激光对中仪的工作原理及其应用1

工具技术

激光对中仪的工作原理及其应用

吴

健

南京市自来水总公司

摘

要：介绍了设备对中的必要性和传统的千分表对中法，分析了激光对中仪的工作原理及其在供水行业的

应用实例。通过技术比较，证明激光对中仪用于设备的安装调试具有传统对中方法难以比拟的优势。

关键词：激光对中仪，设备对中，轴偏差，角偏差

PrincipleofLaserCenteringInstrumentandItsApplication

WuJian

Abstract：Thenecessityofequipmentcenteringandthetraditionalcenteringmethodbymicrometerareintroduced.Theprin-cipleoflasercenteringinstrumentanditsapplicationsinwatersupplyindustryareanalyzed.Thetechnicalcomparisonshowsthatthelasercenteringinstrumentissuperiortoconventionalcenteringmethodsintheinstallationandadjustmentofequipments.

Keywords：lasercenteringinstrument，equipmentcentering，axisdeviation，angledeviation

1激光对中仪的工作原理

（1）设备对中的必要性及千分表对中法设备的对中是指用仪器或其它检测工具对两个相连设备安装时的相对位置精度进行检测和调整，以保证其转轴位于同一条直线上。如果设备对中不良，会造成轴承过早损坏、联轴节摩擦增大、转轴发生往复移动等问题，从而降低设备的能源使用效率，提高设备运行成本，大大缩短设备的使用寿命。此外，对中不良会对转轴密封性产生严重影响，而更换密封件的费用有时可达到购买设备价格的20%。

过去，国内厂家主要使用千分表法来对中设备，其对中原理如下：按图1方式安装千分表，图中的A和B分别表示需要对中的两个传动轴，O和O'分别为A和B轴的轴心线与垂直于A轴轴心线的平面M的交点。千分表支架固定于A轴并随A轴旋转一周，千分表测头触点在B轴表面形成的轨迹是位于平面M内的闭合曲线（图中虚线所示），当B轴为表面光滑的圆柱体时，该闭合曲线是一个中心位于O'的椭圆，OO'即为A、B两轴的轴心线在平面M内的轴偏差值。

如果轴偏差和角偏差均为零，表明A、B轴的轴心线重合，千分表旋转一周中的示值将始终为常数，千分表测头触点形成的轨迹应是半径为RB的圆（见图2）。反之，如存在轴偏差，则千分表示值在旋转过程中会发生变化；如存在角偏差，则千分表测头（见触点形成的轨迹将会是一个短轴为2RB的椭圆图3），且在旋转过程中千分表示值会不断变化。

收稿日期：2005年4月

图1

图2图3

由此可知，千分表对中法是根据千分表测头在光滑圆柱轴表面形成的轨迹来确定其轴线位置。但是，如果被测轴为非光滑圆柱表面或存在表面缺陷，该方法就可能失效。此外，该方法的最大缺点是触点受力变化会引起千分表支架位移，影响对中精度，且安装、观测操作不便，工作效率低。

（2）激光对中仪的工作原理

激光对中仪是国外开发的一种先进、高效的设备对中仪器，具有精度高、效率高、易于操作等优点。近年来国内不少厂家（如炼油厂、自来水厂等）都已采用激光对中仪对机械设备进行安装和检修。

众所周知，激光具有极佳的方向性和单色性。方向性是指激光的光束发散角极小，基本沿直线传

2005年第39卷K12

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播，到达接收器时能量损失很小；单色性是指激光波长单一，易被接收器识别，不易受外界光干扰。激光对中仪正是应用了激光的这两大特点。激光对中仪通常采用波长635～670nm的半导体红色激光。

图4为一对需要对中的设备示意图。在A轴和B轴上分别安装能同时发送和接收激光束的测量器，并通过信号线与仪器主机相联。

移分量的关系为

tan/2Sα=（ΔA+ΔB）

（1）

假设B轴作平移，使两轴在中点处重合，则ΔA

和ΔB将分别变为ΔA-2δ和ΔB+2δcosα。根据对称原理，可知轴偏差与径向位移分量的关系为

ΔA-2δ=ΔB+2δcosα（2）

从以上分析可知，激光对中仪的测量值仅与对图4

激光束分别从装在A、B轴上的两只测量器发出，并被对方所接收。当光束落在接收器的光电点阵CCD采集面上时，便形成一个很小的照射区域；仪器主机经过计算，确定出该照射区域的能量中心点。随着轴的转动，各自光束的能量中心点也分别在对方接收器的CCD采集面上移动。仪器根据位移量即可计算出被测设备的轴偏差和角偏差。

激光对中仪是通过分别测量两个正交平面内实际偏差的分量、并分别纠正其分量偏差来调整对中设备的。现将激光对中仪的工作过程简化，如图5所示，并研究其中一个平面内的偏差分量。

图5

图中，A和B分别为两个被测轴的轴心线，S为测得的两只测量器间的距离，δ为两轴联接端面处的轴偏差（通常位于两测量器间的中点），α为两轴间的角偏差。两轴经过180º的翻转，轴上的测量器便从两轴的上半部分别移至下半部，此时，激光束分别在对方接收器的CCD采集面上发生位移，设位移的径向分量分别为ΔA和ΔB，

可知角偏差与径向位方接收器CCD采集面上光束能量中心位移的径向分量有关。由式（1）可知，角偏差的任何微小变化均可从ΔA+ΔB的变化中检测出来，

而使用千分表是无法做到这一点的；式（2）则表明，当角偏差很小时，cosα=1，δ=

（ΔA-ΔB）/4，测量的精确性相当高。值得一提的是，大多数激光对中仪除了能精确地测出轴偏差和角偏差外，将设备地脚垫平点与测量器的距离输入仪器（见图4），还能计算出设备各

个地脚的垫平值及平移值，大大方便了设备的调整。

2激光对中仪在供水行业的应用

以下为激光对中仪（EASY-LASERD400型）在供水行业设备调整中的部分应用实例。

（1）应用实例1：南京城北水厂二级泵房1号机组电机水泵的平车调整

设备：IDP600-LNN-950型清水泵，ABBHXR500LP10型电机（功率590kW，最高转速590r/min）

。调整原因：因轴不对中引起振动，造成电机驱动端轴承损坏。

（2）应用实例2：南京北河口水厂8号机组电机水泵的调整

设备：EBARA清水泵，韩国现代产电机（功率1000kW，

转速594r/min）。调整原因：轴不对中引起强烈振动，造成电机与水泵的联轴器螺栓全部断裂（该机组受地基下沉的影响，地脚固定螺栓错位严重，未能完全消除偏差）。

（3）应用实例3：南京北河口水厂7号机组电机

水泵的调整

该机组工况与8号机组相同，但未出现损坏，仅做定期维护保养。

在上述3个应用实例中，用激光对中仪对设备进行平车调整前后的检测数据见表1。

由以上应用实例可以看出，采用激光对中仪进行平车调整，可将设备间的实际偏差值调整到零，从而大大降低设备运转时的振动值，起到保护设备、延

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工具技术

表1

向上为正F1，F2：δ，

逆时针为正α：

应用实例1S：230S1：600S2：1850应用实例2S：220S1：920S2：2920应用实例3S：227S1：927S2：2927

水平面

平车调整前后的检测数据（单位：mm）

平车调整前

垂直面0.36-0.07/100mm

0.03-0.81-0.690.01/100mm-0.59-0.34-0.350.01/100mm-0.27-0.01

3.10mm/s36.0mm/s10.9mm/s电机振动

水平面0.000.00/100mm

0.020.040.130.00/100mm

0.120.080.000.00/100mm

0.000.02

平车调整后

垂直面0.010.00/100mm

0.010.020.120.00/100mm

0.100.030.000.00/100mm

0.010.02

1.60mm/s3.70mm/s0.40mm/s电机振动

δαF1F2

0.00-0.17/100mm

-0.83-2.96-0.25-0.61/100mm

-1.51-4.610.010.01/100mm

0.060.26

δαF1F2

δαF1F2

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健，高级工程师，南京市自来水总公司城北水

与电子，2001（6）：71～72作者：吴厂，210038南京市

3结语

根据以上原理分析和实际应用情况可知，与千分表对中法相比，使用激光对中仪具有以下优点：

（1）激光对中基准为“绝对直线”，消除了千分表对中时千分表支架及测头挠曲变形对测量精度的影响。

（2）为保证测量数据的连续性，千分表对中时必须持续进行读数；而激光对中时只需测量三个数据，大大减轻了对中工作强度。

（3）千分表对中时设备每调整一次，就必须盘车重测一次，需多次反复测量才能完成设备调整；而激光对中法只需测量一次，设备调整时可进行实时数据显示，直至将设备调整到理想状态。

千分表对中法在很大程度上依赖机修人员（4）

的操作经验和分析能力；而激光对中仪操作简便，自动化程度高，不再需要“专业级”机修人员。

（5）激光对中仪的检测精度一般可达到0.与千分表对中法相比，精度和可靠性均大幅001mm，

度提高。根据大量用户的使用经验，激光对中仪的工作效率可比传统对中方法提高近十倍。

目前我国使用的激光对中仪主要依靠从国外进口，国内尚无生产厂家，由于进口仪器价格较高，在一定程度上限制了在国内的推广应用。如果引进产品生产线在国内生产，或研制具有自主知识产权的国产激光对中仪，一定有相当不错的市场前景。

参考文献

1

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未来15年国内GDP增速不低于7.5%

国家统计局国民经济核算司司长许宪春昨日预测称，国内GDP增长率将不低于7.5%。2005年至2020年，

他进一步预测，“十一五”期间GDP平均增长率将达到“十一五”期末总量将超过26万亿元，人均GDP8.5%左右，

近1.9万元；“十二五”期间GDP平均增长率将达到8%左右，人均GDP接近3万元，中国正式步入中等收入发展中国家；“十三五”期间GDP增长率将达到7%左右，人均GDP超过4万元。

他同时表示，“十一五”期间，第二产业的比重将会继续上升，主要表现在对能源需求的上升导致能源部门扩张以及高投资率带来的资本品需求的上升，另外WTO过渡期多种纤维协定的取消将促进纺织和服装部门的扩张。到“十二五”和“十三五”时期，采矿业和低技术产业比重将下降，第二产业比重将回落，第三产业的比重将不断上升。

此外，许宪春还预计“十一五”期末投资比重将达到最终消费率将达到57%左右，净出口比重将达到1%42%，

左右，比2005年有所下降；到“十三五”期末，投资比重将加速下滑到35%，消费比重将接近60%，净出口比重将不超过0.5%。