CN105136007A - 一种基于电容位移计的直线位移检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于电容位移计的直线位移检测装置，包括直线位移模块和位移信息采集模块，直线位移模块包括直线导轨、精密驱动单元和动平台，精密驱动单元可驱动动平台沿直线导轨往复运动，位移信息采集模块包括装在动平台上的电容位移计和装在需要检测的运动轴上的电容测头，电容位移计和电容探头彼此正对设置。应用本基于电容位移计的直线位移检测装置进行精度检测时，通过对比机床运动轴运动检的测距离和动平台运动的标准距离便可完成机床的精度检测。本发明能够可实现大尺度精密位移，进行精度检测。同时，采用对称结构，降低环境因素对测量结果的影响。结构简单，操作简便，对使用者要求低，提高生产效率，降低生产成本。

Description

一种基于电容位移计的直线位移检测装置

技术领域

本发明用于机床精度检测领域，特别是涉及一种基于电容位移计的直线位移检测装置。

背景技术

精密数控加工在涉及小型精密零件的大批量制造上具有低成本、高效率等优势，因而在现代切削加工领域得到广泛应用。但是精密数控机床的精度测试往往依赖双频激光干涉仪等更加精密的设备。目前国内用于机床精度测试的双频激光干涉仪主要依赖进口，因而价格昂贵。并且双频激光干涉仪需要操作者具有相当的经验，对工作环境也具有较高的要求，而实际的工厂使用环境往往不能满足其要求。以上因素对机床精度的测试造成不利影响。另外，在一般工厂里，工人往往采用百分表或更高精度的千分表进行机床重复定位精度的简单测试。由于百分表或千分表量程一般较小，因此测试都是在一个局部范围内进行，无法进行大范围测试。因此该种方法不能满足大规模的机床精度测试的要求。不难看出，现有技术还存在一定的缺陷。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种基于电容位移计的直线位移检测装置，能够可实现大尺度精密位移，进行精度检测。采用对称结构，降低环境因素对测量结果的影响。结构简单，操作简便，对使用者要求低，提高生产效率，降低生产成本。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于电容位移计的直线位移检测装置，包括直线位移模块和位移信息采集模块，所述直线位移模块包括直线导轨、精密驱动单元和动平台，所述精密驱动单元可驱动所述动平台沿所述直线导轨往复运动，所述位移信息采集模块包括装在所述动平台上的电容位移计和装在需要检测的运动轴上的电容测头，所述电容位移计和电容探头彼此正对设置。

进一步作为本发明技术方案的改进，所述直线导轨设有左挡壁和右挡壁，并在所述左挡壁和右挡壁间形成直线导槽，所述精密驱动单元装在所述直线导槽内，所述精密驱动单元包括两个径向伸缩单元和位于两个所述径向伸缩单元之间并与两个径向伸缩单元形成一个整体的轴向伸缩单元，所述径向伸缩单元可沿垂直于所述直线导轨方向伸长或缩短，并使径向伸缩单元的左右两端与所述左挡壁和右挡壁顶紧或分离，所述轴向伸缩单元可沿所述直线导轨方向伸长或缩短，以驱动一所述径向伸缩单元在所述直线导槽内前后运动。

进一步作为本发明技术方案的改进，所述径向伸缩单元包括径向伸缩块，所述径向伸缩块上设有径向伸缩槽，所述径向伸缩槽包括分别位于所述径向伸缩块中部的连接部和位于所述连接部左右两端的形变部，所述形变部和连接部形成“H”形的径向伸缩槽，所述径向伸缩槽内装有第一压电陶瓷驱动器，所述第一压电陶瓷驱动器穿过所述连接部且左右两端分别与两侧形变部的内壁固定连接。

进一步作为本发明技术方案的改进，所述径向伸缩块的左右两端在所述形变部的外侧设有第一质量块，所述第一质量块的端面形成可与所述左挡壁和右挡壁顶紧配合的圆弧面。

进一步作为本发明技术方案的改进，所述轴向伸缩单元包括桥型放大外框和装在所述桥型放大外框内的第二压电陶瓷驱动器，所述桥型放大外框的前后两端分别与两个径向伸缩单元连接，所述第二压电陶瓷驱动器的左右两端分别与所述桥型放大外框的左右两侧内壁固定连接。

进一步作为本发明技术方案的改进，所述桥型放大外框的左右两端均设有第二质量块，两所述第二质量块上均装有与所述动平台连接的簧片。

进一步作为本发明技术方案的改进，所述直线导轨上装有导轨密封盖，所述精密驱动单元通过导轨密封盖封装在直线导槽中，所述导轨密封盖上设有供所述簧片引出并可沿所述直线导轨往复运动的导槽。

进一步作为本发明技术方案的改进，所述簧片的顶端通过上压紧块紧固在动平台的左右两端，簧片的底端通过下压紧块紧固在第二质量块的端面上。

进一步作为本发明技术方案的改进，所述径向伸缩块和桥型放大外框一体成型，所述上压紧块与动平台通过螺钉连接，所述下压紧块与第二质量块通过螺钉连接。

进一步作为本发明技术方案的改进，所述电容位移计通过电容位移计夹紧块装在所述动平台上，所述电容测头通过测头安装块装在需要检测的运动轴上。

本发明的有益效果：应用本基于电容位移计的直线位移检测装置进行精度检测时，将位移信息采集模块的电容测头装在需要检测的运动轴上，直线导轨保持与该运动轴的运动方向，电容位移计与电容测头正对放置，起始状态下通过位移信息采集模块测量并记录电容位移计与电容测头初始间距。启动机床使运动轴移动特定距离（检测距离）后停止，然后启动精密驱动单元，并驱动动平台沿直线导轨运动，当随动平台同步运动的电容位移计与电容测头的间距等于初始间距时停止，记录此间动平台的移动距离（标准距离），然后通过对比检测距离和标准距离便可完成机床的精度检测。本发明能够可实现大尺度精密位移，进行精度检测。同时，采用对称结构，降低环境因素对测量结果的影响。结构简单，操作简便，对使用者要求低，提高生产效率，降低生产成本。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1是本发明实施例整体结构示意图；

图2是本发明实施例爆炸示图；

图3是本发明实施例直线位移模块剖面视图；

图4是本发明实施例驱动单元结构示意图。

具体实施方式

参照图1至图4，其显示出了本发明之较佳实施例的具体结构。以下将详细说明本发明各元件的结构特点，而如果有描述到方向(上、下、左、右、前及后)时，是以图4所示的结构为参考描述，但本发明的实际使用方向并不局限如此。

本发明提供了一种基于电容位移计的直线位移检测装置，包括直线位移模块1和位移信息采集模块2，所述直线位移模块1包括直线导轨11、精密驱动单元12和动平台13，所述精密驱动单元12可驱动所述动平台13沿所述直线导轨11往复运动，所述位移信息采集模块2包括通过电容位移计夹紧块21装在所述动平台13上的电容位移计22和通过测头安装块23装在需要检测的运动轴3上的电容测头24，所述电容位移计22和电容探头24彼此正对设置。

应用本基于电容位移计的直线位移检测装置进行精度检测时，将位移信息采集模块2的电容测头24装在需要检测的运动轴3上，直线导轨11保持与该运动轴3的运动方向，电容位移计22与电容测头24正对放置，起始状态下通过位移信息采集模块2测量并记录电容位移计22与电容测头24初始间距。启动机床使运动轴3移动特定距离（检测距离）后停止，然后启动精密驱动单元12，并驱动动平台13沿直线导轨11运动，当随动平台13同步运动的电容位移计22与电容测头24的间距等于初始间距时停止，记录此间动平台的移动距离（标准距离），然后通过对比检测距离和标准距离便可完成机床的精度检测。

所述直线导轨11设有左挡壁111和右挡壁112，并在所述左挡壁111和右挡壁112间形成直线导槽113，所述精密驱动单元12装在所述直线导槽113内，所述精密驱动单元12包括两个径向伸缩单元121和位于两个所述径向伸缩单元121之间并与两个径向伸缩单元121形成一个整体的轴向伸缩单元122，所述径向伸缩单元121可沿垂直于所述直线导轨11方向伸长或缩短，并使径向伸缩单元的121左右两端与所述左挡壁111和右挡壁112顶紧或分离，所述轴向伸缩单元122可沿所述直线导轨11方向伸长或缩短，以驱动一所述径向伸缩单元121在所述直线导槽113内前后运动。

精密驱动单元12在直线导槽113内的运动原理如下：

S01、轴向伸缩单元122处于缩短状态，一个径向伸缩单元（第一径向伸缩单元121a）处于伸长状态，另一个径向伸缩单元（第二径向伸缩单元121b）处于缩短状态；

S02、轴向伸缩单元122处于伸长状态，两个径向伸缩单元状态保持；

S03、轴向伸缩单元122和两个径向伸缩单元都处于伸长状态；

S04、让第一径向伸缩单元121a变为缩短状态，轴向伸缩单元122和第二径向伸缩单元121b状态保持；

S05、让轴向伸缩单元122状态改为缩短状态，第一径向伸缩单元121a和第二径向伸缩单元121b状态保持；

S06、第一径向伸缩单元121a和第二径向伸缩单元121b均处于伸长状态，轴向伸缩单元122状态保持；

S07、重复步骤S01～S06就可实现精密驱动单元12在直线导槽113内的运动。

其中，所述径向伸缩单元121包括具有轴对称结构的径向伸缩块1211，所述径向伸缩块1211上设有径向伸缩槽1212，所述径向伸缩槽1212包括分别位于所述径向伸缩块1211中部的连接部和位于所述连接部左右两端的形变部，所述形变部和连接部形成“H”形的径向伸缩槽1212，所述径向伸缩槽1212内装有第一压电陶瓷驱动器1213，所述第一压电陶瓷驱动器1213穿过所述连接部且左右两端分别与两侧形变部的内壁固定连接。采用压电陶瓷驱动器作为微位移驱动器，利用压电陶瓷的逆压电效应，可方便地实现精密的位置控制和输出较大的力。第一压电陶瓷驱动器1213在电场下伸长或缩短控制径向伸缩块1211伸长或缩短，实现径向伸缩单元121与所述左挡壁111和右挡壁112顶紧或分离。所述径向伸缩块1211的左右两端在所述形变部的外侧设有第一质量块1214，所述第一质量块1214的端面形成可与所述左挡壁111和右挡壁112顶紧配合的圆弧面，径向伸缩块1211通过具有圆弧面的第一质量块1214与直线导槽113配合，降低前后运动的阻力。

所述轴向伸缩单元122包括具有轴对称结构的桥型放大外框1221和装在所述桥型放大外框1221内的第二压电陶瓷驱动器1222，所述桥型放大外框1221的前后两端分别与两个径向伸缩单元121连接，所述第二压电陶瓷驱动器1222的左右两端分别与所述桥型放大外框1221的左右两侧内壁固定连接，轴向伸缩单元121在采用电陶瓷驱动器作为微位移驱动器的基础上，配合桥型放大外框1221，将第二压电陶瓷驱动器1222在垂直于直线导轨11方向的位移放大并变为平行于直线导轨11方向的位移，从而在保证驱动精度的同时，也增加了精密驱动单元12的驱动速度。

所述桥型放大外框1221的左右两端均设有第二质量块1223，两所述第二质量块1223上均装有与所述动平台连接的簧片4。簧片4的设置避免桥型放大外框1221变形对于动平台13支撑的影响。所述直线导轨11上装有导轨密封盖14，所述精密驱动单元12通过导轨密封盖14封装在直线导槽113中，所述导轨密封盖14上设有供所述簧片4引出并可沿所述直线导轨11往复运动的导槽141。所述簧片4的顶端通过上压紧块41紧固在动平台13的左右两端，簧片4的底端通过下压紧块42紧固在第二质量块1223的端面上。所述径向伸缩块1211和桥型放大外框1221一体成型，所述上压紧块41与动平台13通过螺钉连接，所述下压紧块42与第二质量块1223通过螺钉连接。簧片4在动平台13的左右两端对称设置，降低环境因素对测量结果的影响。

当然，本发明创造并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种基于电容位移计的直线位移检测装置，其特征在于：包括直线位移模块和位移信息采集模块，所述直线位移模块包括直线导轨、精密驱动单元和动平台，所述精密驱动单元可驱动所述动平台沿所述直线导轨往复运动，所述位移信息采集模块包括装在所述动平台上的电容位移计和装在需要检测的运动轴上的电容测头，所述电容位移计和电容探头彼此正对设置。

2.根据权利要求1所述的基于电容位移计的直线位移检测装置，其特征在于：所述直线导轨设有左挡壁和右挡壁，并在所述左挡壁和右挡壁间形成直线导槽，所述精密驱动单元装在所述直线导槽内，所述精密驱动单元包括两个径向伸缩单元和位于两个所述径向伸缩单元之间并与两个径向伸缩单元形成一个整体的轴向伸缩单元，所述径向伸缩单元可沿垂直于所述直线导轨方向伸长或缩短，并使径向伸缩单元的左右两端与所述左挡壁和右挡壁顶紧或分离，所述轴向伸缩单元可沿所述直线导轨方向伸长或缩短，以驱动一所述径向伸缩单元在所述直线导槽内前后运动。

3.根据权利要求2所述的基于电容位移计的直线位移检测装置，其特征在于：所述径向伸缩单元包括径向伸缩块，所述径向伸缩块上设有径向伸缩槽，所述径向伸缩槽包括分别位于所述径向伸缩块中部的连接部和位于所述连接部左右两端的形变部，所述形变部和连接部形成“H”形的径向伸缩槽，所述径向伸缩槽内装有第一压电陶瓷驱动器，所述第一压电陶瓷驱动器穿过所述连接部且左右两端分别与两侧形变部的内壁固定连接。

4.根据权利要求3所述的基于电容位移计的直线位移检测装置，其特征在于：所述径向伸缩块的左右两端在所述形变部的外侧设有第一质量块，所述第一质量块的端面形成可与所述左挡壁和右挡壁顶紧配合的圆弧面。

5.根据权利要求2～4中任一项所述的基于电容位移计的直线位移检测装置，其特征在于：所述轴向伸缩单元包括桥型放大外框和装在所述桥型放大外框内的第二压电陶瓷驱动器，所述桥型放大外框的前后两端分别与两个径向伸缩单元连接，所述第二压电陶瓷驱动器的左右两端分别与所述桥型放大外框的左右两侧内壁固定连接。

6.根据权利要求5所述的基于电容位移计的直线位移检测装置，其特征在于：所述桥型放大外框的左右两端均设有第二质量块，两所述第二质量块上均装有与所述动平台连接的簧片。

7.根据权利要求6所述的基于电容位移计的直线位移检测装置，其特征在于：所述直线导轨上装有导轨密封盖，所述精密驱动单元通过导轨密封盖封装在直线导槽中，所述导轨密封盖上设有供所述簧片引出并可沿所述直线导轨往复运动的导槽。

8.根据权利要求6所述的基于电容位移计的直线位移检测装置，其特征在于：所述簧片的顶端通过上压紧块紧固在动平台的左右两端，簧片的底端通过下压紧块紧固在第二质量块的端面上。

9.根据权利要求8所述的基于电容位移计的直线位移检测装置，其特征在于：所述径向伸缩块和桥型放大外框一体成型，所述上压紧块与动平台通过螺钉连接，所述下压紧块与第二质量块通过螺钉连接。

10.根据权利要求1～4中任一项所述的基于电容位移计的直线位移检测装置，其特征在于：所述电容位移计通过电容位移计夹紧块装在所述动平台上，所述电容测头通过测头安装块装在需要检测的运动轴上。