CN108871255A - 接触式直径自动测量仪 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种接触式直径自动测量仪,它有底座框架、丝杆、光轴和步进电机,步进电机安装在底座框架上,丝杆上装有滑块,滑块上有限位开关支承架,限位开关支承架上装有上限位开关和下限位开关,丝杆上端安装在丝杆挡板上,下端通过联轴器与步进电机连接传动,丝杆挡板与底座框架间有光轴固件和光轴,滑块上装有滚轮在光轴上滚动,丝杆挡板上装有零点挡板,底座框架上有放置被测工件的支承架,步进电机与单片机和驱动器间有电连接,支承架为一对有拱形刃口的凹卡,置于有燕尾滑槽结构的支承底座上。本发明体积小、重量轻、精度高、结构简单、操作方便等特点,适合学校或材料力学实验室人员对工件直径的快速测量。
Description
技术领域
本发明涉及一种测量仪器,具体是一种接触式直径自动测量仪。
背景技术
目前,圆柱体直径测量的方法分为接触式测量和非接触式测量两类。其中,接触法测量主要有尺寸规划法、坐标测量机测量法、电接触法等,非接触法主要有光学测量法和气动测量方法等。
1、尺寸规划法
尺寸规划法通俗来讲就是尺规测量,常见的是应用科学实验室常用的刻度尺、游标卡尺、螺旋测微器等测量工具。这一测量方法也是众多方法之中最常见、最普通的。
以游标卡尺为例,它的测量精度一般可达到0.01mm,但非专业人士测量可能会造成读数困难的麻烦,其方法是首先需要调零,将可移动测量抓推至固定测量抓一侧,两抓接触时调零,将可移动测量抓与固定测量抓分开,中间放置被测工件后再将两抓合拢,直至两抓同时接触到被测物时读出示数。
数显游标卡尺的核心是容栅机构,容栅机构是一种独特的测长传感器。其主要(核心)部分是容栅传感器。容栅传感器与游标卡尺相对应,可移动测量抓上安装容栅传感器的动尺,固定测量抓上安装容栅传感器的定尺。两者之间为电容耦合,在可移动测量抓上设置发射电极,固定测量抓上设置接收电极。发射电极可以将多个相位不同的交流信号发射给接收电极。从而转换成数字信息。达到数显测量的目的。
2、坐标测量机测量法
坐标测量机(Coordinate Measuring Machine,简称CMM)是最有代表性的坐标测量仪器。
坐标测量机的工作原理就是通过建立一个坐标系,然后将被测工件表面的测量点对应的投射到建立好的坐标系中,就能构建出所测工件的空间模型。有了工件的空间模型,坐标测量机就可以计算出所需的几何参数。
坐标测量机当前存在的问题有对环境要求比较严格;坐标测量机的导轨加工精度很高,并且与气浮轴承的配合间隙很小,必须保证导轨上面没有灰尘或其它杂质,否则就容易造成气浮轴承和导轨划伤;而且它的制作工艺非常复杂,制作成本也相对较高。
3、电接触法
直观理解就是被测工件只能作为导体,两侧通电测量体接触导通时得出测量值。电接触法测量工作原理是,被测工件为可导电的圆柱体,夹持完毕后,两侧的通电接触片开始向中心运动,当接触到被测瞬间,两端导通,从而得出相应示数,同时,两端接触片恢复到初始位置。
4、光学测量法
光学测量法拥有非接触、快速、精度高等优点。其测量方式有工业电视,图象传感器,激光束扫描等。
5、气动测量法
气动测量法就是应用空气的流量和压力来对工件尺寸进行测量,气动量仪就是应用此方法进行测量。气动量仪利用了空气流量和压力均与间隙的大小成比例关系,同时对应的压力和流量之间成反比例关系这一物理原理。
它是一种非接触式的且测量精度相对较高的测量仪器,它的优势在于它的测量精度极高,可以达到0.005英寸,当测量小公差时,气动量仪的测量分辨率更是可以达到0.000002英寸(0.05μm)。此外,气动量仪还可以测量各种硬度低、光洁度高、薄板或者其他特殊材料的零件。
光学测量法与气动测量法共同存在的问题是制造成本相对较高、制造工艺比较复杂、维修成本较高,制造昂贵。
发明内容
本发明针对上述问题,提出一种接触式直径自动测量仪,这种测量仪的特点是体积小、重量轻、精度高、结构简单、操作方便等特点,适合学校或材料力学实验室人员对工件直径的快速测量。
本发明的这种接触式直径自动测量仪,它有底座框架、丝杆、光轴和步进电机,其特征在于步进电机安装在底座框架上,丝杆上装有滑块,滑块上有限位开关支承架,限位开关支承架上装有上限位开关和下限位开关,丝杆上端安装在丝杆挡板上,下端通过联轴器与步进电机连接传动,丝杆挡板与底座框架间有光轴固件和光轴,滑块上装有滚轮在光轴上滚动,丝杆挡板上装有零点挡板,底座框架上有放置被测工件的支承架,步进电机与单片机和驱动器间有电连接。
所述支承架为一对有拱形刃口的凹卡,置于有燕尾滑槽结构的支承底座上,燕尾槽开在上支承座上,燕尾榫开在下支承座上。
所述光轴为两根,与丝杆平行安装,滑块上每侧有两个滚轮在光轴上滚轮,以保持滑块上下移动的平衡性。
滑块上有与丝杆配合的螺母。
单片机为STC单片机,驱动器为A4988驱动器。
底座框架上装有与单片机连接的控制开关和显示器。
所述下限位开关与工件接触点为向下凸出的水平刃口线,以方便测量变径工件的直径。
光轴固定件为4020型铝材。
本发明的工作原理如下:
本发明的这种测量仪控制核心为STC单片机和A4988驱动器,配合42步进电机,由12V电源驱动,从而带动丝杠转动,使与丝杠配合的滑块上下移动。采用上下限位开关作为接触信号反馈装置,通过限位开关支承架与滑块连接。通过单片机程序控制,使上限位开关接触到零点触碰板时程序清零,且滑块下移,直至下限位开关接触到被测工件,再通过程序转化便可换算出结果(读数)显示在显示板上。为了使滑块更稳固,在滑块上安装滚轮配合光轴,让滑块沿光轴移动。此外,这种测量仪还有轴承支座、4020型方铝轨道光轴固件、被测工件支承座、联轴器等配件作为辅助装置。
本发明体积小、重量轻、精度高、结构简单、操作方便等特点,适合学校或材料力学实验室人员对工件直径的快速测量。
附图说明
图1是本发明的立体图。
图2是本发明主视图。
图3是左视图(局部剖视)。
图4是俯视图(局部剖视)。
图5是滚轮与其滚轮杆和滚轮轴套集成立体图。
图6是滑块立体图。
图7是控制开关示意图。
图8是本发明工作原理示意图。
图1-7中,各零部件的标号如下:
1-底座框架;2-下支承座;3-上支承座;4-支撑架;5-下限位开关;6-限位开关支承架;7-零点挡板;8-丝杆挡板;9-光轴固件;10-光轴;11-丝杆;12-滑块;13-螺母;14-滚轮;15-滚轮套筒;16-滚轮杆;17-联轴器;18-电机挡板;19-步进电机;20-控制开关;21-显示器;22-上限位开关。
20-1---启动按键;20-2---停止按键;20-3---下移按键;20-4---上移按键。
具体实施方式
下面结合附图和实例进一步说明本发明。
如图1-8所示。底座框架1用不锈钢方框型材焊接而成,其中一端形成一个坑形安装步进电机19,并用电机挡板18隔开,丝杆11的下端通过联轴器17与步进电机轴连接传动,上端通过轴承等配件安装在丝杆挡板8上,丝杆挡板固定在光轴固件9上,光轴固件为4020型方铝型材,下端固定在底座框架上。光轴固件两侧各固定一根光轴10作为滚轮14的导轨。丝杆上移动的滑块通过自身上的螺纹道,也就是螺母13配合安装。四个滚轮通过滚轮套筒15和滚轮杆16安装在滑块上。限位开关支承架6固定在滑块上,并将上限位开关22和下限位开关5安装在限位开关支承架的上侧和下侧,使之分别能够与固定于丝杆挡板上的零点挡板7和被测工件接触。
支承架4是将被测工件固定于底座框架上的支架,针对圆柱形工件的特点将该支架做成一对拱形刃口槽,置于支承上座3的两端,保证测量时保持工件的轴线水平。对于变径工件,为保证轴线水平,可以增加一些垫片作为附件,必要时增减某端支承架的高度。
如上所述,为保证下限位开关能与变径工件的有效接触,将该开关的接触点做成刃口线,这样就能方便地测到工件表面最凹处的直径。
上限位开关、下限位开关、以及控制用的单片机、驱动器、控制开关和显示器等均为市售配件,如单片机采用STC单片机、驱动器为A4988驱动器。单片机的控制程序根据说明书的说明和具体要求进行编写。
其余未提及的零部件和标号,以及连接关系如上所述。
本例的这种直径自动测量仪的工作过程如下:
首先检查各线路,确认无误后接通电源并开机。放置好需测试工件后按下启动键,单片机将会给出脉冲信号,控制电机正传,滑块上移,直至上限位开关接触到零点接触板,程序清零,同时滑块下移。直到下限位开关接触到工件时,单片机记录脉冲数,与此同时滑块上移,直至单片机记录的脉冲数(42步进电机是将电脉冲信号转变为角位移开关控制电机,当步进驱动器接收到一个脉冲信号,它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度,称为“步距角”,它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量,从而达到准确定位的目的。1脉冲数=1步距角[1.8°],对应本例滑块位移约等于0.0135mm)达到18000时滑块停止(即复位到原始状态。从零点到被测工件的距离227mm,相当于42步进驱动器接收16815个脉冲数驱动步进电机转过的行程。),同时,单片机计算出结果显示在示数板上。此外,为了防止滑块运行时因其他外界因素导致滑块运行卡死,所以增设独立的滑块上下移动以及停止的控制程序,并将其连接开关,便于手动控制。
本例的工作原理如图8所示:设置零点接触板7到载物台4的距离为L,L1为步进电机脉冲信号导入程序而转换出来的滑块行程,从而得出被测工件直径D=L- L1。
Claims (8)
1.一种接触式直径自动测量仪,它有底座框架、丝杆、光轴和步进电机,其特征在于步进电机安装在底座框架上,丝杆上装有滑块,滑块上有限位开关支承架,限位开关支承架上装有上限位开关和下限位开关,丝杆上端安装在丝杆挡板上,下端通过联轴器与步进电机连接传动,丝杆挡板与底座框架间有光轴固件和光轴,滑块上装有滚轮在光轴上滚动,丝杆挡板上装有零点挡板,底座框架上有放置被测工件的支承架,步进电机与单片机和驱动器间有电连接。
2.根据权利要求1所述接触式直径自动测量仪,其特征在于支承架为一对有拱形刃口的凹卡,置于有燕尾滑槽结构的支承底座上,燕尾槽开在上支承座上,燕尾榫开在下支承座上。
3.根据权利要求1所述接触式直径自动测量仪,其特征在于光轴为两根,与丝杆平行安装,滑块上每侧有两个滚轮在光轴上滚轮。
4.根据权利要求1所述接触式直径自动测量仪,其特征在于滑块上有与丝杆配合的螺母。
5.根据权利要求1所述接触式直径自动测量仪,其特征在于单片机为STC单片机,驱动器为A4988驱动器。
6.根据权利要求1所述接触式直径自动测量仪,其特征在于底座框架上装有与单片机连接的控制开关和显示器。
7.根据权利要求1所述接触式直径自动测量仪,其特征在于下限位开关与工件接触点为向下凸出的水平刃口线。
8.根据权利要求1所述接触式直径自动测量仪,其特征在于光轴固定件为4020型铝材。
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