CN101750008A - 一种带阻尼脉冲式主动测量直线位移传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种带阻尼脉冲式主动测量直线位移传感器，包括基座、测杆、控制电路、驱动组件，其特征在于：在对驱动组件发出指令后，测杆前伸接触被测工件，控制电路通过测量测杆移动量获得测点位置即位移值，测杆在完成前伸动作接触被测物体并短暂停留后自动回缩至初始状态完成一个测量周期，测得值在一个测量周期内被保持以便显示、读取或上传给外部电路作进一步处理。整个测量过程可由外部电路控制完成。驱动组件动力可以是电磁、气动或液动等方式，传感器内部装有阻尼装置以减少测量震荡。本发明具备主动伸出、自动测量、读数保持等特点，可实现对被测物体的批量或在线自动快速测量，多个这种传感器可搭建大型自动误差测量系统。

Description

一种带阻尼脉冲式主动测量直线位移传感器

(一)技术领域

本发明涉及一种可以用于自动或手动测量的机械制造领域的尺寸误差电子测量装置，具体为一种带阻尼脉冲式主动测量直线位移传感器。

(一)背景技术

目前，机械制造领域所使用的长度测量工具主要是以容栅直线位移传感器为基础的数显指示表或尺。其中广泛应用在检具和现场测量的量表如数显百分表、千分表的测杆都是外推式的，即：测量时，量表的测杆头部持续接触工件，量表指示表显示测量所得位移测得值，测得数据是动态的。测杆受内部拉簧作用，测杆状态总是伸出状态，测杆必须持续接触被测工件确定相对位移值。由于在整个测量过程中测杆头部必须一直接触被测工件，所以测量前测杆在其轴向即测杆的伸缩方向上必须保证测量时测杆头能接触到被测工件。为保证能完成测量，被测工件或量表只能沿测杆轴向靠近，而不能横向靠近。实践中，常常需要横向安装工件，所以，采用现有的数显量表式传感器很难实现快速自动测量。尤其是在测量大型复杂工件时，测点数目多达几十上百个，传统方式的效率更是明显低下而无法胜任。

(三)发明内容

本发明公开的是“一种带阻尼脉冲式主动测量直线位移传感器”，发明的目的是要实现自动、半自动快速测量。为了实现此目的，本发明采取了如下的技术方案：

本发明所述的一种带阻尼脉冲式主动测量直线位移传感器的位移信号采集装置仍采用如目前普遍使用的容栅量表式直线位移传感器，其主体结构与传统数显指示表类似，包括基座、测杆、动栅、定栅、及可选数显组件。与传统数显量表不同的是，本发明传感器在传统数显量表基础上去除内部拉簧或反装内部拉簧，并在测杆尾端加装一个驱动组件，使得测杆的初始状态为回缩状态即零位置，也是驱动组件的初始状态，修改传统量表内部软件以便保持传感器读数为测杆移动最大值，而不是传统量表的动态位移数值。开始测量时，驱动组件的电磁力，或气压力、油压力、人工手推力等受控将量表测杆推出至接触被测工件，内部位移传感器电路通过计算获得位移值。为保证测得数据稳定，驱动系统在完成伸出动作后、回缩之前，作适当延时。驱动组件撤销外力后测杆自动回退至零位置，完成一个测量周期，测杆推拉动作类似一个脉冲信号。在一个测量周期中，测量值被保持供人工读数或由上位控制计算机完成数据采集，直至下一个测量周期即测杆被再次推出为止。也就是，测量值是本测量周期中测杆前伸的一个最大位移值。

由于测杆在测量前是回缩状态，不占有工件安装空间，上述测量过程和数据采集可以通过接口电路由外部控制器自动完成，即整个测量过程可以是全自动的。该传感器使用时的一个特例是人工将测杆压入，这时驱动组件简化成测杆末端保护套、由内部拉簧或外装拉簧将测杆拉至零位即回缩状态。

所述驱动组件的设计要求适于内部所用位移传感器，如内部采用容栅位移传感器，考虑到容栅位移传感器的反应时间，以及测杆头在测量时与工件之间有一定的压力又不产生剧烈碰撞或震荡，所以本发明在设计驱动组件时加装了阻尼机构，如阻尼环、阻尼弹簧等。

驱动组件可以有多种形式，包括电磁铁、微型气动或液动装置、微电机、外部推拉机构等。一种经济可靠的驱动组件是电磁铁，通过可控的电磁力完成对测杆的推拉。需要注意的是，电磁铁推拉杆通常要加装阻尼装置以减少测杆伸缩速度过快或震荡。驱动组件采用微型气动装置时，其主要结构就是气缸活塞结构，外接气泵为动力源，通过控制气源的接通和气的流动方向，气缸活塞在压缩空气的作用下产生动作，推动测杆完成测量动作。气缸活塞杆与气缸通过微隙和密封圈形成阻尼缓冲避免激烈推拉动作。液动装置的结构设计与气动装置基本相同，只是密封性能要求更高，其优点是缓冲性能和可控性好。采用微电机做驱动组件时，与测杆连接的微电机推杆必须带压力传感或微电机本身必须有过载保护，以便在测杆推出触碰被测物体后，微电机可以自动反转回缩或停转后再反转回缩。驱动组件还可以是与外部其它推拉结构相连接的转接器，通过该转接器把外部推拉力传递给测杆，产生适当的推拉动作。人工推压是驱动组件的一个特例。

本发明的有益效果：

由于本发明采用现有成熟直线位移传感器如容栅位移传感器或类似传感器等作为位移信号采集装置，因此拥有传统产品的所有优点，技术成熟、可靠。本发明的位移传感器主体结构与传统的数显指示表相比，仅需改变测杆拉簧的作用方向，或省略内部拉簧改由驱动组件将测杆拉回，使其初始状态即零位由伸出状改为回缩状。驱动组件可作为一个独立部件进行制造，装配简易，易于大量生产。本发明所述的带阻尼脉冲式主动测量直线位移传感器的整个测量动作全部可由程序控制，测杆不影响工件放置，可以构建成大型的快速自动误差检测系统，大幅度提高产品的检测效率并可实现在线检测。

(四)附图说明

图1为本发明实施例一的结构与工作初始状态示意图。

图2为本发明实施例一的测杆伸出并碰触工件状态示意图

图3为本发明实施例一的总体立体图

图4为本发明实施例二、例三的驱动组件结构示意图

图5为本发明实施例二、例三的驱动组件立体图

图号标识：

1待测工件    2测杆         3数显组件    4数显屏   5基座

6拉簧        10驱动组件    11端盖       12活塞    13动杆

14铁套       15密封圈      16顶杆       17壳体    18电磁铁线圈

19气/液缸    20有口端盖    21进气/液口

(五)具体实施方式

本发明以传统数显指示表作为基础结构，根据所采用的驱动方式分电磁铁驱动、气动、液动等多个实施例。共同的基础结构是：测杆2套装于基座5两端的导向孔，直线位移式容栅传感器的动栅与测杆2固连，定栅与基座5固连。拉簧6对测杆2的作用方向与传统的作用方向相反，即在拉簧6的作用下，测头2的初始状态为回缩状态(图1向右边为回缩)。

实施例一

本发明一种带阻尼脉冲式主动测量直线位移传感器实施例一为测杆推拉动作由电磁铁驱动，如图1所示，在基座5右边的导向孔外，安装驱动组件10，驱动组件10包括壳体17、电磁铁线圈18、活塞12、端盖11、密封圈15，活塞12的结构还包括一体化的镶嵌铁套14、顶杆16、动杆13，壳体17与基座5、壳体17与端盖11之间为螺纹联接，壳体17与顶杆16之间、动杆13与端盖11之间为微隙滑动配合。

本实施例的工作过程是：外部控制器给出触发信号，电磁铁线圈18通电，活塞12向左运动，顶杆16推动测杆2靠向被测工件1，与工件接触后由位移信号采集装置即直线位移式容栅传感器获取测量值，稍做延时后外部控制器终止电磁铁的通电状态，测杆2在拉簧6的作用下自动回退至初始状态，完成一个测量周期。本测量周期内所获取的测量数值，由程序分选其中的位移极限值，并将其保持在数显屏及内部存储器，同时该测量结果也可通过接口电路被外部控制器收集和记录。

实施例二

如图4为本发明实施例二驱动组件的结构示意图，采用气动驱动，驱动组件包括气缸19、活塞12、有口端盖20、密封圈15，活塞12的结构还包括顶杆16、手动杆13，端盖20上设有进气口21，气缸19与基座5、气缸19与端盖20之间为螺纹联接，气缸19与顶杆16之间、手动杆13与端盖20之间为微隙滑动配合，进气口21与气源连通。

本实施例的工作过程是：外部控制器给出触发信号，接通气源，活塞12向左运动，顶杆16推动测杆2靠向被测工件1获取测量值，外部控制器控制切断气源，测杆2在拉簧6的作用下自动回退至初始状态，完成一个测量周期。

实施例三

如图4，采用液动驱动，驱动组件的构成与气动相似，只是密封性能要求更高，手动杆13与油缸端盖20、活塞19与顶杆16之间应加密封圈。动力源为液压泵。控制与测量原理与实施例一、例二相同。

Claims (8)

1.一种带阻尼脉冲式主动测量直线位移传感器，包括基座、测杆、控制电路、驱动组件，其特征在于：基座尾部装有驱动组件，测杆移动由驱动组件控制，测杆的初始状态即零位状态为回缩状态，驱动组件在接收指令通电后，测杆前伸接触被测工件获得测量参数，测杆作短暂停留后自动回缩至初始状态完成一个测量周期，测得值在内部电路中保持直至下一个测量周期开始。

2.根据权利要求1所述的一种带阻尼脉冲式主动测量直线位移传感器，其特征在于：所述驱动组件由电磁铁提供动力。

3.根据权利要求1所述的一种带阻尼脉冲式主动测量直线位移传感器，其特征在于：所述驱动组件为可控的微型气动机构。

4.根据权利要求1所述的一种带阻尼脉冲式主动测量直线位移传感器，其特征在于：所述驱动组件为可控的微型液压机构。

5.根据权利要求1～4所述的任何一种带阻尼脉冲式主动测量直线位移传感器，其特征在于：在驱动组件装有阻尼装置以减少测量过程中测杆的震荡。

6.根据权利要求1～5所述的任何一种带阻尼脉冲式主动测量直线位移传感器，其特征在于：驱动组件由外部控制器发出指令来产生动作，测量数据由外部控制器完成采集和存储。

7.根据权利要求1～5所述的任何一种带阻尼脉冲式主动测量直线位移传感器，其特征在于：可以直接手动或通过外部机构按压驱动组件中的推杆推拉测杆进行测量和读数。

8.根据权利要求1～7所述的任何一种带阻尼脉冲式主动测量直线位移传感器，其特征在于：控制电路可提供数字显示、声光报警、执行元件电信号输出等。

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