CN109632072A - 一种基于单点式激光测振仪的二维扫描实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于单点式激光测振仪的二维扫描实验装置，包括底座，底座上设有移动台，底座的两侧均设有直线滑轨，移动台下方的两侧均设有滑块，各直线滑轨与滑块构成滑移配合；移动台下方的中间位置设有限位块，限位块内设有滑动螺母，底座上设有横向传动丝杆，底座设有第一电机，第一电机的输出轴与横向传动丝杆连动配合，并带动移动台在底座上做横向的往复移动；移动台上方设有纵向滑柱，纵向滑柱的一侧设有支撑组件，滑柱内部呈镂空设置且其内设有纵向传动丝杆，移动台上设有第二电机，第二电机的输出轴与纵向传动丝杆连动配合，带动支撑组件在纵向滑柱上做纵向的往复移动。本发明具有以下优点和效果：不仅能实现二维扫描，更是具有低成本的优势，适宜推广使用。

Description

一种基于单点式激光测振仪的二维扫描实验装置

技术领域

本发明涉及激光应用技术领域，特别涉及一种基于单点式激光测振仪的二维扫描实验装置。

背景技术

激光测振仪是利用光学普遍的折射、反射效应，以传感器的激光束作为发射光源，对被测物体进行振动测量的装置，其具有检测范围大、精度高、响应速度快等特点，故激光测振仪在现代工业中占据着非常重要的地位。

目前，若要对待测物体进行多维检测，则需要使用3D激光测振仪，能同时实现X、Y、Z轴振动点测振，但是3D激光测振仪的价格昂贵，无法大面积推广实用，导致其应用存在较大的局限性。而单点式激光测振仪虽然只能单点测振，但是其凭借价格低的优势在市场上受到普遍的欢迎。本发明将基于单点式激光测振仪设计一种二维扫描实验装置，其不仅能实现二维扫描，更是具有低成本的优势，适宜推广使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于单点式激光测振仪的二维扫描实验装置，其不仅能实现二维扫描，更是具有低成本的优势，适宜推广使用。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种基于单点式激光测振仪的二维扫描实验装置，包括呈水平设置的底座，所述的底座上设有移动台，所述的底座的两侧均设有直线滑轨，所述的移动台下方的两侧对应各直线滑轨的位置均设有滑块，各所述的滑块的下方均设有凹口，各所述的直线滑轨嵌入至对应的凹口内与之构成滑移配合；所述的移动台下方的中间位置设有限位块，所述的限位块内设有滑动螺母，所述的移动台的前端和后端分别固定设有前端轴承套和后端轴承套，所述的前端轴承套、滑动螺母及后端轴承套三者的位置构成同一直线，所述的底座上设有横向传动丝杆，所述的横向传动丝杆依次穿过前端轴承套、滑动螺母及后端轴承套，所述的滑动螺母内周设有螺纹并与横向传动丝杆构成啮合传动，所述的底座于前端轴承套的前端设有第一电机，所述的第一电机的输出轴与横向传动丝杆连动配合，所述的第一电机为横向传动丝杆提供转动作用力以带动横向传动丝杆周向转动，横向传动丝杆通过与滑动螺母之间的啮合，最终带动移动台在底座上做横向的往复移动；所述的移动台上方设有纵向滑柱，所述的纵向滑柱的一侧设有支撑组件，所述的纵向滑柱内部呈镂空设置且其内设有纵向传动丝杆，所述的支撑组件包括有支撑台、连接块及套环，所述的纵向滑柱的一侧设有纵向滑孔，所述的支撑台位于纵向滑柱的外侧并始终与纵向滑孔相贴合，所述的连接块与支撑台固定连接并穿过纵向滑孔伸入至纵向滑柱内部，所述的套环位于纵向滑柱内并与连接块固定连接，所述的套环的内周设有螺纹并与纵向传动丝杆构成啮合传动，所述的移动台上设有第二电机，所述的第二电机的输出轴与纵向传动丝杆连动配合，所述的第二电机为纵向传动丝杆提供转动作用力以带动纵向传动丝杆周向转动，纵向传动丝杆通过与套环之间的啮合，最终带动支撑组件在纵向滑柱上做纵向的往复移动。

进一步设置是：所述的支撑台由横向的支撑板和纵向的定位板组成，所述的定位板与纵向滑柱的相贴合，所述的支撑板朝向纵向滑柱的一端与定位板的上端固定连接，所述的支撑板与定位板之间设有支撑杆，所述的支撑杆的一端与定位板的下端固定连接、另一端与支撑板的下表面固定连接，所述的支撑板、定位板及支撑杆两两固定所构成的三个固定点不处于同一直线，所述的支撑板上设有至少两个锁定通孔。

进一步设置是：所述的直线滑轨的上端和下端均沿直线滑轨的长度设有向外凸出的凸条，所述的滑块的凹口对应各凸条的位置均设有凹条，所述的滑块嵌入至直线滑轨，各凹条会正好与对应的凸条相嵌合，并构成滑块与直线滑轨的周向限位及径向限位。

进一步设置是：所述的移动台下方的滑块的数量为四个，且两个滑块为一组形成两个滑块组，各滑块组分别位于移动台的两侧并与对应的直线滑轨滑移配合，各所述的滑块组内的两个滑块间隔设置。

进一步设置是：所述的滑块的许用应力计算如下，

M_n＝Fl (1)

式(1)中,M_n为底座承受的弯矩，F为直线滑轨可承受的压应力，l为直线滑轨的高度；

式(2)中,w_z为滑块与直线滑轨连接处截面的抵抗矩，b为滑块与直线滑轨连接处截面的长，h为滑块与直线滑轨连接处截面的宽；

式(3)中,σ为滑块的许用应力。

进一步设置是：所述的横向传动丝杆的许用应力计算如下，

式(4)中,σ1为横向传动丝杆的许用应力,F_m为等效轴向载荷，d为横向传动丝杆的直径，T为横向传动丝杆的扭矩。

本发明的有益效果是：

1、本发明基于单点式激光测振仪所设计的二维扫描实验装置，其不同于市场价格高昂的多维激光测振仪，本发明的成本低，且能实现二维扫码，适宜大面积的推广使用。二维扫描实验装置的强度又是影响测振仪精度的重要因素之一,实验装置的强度对试验的效果有重要的影响，本发明的实验装置可以完成对单点式激光测振仪的放置，同时保证测振仪能在稳定的状态下进行工作，减少经常替换实验装置的麻烦，进而实现二维结构扫描。本发明中依序设计实验装置上的各个部件，确定相关机构的力学参数，最后对机构进行校核，以确保所设计的零件与机构能满足实验装置的要求，以此达到稳定的二维扫描。

2、本发明中通过第一电机来带动横向传动丝杆转动，进而利用横向传动丝杆与滑动螺母之间的啮合，来使得移动台于底座上实现横向的往复移动，相较于市场上常见复杂的传动结构，本发明不仅零部件少，且装配及拆卸均十分便利，有利用提高生产及售后维修的效率，应用前景广。同时，本发明中通过第二电机来带动纵向传动丝杆转动，进而利用套环与纵向传动丝杆之间的啮合，来带动支撑组件在纵向滑柱上做纵向的往复移动，第一电机和第二电机的运动相互独立，即可通过相互的任意配合，实现二维多角度的动态调整，来对待测物体进行全方位的二维检测。

3、本发明中结构稳定，具有优异的承压能力，有负载时能保持稳定不会发生形变。其中，支撑组件需要放置单点式激光测振仪，故支撑组件需要保持稳定性，在本发明中设有支撑杆，且支撑杆、支撑板及定位板两两固定所构成的三个固定点不处于同一直线，而是构成一个平面，使得支撑组件的稳定性和可靠性更强。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中纵向滑柱和支撑组件的结构示意图；

图3为本发明中直线滑轨的局部结构示意图；

图4为本发明中滑块的结构示意图。

图中：1、底座；10、直线滑轨；101、凸条；2、移动台；20、滑块；201、凹口；2011、凹条；31、限位块；310、滑动螺母；32、前端轴承套；33、后端轴承套；41、横向传动丝杆；42、第一电机；5、纵向滑柱；51、纵向滑孔；6、支撑组件；61、支撑台；62、连接块；63、套环；611、支撑板；6110、锁定通孔；612、定位板；71、纵向传动丝杆；72、第二电机；8、支撑杆。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

如图1至图4所示，一种基于单点式激光测振仪的二维扫描实验装置，包括呈水平设置的底座1，所述的底座1上设有移动台2，底座1的两侧均设有直线滑轨10，移动台2下方的两侧对应各直线滑轨10的位置均设有滑块20，各滑块20的下方均设有凹口201，各直线滑轨10嵌入至对应的凹口201内与之构成滑移配合。

另外，移动台2下方的中间位置设有限位块31，限位块31内设有滑动螺母310，移动台2的前端和后端分别固定设有前端轴承套32和后端轴承套33，前端轴承套32、滑动螺母310及后端轴承套33三者的位置构成同一直线，底座1上设有横向传动丝杆41，横向传动丝杆41依次穿过前端轴承套32、滑动螺母310及后端轴承套33，滑动螺母310内周设有螺纹并与横向传动丝杆41构成啮合传动，底座1于前端轴承套32的前端设有第一电机42，第一电机42的输出轴与横向传动丝杆41连动配合，第一电机42为横向传动丝杆41提供转动作用力以带动横向传动丝杆41周向转动，横向传动丝杆41通过与滑动螺母310之间的啮合，最终带动移动台2在底座1上做横向的往复移动；

另外，移动台2上方设有纵向滑柱5，纵向滑柱5的一侧设有支撑组件6，纵向滑柱5内部呈镂空设置且其内设有纵向传动丝杆71，支撑组件6包括有支撑台61、连接块62及套环63，纵向滑柱5的一侧设有纵向滑孔51，支撑台61位于纵向滑柱5的外侧并始终与纵向滑孔51相贴合，连接块62与支撑台61固定连接并穿过纵向滑孔51伸入至纵向滑柱5内部，套环63位于纵向滑柱5内并与连接块62固定连接，套环63的内周设有螺纹并与纵向传动丝杆71构成啮合传动，移动台2上设有第二电机72，第二电机72的输出轴与纵向传动丝杆71连动配合，第二电机72为纵向传动丝杆71提供转动作用力以带动纵向传动丝杆71周向转动，纵向传动丝杆71通过与套环63之间的啮合，最终带动支撑组件6在纵向滑柱5上做纵向的往复移动。

其中，支撑台61由横向的支撑板611和纵向的定位板612组成，定位板612与纵向滑柱5的相贴合，支撑板611朝向纵向滑柱5的一端与定位板612的上端固定连接，支撑板611与定位板612之间设有支撑杆8，支撑杆8的一端与定位板612的下端固定连接、另一端与支撑板611的下表面固定连接，支撑板611、定位板612及支撑杆8两两固定所构成的三个固定点不处于同一直线，支撑板611上设有至少两个锁定通孔6110。

另外，直线滑轨10的上端和下端均沿直线滑轨10的长度设有向外凸出的凸条101，滑块20的凹口201对应各凸条101的位置均设有凹条2011，滑块20嵌入至直线滑轨10，各凹条2011会正好与对应的凸条101相嵌合，并构成滑块20与直线滑轨10的周向限位及径向限位。

另外，移动台2下方的滑块20的数量为四个，且两个滑块20为一组形成两个滑块组，各滑块组分别位于移动台2的两侧并与对应的直线滑轨10滑移配合，各滑块组内的两个滑块20间隔设置。

另外，滑块20的许用应力计算如下：

M_n＝Fl (1)

式(1)中,M_n为底座1承受的弯矩，F为直线滑轨10可承受的压应力，l为直线滑轨10的高度；在本实施中，直线滑轨10的高度l设为200mm，直线滑轨10可承受的压应力F为15KN，其根据单点式激光测振仪的重量的基础上，且考虑有足够的安全系数。

故M_n＝Fl＝15×200＝3000N·m

式(2)中,w_z为滑块20与直线滑轨10连接处截面的抵抗矩，b为滑块20与直线滑轨10连接处截面的长，h为滑块20与直线滑轨10连接处截面的宽；在本实施例中，滑块与20直线滑轨10连接处的截面为长方形，长为2000mm，宽为20mm。

故

式(3)中,σ为滑块20的许用应力。

故

另外，横向传动丝杆41的许用应力计算如下：

式(4)中,σ1为横向传动丝杆41的许用应力,F_m为等效轴向载荷，d为横向传动丝杆41的直径，T为横向传动丝杆41的扭矩。在本实施例中，横向传动丝杆41的直径d为28.9mm，x轴方向的应力等效轴向载荷F_m为3.333KN,x轴方向的应力横向传动丝杆41的扭矩T为2.919N/m；z轴方向的应力等效轴向载荷F_m为4.667KN,x轴方向的应力横向传动丝杆41的扭矩T为5.839N/m；

故

另外，纵向传动丝杆71的许用应力的计算公式同式(4)。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (6)

1.一种基于单点式激光测振仪的二维扫描实验装置，其特征在于：包括呈水平设置的底座(1)，所述的底座(1)上设有移动台(2)，所述的底座(1)的两侧均设有直线滑轨(10)，所述的移动台(2)下方的两侧对应各直线滑轨(10)的位置均设有滑块(20)，各所述的滑块(20)的下方均设有凹口(201)，各所述的直线滑轨(10)嵌入至对应的凹口(201)内与之构成滑移配合；

所述的移动台(2)下方的中间位置设有限位块(31)，所述的限位块(31)内设有滑动螺母(310)，所述的移动台(2)的前端和后端分别固定设有前端轴承套(32)和后端轴承套(33)，所述的前端轴承套(32)、滑动螺母(310)及后端轴承套(33)三者的位置构成同一直线，所述的底座(1)上设有横向传动丝杆(41)，所述的横向传动丝杆(41)依次穿过前端轴承套(32)、滑动螺母(310)及后端轴承套(33)，所述的滑动螺母(310)内周设有螺纹并与横向传动丝杆(41)构成啮合传动，所述的底座(1)于前端轴承套(32)的前端设有第一电机(42)，所述的第一电机(42)的输出轴与横向传动丝杆(41)连动配合，所述的第一电机(42)为横向传动丝杆(41)提供转动作用力以带动横向传动丝杆(41)周向转动，横向传动丝杆(41)通过与滑动螺母(310)之间的啮合，最终带动移动台(2)在底座(1)上做横向的往复移动；

所述的移动台(2)上方设有纵向滑柱(5)，所述的纵向滑柱(5)的一侧设有支撑组件(6)，所述的纵向滑柱(5)内部呈镂空设置且其内设有纵向传动丝杆(71)，所述的支撑组件(6)包括有支撑台(61)、连接块(62)及套环(63)，所述的纵向滑柱(5)的一侧设有纵向滑孔(51)，所述的支撑台(61)位于纵向滑柱(5)的外侧并始终与纵向滑孔(51)相贴合，所述的连接块(62)与支撑台(61)固定连接并穿过纵向滑孔(51)伸入至纵向滑柱(5)内部，所述的套环(63)位于纵向滑柱(5)内并与连接块(62)固定连接，所述的套环(63)的内周设有螺纹并与纵向传动丝杆(71)构成啮合传动，所述的移动台(2)上设有第二电机(72)，所述的第二电机(72)的输出轴与纵向传动丝杆(71)连动配合，所述的第二电机(72)为纵向传动丝杆(71)提供转动作用力以带动纵向传动丝杆(71)周向转动，纵向传动丝杆(71)通过与套环(63)之间的啮合，最终带动支撑组件(6)在纵向滑柱(5)上做纵向的往复移动。

2.根据权利要求1所述的一种基于单点式激光测振仪的二维扫描实验装置，其特征在于：所述的支撑台(61)由横向的支撑板(611)和纵向的定位板(612)组成，所述的定位板(612)与纵向滑柱(5)的相贴合，所述的支撑板(611)朝向纵向滑柱(5)的一端与定位板(612)的上端固定连接，所述的支撑板(611)与定位板(612)之间设有支撑杆(8)，所述的支撑杆(8)的一端与定位板(612)的下端固定连接、另一端与支撑板(611)的下表面固定连接，所述的支撑板(611)、定位板(612)及支撑杆(8)两两固定所构成的三个固定点不处于同一直线，所述的支撑板(611)上设有至少两个锁定通孔(6110)。

3.根据权利要求1所述的一种基于单点式激光测振仪的二维扫描实验装置，其特征在于：所述的直线滑轨(10)的上端和下端均沿直线滑轨(10)的长度设有向外凸出的凸条(101)，所述的滑块(20)的凹口(201)对应各凸条(101)的位置均设有凹条(2011)，所述的滑块(20)嵌入至直线滑轨(10)，各凹条(2011)会正好与对应的凸条(101)相嵌合，并构成滑块(20)与直线滑轨(10)的周向限位及径向限位。

4.根据权利要求1所述的一种基于单点式激光测振仪的二维扫描实验装置，其特征在于：所述的移动台(2)下方的滑块(20)的数量为四个，且两个滑块(20)为一组形成两个滑块组，各滑块组分别位于移动台(2)的两侧并与对应的直线滑轨(10)滑移配合，各所述的滑块组内的两个滑块(20)间隔设置。

5.根据权利要求1所述的一种基于单点式激光测振仪的二维扫描实验装置，其特征在于，所述的滑块(20)的许用应力计算如下：

M_n＝Fl (I)

式(1)中,M_n为底座(1)承受的弯矩，F为直线滑轨(10)可承受的压应力，l为直线滑轨(10)的高度；

式(2)中,w_z为滑块(20)与直线滑轨(10)连接处截面的抵抗矩，b为滑块(20)与直线滑轨(10)连接处截面的长，h为滑块(20)与直线滑轨(10)连接处截面的宽；

式(3)中,σ为滑块(20)的许用应力。

6.根据权利要求1所述的一种基于单点式激光测振仪的二维扫描实验装置，其特征在于，所述的横向传动丝杆(41)的许用应力计算如下：

式(4)中,σ1为横向传动丝杆(41)的许用应力,F_m为等效轴向载荷，d为横向传动丝杆(41)的直径，T为横向传动丝杆(41)的扭矩。