使用；

3、将波长为650nm的半导体激光束作为光源，它具有单色性好、相干性好、准直性好的特点，有效地保证了测量精度；

4、本发明使用十字梁结构，可以对横向和垂直两个方向进行力测量；

5、本发明使用四束光路，对称的光路分布，可以实现差动测量，提高测量精度。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1所示，它包括测量杆1、方框形测量杆支架2、十字梁3、四块反光镜4、四分半导体激光器5、基座6、四个二维PSD位置传感器7；

测量杆1的上部外圆面上开有用于与被测游丝8卡接的环槽1-1；测量杆1的下端与十字梁3中心上端面垂直连接，十字梁3设置在方框形测量杆支架2的内部，使十字梁3的四根粱的外端头分别与方框形测量杆支架2的四个角连接，四块反光镜4分别设置在十字梁3的四根梁的下端面上，四块反光镜4的反光面都朝下；四分半导体激光器5设置在基座6中心立柱的上端面上，四个二维PSD位置传感器7分别设置在基座6的四个角上的四根立柱的上端面上；方框形测量杆支架2设置在基座6的正上方上，使四分半导体激光器5发射的四束激光束分别通过四块反光镜4反射后，分别反射到四个二维PSD位置传感器7的检测窗口上。

所述十字梁3的四根粱的上下方向的刚度约为0.1N/μm。

所述四分半导体激光器5由波长为650nm，光斑直径小于600μm的半导体激光器与一个一分四分光路器组成。

所述二维PSD位置传感器7的型号为S5990-01。

工作原理：

将被测游丝8卡接在测量杆1上部的环槽1-1内，接触后，当本装置做微小水平和垂直运动时，测量杆1受到游丝力的作用，并能够将该力放大并传递到十字梁上3，发生一定的变形量。通过设计十字梁薄壁结构参数，使十字梁具有的刚度约为0.1N/μm；进而，贴在十字梁3上的四块反光镜4构成放大光路，将十字梁3的微小变形放大。同时，通过改变方框形测量杆支架2与基座6之间的距离，能改变光路的放大系数，满足不同的分辨率的测量要求。最终，通过四个二维PSD位置传感器7测得的光斑位置信息，反推计算可以得到测量杆受到的力的信息。