CN103913122A - 一种工件长度测量装置 - Google Patents

Abstract

一种工件长度测量装置，它包括左限位开关、传输机构、滑动体、光电开关、右限位开关、步进电机、校准标尺、编码器、控制器和工控机，所述传输机构包括传送带和传动装置，本发明利用被测物体对光电开关发出光束的遮挡或反射，从而检测物体的有无；利用随着滑动体移动的光电开关来实现被测物体长度或宽度的检测。将光电开关的移动距离采用编码器脉冲数量即可方便获得，从而测量出被测物体的长度。为了解决被测物体长度与光电开关、步进电机等参数无关，容易普及适应，则增加了校准标尺来实现实时校准，永久准确使用。本发明不仅安装方便、成本低，而且测量精度高，运行稳定可靠，便于推广使用。

Description

一种工件长度测量装置

技术领域

本发明属于工件长度检测技术领域，具体地说是一种工件长度测量装置。

背景技术

随着科技的发展，产品长度的检测精度要求越来越高，需要在制造业生产过程中对工件长度或宽度进行检测剔除或者采取不同生产工艺来提高产品尺寸的精确性。对于高精度的物体长度检测，一般采用的方法有两种：

一是采用高精度的量具，例如游标卡尺、千分尺等，但一般只能用于人工操作，在大批量检测时难以实现。而且对于大小不同的待测产品，可能需要多套量具，不够柔性。这种检测方法不仅测量精度难以保证，而且操作步骤比较繁琐，检测过程的环境因素也在一定程度上影响检测效果。

二是采用红外光幕、超声波、CCD成像等测量方法方法。但是这些方法成本较高，安装方式和条件受限。

发明内容

针对上述不足，本发明提供了一种安装方便、成本低的工件长度测量装置。

本发明解决其技术问题采取的技术方案是：一种工件长度测量装置，用于在测试工装上对被测物体的长度进行测量，其特征是，包括左限位开关、传输机构、滑动体、光电开关、右限位开关、步进电机、校准标尺、编码器、控制器和工控机，所述左限位开关和右限位开关分别设置在测试工装的左右两端，所述传输机构左右方向设置在测试工装上，传输机构包括传送带和传动装置，所述传动装置设置在测试工装的右端，所述滑动体设置在传送带上，可以在测试工装上左右运动；所述光电开关设置在滑动体上面，所述步进电机通过传动丝杠与传动装置传动连接，步进电机的驱动器与控制器连接，所述校准标尺设置在测试工装上被测物体左侧，所述编码器设置在步进电机上，并与控制器连接，所述控制器分别与左限位开关、光电开关和右限位开关连接，所述工控机与控制器连接。

作为优选，所述控制器包括单片机以及分别与单片机连接的电源模块、存储模块、开关量输入电路、高速脉冲输入电路、拨码开关、RS485接口电路、PWM脉冲输出电路、开关量输出电路和高速脉冲输出电路，所述电源模块采用DC-DC转换模块，用以为单片机提供工作电压，所述存储模块采用铁电存储器，所述开关量输入电路分别与左限位开关、光电开关和右限位开关连接，所述高速脉冲输入电路与编码器连接，所述PWM脉冲输出电路与步进电机的驱动器连接，所述开关量输出电路有3路，其中的2路开关量输出电路分别与步进电机的驱动器连接，其中的1路开关量输出电路与上位机连接，所述的RS485接口电路和高速脉冲输出电路分别与上位机连接。

作为优选，所述单片机采用STM8S系列单片机。

本发明利用被测物体对光电开关发出光束的遮挡或反射，从而检测物体的有无；利用随着滑动体移动的光电开关来实现被测物体长度或宽度的检测。将光电开关的移动距离采用编码器脉冲数量即可方便获得，从而测量出被测物体的长度。为了解决被测物体长度与光电开关、步进电机等参数无关，容易普及适应，则增加了校准标尺来实现实时校准，永久准确使用。

本发明的有益效果是：本发明采用非接触式被测物体长度检测，可用于自动化生产线中对于工件长度的检测，不仅安装方便、成本低，而且测量精度高，运行稳定可靠，便于推广使用。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明所述控制器的结构示意图；

图中，1测试工装、2左限位开关、3滑动体、4光电开关、5校准标尺、6右限位开关、7传送带、8传动装置、9步进电机、10步进电机驱动器、11编码器、12控制器、13工控机、14正转控制线、15反转控制线、16 PWM脉冲控制线、17被测物体。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过针对喷丸机生产线对工件的大小识别的具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。

如图1所示，本发明的一种工件长度测量装置，用于在测试工装1上对被测物体17的长度进行测量，其特征是，包括左限位开关2、传输机构、滑动体3、光电开关4、校准标尺5、右限位开关6、步进电机9、编码器11、控制器12和工控机13，所述左限位开关2和右限位开关6分别设置在测试工装1的左右两端，所述传输机构左右方向设置在测试工装1上，传输机构1包括传送带7和传动装置8，所述传动装置8设置在测试工装1的右端，所述滑动体3设置在传送带7上，可以在测试工装上随着传送带左右运动；所述光电开关4设置在滑动体3上面，所述步进电机9通过传动丝杠与传动装置8传动连接，步进电机的驱动器10分别通过正转控制线14、反转控制线15和PWM脉冲控制线16与控制器12连接，所述校准标尺5设置在测试工装上被测物体左侧，所述编码器11设置在步进电机9上，并与控制器12连接，所述控制器12分别通过数据线与左限位开关2、光电开关4和右限位开关6连接，所述工控机13与控制器12连接。

如图2所示，本发明所述的控制器包括STM8S系列单片机以及分别与单片机连接的电源模块、铁电存储器、3路开关量输入电路、1路高速脉冲输入电路、3个拨码开关、RS485接口电路、PWM脉冲输出电路、3路开关量输出电路和1路高速脉冲输出电路，所述电源模块采用DC-DC转换模块，用以为单片机提供工作电压，所述3路开关量输入电路分别与左限位开关、光电开关和右限位开关连接，所述1路高速脉冲输入电路与编码器连接，用于获取脉冲数据，所述PWM脉冲输出电路与步进电机的驱动器连接，所述3路开关量输出电路中的2路开关量输出电路分别与步进电机的驱动器连接，用于控制步进电机的正反转，另外的1路开关量输出电路与上位机连接，用于与上位机工控机联络信号，所述的RS485接口电路和高速脉冲输出电路分别与上位机连接，用于采用不同的通信方式进行数据传输。

参考图1，在具体应用过程中，本发明根据实际情况安装传动机构，该传动机构可以水平安装，用以测量工件的长度或宽度，也可以垂直安装，用以测量工件的高度，本发明的传动机构并不局限于本申请描述的水平设置方式，垂直设置方式也属于本申请的保护范围。校准标尺的大小根据具体情况而定。电机的转速可根据实际情况通过3个拨码开关设定的。本发明的测量原理为：不仅电机通过传输结构带动滑动体上的光电开关移动，首先经过校对标尺，经过校对标尺时光电开关光被反射，即形成一个脉冲信号宽度P1；当经工件（被测物体）时形成脉冲信号宽度为P2；脉冲信号宽度即为编码器的脉冲个数（同时可参考单片机内部计数器的值）。设脉冲宽度的脉冲个数为N1、N2，P1是校准标尺，数值已知，则P2=P1*N2/N1。测量数据的传送形式：可根据需要通过RS485或高速输出脉冲口（频率输出）传送，该传送的数据和核对标尺的距离相乘即为工件的高度或宽度。

本发明的控制系统（控制器）主要有电源、STM8S嵌入式单片机、开关量输入输出、高速脉冲输入输出 、PWM脉冲输出、RS485通讯模块组成。其具体结构组成如下：

一、电压：为增强抗干扰，采用DC-DC电压模块，经输入的DC12~36V 电压经隔离后转换单片机系统需要的电源；

二、控制核心：控制核心采用STM8S系列嵌入式单片机，该芯片为工业级芯片，具有极强的抗电磁干扰能力；

三、开关量输入：3路开关量输入电路，2路接测量装置两端的限位开关传感器，用以限定移动范围，1路接光电开关的输入量，在工件处光电开关的脉冲宽度即为工件长度。

四、开关量输出：3路开关量输出，1路与上位机数据传输时的联络信号，当上位机需要读取数据时候将该信号变低即可通过高速输出脉冲口读取测量值，另2路通过控制驱动器控制步进电机或伺服电机的正转或反转；

五、高速脉冲输入：1路高速脉冲输入接步进电机的编码器的脉冲，以此来测定物体高度；

六、高速脉冲输出：高速脉冲输出是把工件的高度以频率形式传输给上位机，以方便上位机的编程；

七、PWM脉冲输出：PWM控制步进电机的转速；PWM输出经RC和放大器电路可输出模拟信号，即可控制伺服电机的转速；

八、铁电存储器：存放测量的数据，可存放半个月的测量数据；

九、RS485通讯：如果上位机有RS485接口时，可以通过该串行口读取数据，协议是工业通用的Modbus协议；                            

十、拨码开关：三个拨码开关，可实现电机8级速度的设定。

  本发明硬件成本很低，精度高，稳定性好，抗干扰能力强，与上位机数据传输简易，且有自校准功能，具有以下特点：

1）采用校准标尺光确保光电开关测量精度；

2）采用拨码开关实现步进电机或伺服电机的8级转速调节；

3）采用编码器进行物体距离的计算；

4）采用RS485和脉冲频率两种方式进行测量数值的上传传输，方便用户使用；

5）装置两端安装限位开关。

虽然关于示例实施例及其优点已经详细说明，应当理解在不脱离本发明的精神和所附权利要求限定的保护范围的情况下，可以对这些实施例进行各种变化、替换和修改。对于其他例子，本领域的普通技术人员应当容易理解在保持本发明保护范围内的同时，工艺步骤的次序可以变化。

此外，本发明的应用范围不局限于说明书中描述的特定实施例的工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法及步骤。从本发明的公开内容，作为本领域的普通技术人员将容易地理解，对于目前已存在或者以后即将开发出的工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法或步骤，其中它们执行与本发明描述的对应实施例大体相同的功能或者获得大体相同的结果，依照本发明可以对它们进行应用。因此，本发明所附权利要求旨在将这些工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法或步骤包含在其保护范围内。

Claims (3)

1.一种工件长度测量装置，用于在测试工装上对被测物体的长度进行测量，其特征是，包括左限位开关、传输机构、滑动体、光电开关、右限位开关、步进电机、校准标尺、编码器、控制器和工控机，所述左限位开关和右限位开关分别设置在测试工装的左右两端，所述传输机构左右方向设置在测试工装上，传输机构包括传送带和传动装置，所述传动装置设置在测试工装的右端，所述滑动体设置在传送带上，可以在测试工装上左右运动；所述光电开关设置在滑动体上面，所述步进电机通过传动丝杠与传动装置传动连接，步进电机的驱动器与控制器连接，所述校准标尺设置在测试工装上被测物体左侧，所述编码器设置在步进电机上，并与控制器连接，所述控制器分别与左限位开关、光电开关和右限位开关连接，所述工控机与控制器连接。

2.根据权利要求1所述的一种工件长度测量装置，其特征是，所述控制器包括单片机以及分别与单片机连接的电源模块、存储模块、开关量输入电路、高速脉冲输入电路、拨码开关、RS485接口电路、PWM脉冲输出电路、开关量输出电路和高速脉冲输出电路，所述电源模块采用DC-DC转换模块，用以为单片机提供工作电压，所述存储模块采用铁电存储器，所述开关量输入电路分别与左限位开关、光电开关和右限位开关连接，所述高速脉冲输入电路与编码器连接，所述PWM脉冲输出电路与步进电机的驱动器连接，所述开关量输出电路有3路，其中的2路开关量输出电路分别与步进电机的驱动器连接，其中的1路开关量输出电路与上位机连接，所述的RS485接口电路和高速脉冲输出电路分别与上位机连接。

3.根据权利要求2所述的一种工件长度测量装置，其特征是，所述单片机采用STM8S系列单片机。