CN103307962A - 平面度自动测量机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种平面度自动测量机，至少包括底座、支撑架、传动导向系统、夹具系统、测量系统和运动控制系统，底座水平放置于地面上，支撑架竖直固定于底座上，传动导向系统固定安装于底座上；夹具系统包括平台底板和弹性夹紧机构；所述的测量系统包括数显百分表、单片机A以及计算机，数显百分表安装于Y轴滚珠丝杠的滑块上；运动控制系统包括上位机、单片机B、驱动器、接近开关以及步进电机。本发明所提供的平面度自动测量机采用计算机技术自动化实现对检测物变形量的检测、处理、存储和分析，机对于降低劳动成本、提高生产效率、提高测量可靠性等方面都有重要意义，同时，该测量机可移植性较强。

Description

平面度自动测量机

技术领域

本发明涉及一种平面度自动测量机，尤其涉及一种检测燃料电池电堆组件平面度的机器，属于机械自动化设计领域。

背景技术

燃料电池(Fuel Cell)是一种将存在于燃料气体与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。燃料和空气分别送进燃料电池，电就被奇妙地生产出来。在能源紧张的今天，燃料电池以其效率高、废物排放少、无噪声、无振动、适应范围广等优点而受到广泛关注。在燃料电池中平板式固体氧化物燃料电池是应用前景最为广阔的燃料电池之一。平板式固体氧化物燃料电池组的组件平面度对于能量转化效率影响很大，所以需要对各组件进行平面度的测量。

燃料电池电堆组件包括单电池和连接板，板的厚度都在2mm左右，由于电池电堆是数十块单电池跟连接板的堆叠，所以当平面度不高时，组装后的电池电堆组件将产生很大的变形，对电池组的密封性也会产生很大影响，更重要的是将会对电池效率产生影响，平面度越低效率越低。因此，对于电池组组件平面度的控制，在电池制备过程中是至关重要的。

检测燃料电池电堆组件的平面度是检验该组件是否合格，是否可以参与构成电池电堆的必不可少的环节。目前，平面度测量都是人工完成的，实验员需要通过百分表来检测燃料电池组件的变形情况。操作人员需要将表架通过磁力座固定在工作平台上，每次测量时用手移动百分表，同时通过人工记录测量的数据，然后对测得的数据进行人工比对。这种操作方式费时费力，当需要检测的部件数量很大时，人工成本很大。

发明内容

本发明提供了一种平面度自动测量机，该测量机解决了背景技术中的不足，能够快速、自动、有效、准确地检测燃料电池电堆组件的平面度，同时，本发明提供的测量机还可用于检测其他较精密物件的平面度，其适用性广。

实现本发明上述目的所采用的技术方案为：

一种平面度自动测量机，至少包括底座、支撑架、传动导向系统、夹具系统、测量系统和运动控制系统，底座水平放置于地面上，支撑架竖直固定于底座上，传动导向系统固定安装于底座上，其中传动导向系统包括两套滚珠丝杠，两滚珠丝杠分别固定安装在底座和支撑架上，两者均水平安装且两者之间相互垂直，其中安装于底座上的滚珠丝杠为X轴滚珠丝杠，安装于支撑架上的滚珠丝杠为Y轴滚珠丝杠；夹具系统包括平台底板和弹性夹紧机构，平台底板水平固定在X轴滚珠丝杠的滑块上，其中平台底板上至少设置有三处支承，且三处支承呈三角状分布，弹性夹紧机构安装于平台底板上，待测物放置于支承上，弹性夹紧机构和支承共同将待测物夹紧；所述的测量系统包括数显百分表、单片机A以及计算机，数显百分表安装于Y轴滚珠丝杠的滑块上，其测量头竖直朝下，且测量头与待测物的表面接触，数显百分表、单片机A以及计算机之间依次通过数据线连接，数显百分表所测得的数字经单片机A读取后发送至计算机显示并存储；所述的运动控制系统包括上位机、单片机B、驱动器、接近开关以及步进电机，所述步进电机设有两个，两步进电机通过联轴器分别与两滚珠丝杠连接，且带动滚珠丝杠运动，驱动器设有两个，两驱动器分别与两步进电机连接并驱动步进电机，单片机B与两驱动器连接，单片机B通过驱动器控制步进电机的运动，上位机与单片机B连接，接近开关与单片机B连接，且接近开关安装于平台底板上。

所述的滚珠丝杠至少包括支承座、直线导轨、滑块、滚珠丝杆螺母、滚珠丝杆、固定座以及手轮，滚珠丝杆安装在支承座及固定座之间，滚珠丝杆的顶端通过梅花联轴器与步进电机连接，手轮安装于步进电机上，与步进电机同轴安装。

X轴滚珠丝杠的型号为BK12和BF12，Y轴滚珠丝杠的型号为BK10和BF10。

平台底板设有三处支承，且三处支承中一处为固定支承，另两处为采用螺旋测微器的可调支承。

所述的弹性夹紧机构包括立柱、夹头以及弹性夹丝，所述的立柱竖立固定在平台底板上，夹头套在立柱上且与立柱之间间隙配合，夹头能够沿立柱滑动，弹性夹丝为高弹性高刚度的钢丝，弹性夹丝固定在夹头上。

所述的单片机A为STC12C5410AD单片机，单片机B为STC89C52单片机。

所述的步进电机为23HS2430步进电机和23HS6620步进电机，与23HS2430步进电机连接的驱动器为DM542驱动器，与23HS6620步进电机连接的驱动器为TB6560驱动器。

所述的上位机为计算机，与测量系统共用。

本发明所提供的平面度自动测量机采用计算机技术自动化实现对检测物变形量的检测、处理、存储和分析，将工作人员从简单的重复性工作中解放出来，将更多的精力集中在重点和难点的研究上。因此本发明所提供的平面度自动测量机对于降低劳动成本、提高生产效率、提高测量可靠性等方面都有重要意义，同时，该测量机可移植性较强，还可以广泛用于较精密的产品设备检测中，因而具有非常广泛的实用价值和应用前景。

附图说明

图1为本发明所提供的平面度自动测量机的结构示意图；

图2为滚珠丝杠的结构示意图；

图3为夹具系统的结构示意图；

图4为平台底板的结构示意图；

图5为测量系统的结构原理框图；

图6为运动控制系统的结构原理框图；

图7为本发明所提供的平面度自动测量机的工作流程图；

图中：1-底座，2-支撑架，3-X轴滚珠丝杠，4-Y轴滚珠丝杠，5-平台底板，6-电堆组件，7-数显百分表，8-手轮，9-步进电机，10-梅花联轴器，11-固定座，12-滚珠丝杆，13-滑块，14-滚珠丝杆螺母，15-直线导轨，16-支承座，17-可调支承，18-立柱，19-夹头，20-弹性夹丝，21-固定支承。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做详细具体的说明。

本发明所提供的平面度自动测量机的机械装置部分的结构如图1所示，包括底座1、支撑架2、传动导向系统、夹具系统、测量系统和运动控制系统，其中底座1水平放置于地面上，支撑架2竖直固定于底座1上，传动导向系统固定安装于底座1上，其中传动导向系统包括两套滚珠丝杠，两滚珠丝杠分别固定安装在底座1和支撑架2上，两者均水平安装且两者之间相互垂直，其中安装于底座1上的滚珠丝杠为X轴滚珠丝杠3，安装于支撑架2上的滚珠丝杠为Y轴滚珠丝杠4；X轴滚珠丝杠3的型号为BK12和BF12，Y轴滚珠丝杠4的型号为BK10和BF10。

所述的滚珠丝杠的结构如图2所示，包括支承座16、直线导轨15、滑块13、滚珠丝杆螺母14、滚珠丝杆12、固定座11以及手轮8，滚珠丝杆12安装在支承座16及固定座11之间，滚珠丝杆12的顶端通过梅花联轴器10与步进电机9连接，手轮8安装于步进电机9上，与步进电机9同轴安装。

所述的夹具系统包括平台底板5和弹性夹紧机构，平台底板5水平固定在X轴滚珠丝杠3的滑块13上，其中平台底板5上至少设置有三处支承，且三处支承呈三角状分布，如图4所示，在本实施例中，平台底板5设有三处支承，且三处支承中一处为固定支承21，另两处为采用螺旋测微器的可调支承17。

弹性夹紧机构安装于平台底板5上，待测物即电堆组件6放置于支承上，弹性夹紧机构和支承共同将电堆组件6夹紧；弹性夹紧机构的结构如图2所示，包括立柱18、夹头19以及弹性夹丝20，所述的立柱18竖立固定在平台底板5上，夹头19套在立柱18上且与立柱18之间间隙配合，夹头19能够沿立柱18滑动，弹性夹丝20为高弹性高刚度的钢丝，弹性夹丝20固定在夹头19上。移动夹头19在立柱18上的位置就能达到在弹性夹丝20变形的情况下将被电堆组件6夹紧的目的，且在反作用力的作用下，夹头19不会沿立柱18滑动，处于自锁状态。采用这种夹紧方式夹紧操作方便，夹紧力足够大，夹紧机构占据空间位置小且不影响测量面积。

所述的测量系统包括数显百分表7、单片机A以及计算机，本实施例中所述的单片机A为STC12C5410AD单片机。数显百分表7安装于Y轴滚珠丝杠4的滑块上，其测量头竖直朝下，且测量头与待测物的表面接触，数显百分表7、单片机A以及计算机之间依次通过数据线连接，数显百分表7所测得的数字经单片机A读取后发送至计算机显示并存储，如图5所示。

运动控制系统如图6所示，包括上位机、单片机B、驱动器、接近开关以及步进电机，本实施例中所述的单片机B为STC89C52单片机。所述步进电机设有两个，两步进电机通过联轴器分别与两滚珠丝杠连接，且带动滚珠丝杠运动，驱动器设有两个，两驱动器分别与两步进电机连接并驱动步进电机，单片机B与两驱动器连接，单片机B通过驱动器控制步进电机的运动，上位机与单片机B连接，接近开关与单片机B连接，且接近开关安装于平台底板上。本实施例中所述的步进电机为23HS2430步进电机和23HS6620步进电机，与23HS2430步进电机连接的驱动器为DM542驱动器，与23HS6620步进电机连接的驱动器为TB6560驱动器。同时，本实施例中所述的上位机为计算机，与测量系统共用同一台。

上位机即计算机在完成人机交互功能的同时，又能够起到串联运动和测量两部分的作用。单片机B完成控制步进电机运动的作用，单片机B发出的信号将直接决定了步进电机将以何种方式运行。驱动器完成驱动步进电机、提供能量的作用。接近开关用于检测位移，已达到准确定位的目的。步进电机就是设备的动力源，提供旋转动力。

本发明所提供的平面度自动测量机的工作原理及工作流程如图7所示，本发明中在计算机中设置有配套的软件，该软件由参数配置部分、图像显示部分和操作按键部分三部分组成。

参数配置部分需要选择三个参数，串口号、待测的电堆组件的规格和数据保存目录。串口分别需要选择测量系统串口和步进电机系统串口，两个串口号必须不同。规格包括100×100、110×110和150×150三种。数据保存目录需要选择测量数据的保存文件夹，当测量完成时系统会自动在该文件夹下生成一个文件名为测量开始时间的.xls文件。

图像显示部分

波形图表可以显示实时测量结果所构成的波形图，也可以选择一个历史保存数据文件打开显示。

操作按键部分

操作按键包括三个按键：开始、暂停和停止。在参数配置都完成的情况下，按下“开始”按键，将开始自动测量。测量期间按下“暂停”，将停止运动在当前位置。再次按下“开始”将继续测量。测量结束后，将停止运动，此时按下“停止”按键，将使系统复位，表头回原点，软件停止工作。如果在测量过程中按下“停止”按键，其效果相同，软件停止，表头回原点。

Claims (8)

1.一种平面度自动测量机，其特征在于：至少包括底座、支撑架、传动导向系统、夹具系统、测量系统和运动控制系统，底座水平放置于地面上，支撑架竖直固定于底座上，传动导向系统固定安装于底座上，其中传动导向系统包括两套滚珠丝杠，两滚珠丝杠分别固定安装在底座和支撑架上，两者均水平安装且两者之间相互垂直，其中安装于底座上的滚珠丝杠为X轴滚珠丝杠，安装于支撑架上的滚珠丝杠为Y轴滚珠丝杠；夹具系统包括平台底板和弹性夹紧机构，平台底板水平固定在X轴滚珠丝杠的滑块上，其中平台底板上至少设置有三处支承，且三处支承呈三角状分布，弹性夹紧机构安装于平台底板上，待测物放置于支承上，弹性夹紧机构和支承共同将待测物夹紧；所述的测量系统包括数显百分表、单片机A以及计算机，数显百分表安装于Y轴滚珠丝杠的滑块上，其测量头竖直朝下，且测量头与待测物的表面接触，数显百分表、单片机A以及计算机之间依次通过数据线连接，数显百分表所测得的数字经单片机A读取后发送至计算机显示并存储；所述的运动控制系统包括上位机、单片机B、驱动器、接近开关以及步进电机，所述步进电机设有两个，两步进电机通过联轴器分别与两滚珠丝杠连接，且带动滚珠丝杠运动，驱动器设有两个，两驱动器分别与两步进电机连接并驱动步进电机，单片机B与两驱动器连接，单片机B通过驱动器控制步进电机的运动，上位机与单片机B连接，接近开关与单片机B连接，且接近开关安装于平台底板上。

2.根据权利要求1所述的平面度自动测量机，其特征在于：所述的滚珠丝杠至少包括支承座、直线导轨、滑块、滚珠丝杆螺母、滚珠丝杆、固定座以及手轮，滚珠丝杆安装在支承座及固定座之间，滚珠丝杆的顶端通过梅花联轴器与步进电机连接，手轮安装于步进电机上，与步进电机同轴安装。

3.根据权利要求1或2所述的平面度自动测量机，其特征在于：X轴滚珠丝杠的型号为BK12和BF12，Y轴滚珠丝杠的型号为BK10和BF10。

4.根据权利要求1所述的平面度自动测量机，其特征在于：平台底板设有三处支承，且三处支承中一处为固定支承，另两处为采用螺旋测微器的可调支承。

5.根据权利要求1所述的平面度自动测量机，其特征在于：所述的弹性夹紧机构包括立柱、夹头以及弹性夹丝，所述的立柱竖立固定在平台底板上，夹头套在立柱上且与立柱之间间隙配合，夹头能够沿立柱滑动，弹性夹丝为高弹性高刚度的钢丝，弹性夹丝固定在夹头上。

6.根据权利要求1所述的平面度自动测量机，其特征在于：所述的单片机A为STC12C5410AD单片机，单片机B为STC89C52单片机。

7.根据权利要求1所述的平面度自动测量机，其特征在于：所述的步进电机为23HS2430步进电机和23HS6620步进电机，与23HS2430步进电机连接的驱动器为DM542驱动器，与23HS6620步进电机连接的驱动器为TB6560驱动器。

8.根据权利要求1所述的平面度自动测量机，其特征在于：所述的上位机为计算机，与测量系统共用。

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