CN108972153B - 一种测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测量装置，安装于台式钻床或电钻机上，包括电磁装置和设置有若干块永磁铁的磁栅尺，所述电磁装置包括套筒、霍尔元件、若干块永磁铁、若干组线圈绕组以及控制系统；各所述永磁铁分别沿所述磁栅尺的轴向间隔嵌装于所述磁栅尺上，所述套筒活动套设于所述磁栅尺外，且所述套筒和所述磁栅尺同轴设置，各所述线圈绕组分别安装于所述套筒的外侧面处，且各所述线圈绕组沿所述套筒的轴向布置，所述霍尔元件以平行于所述套筒轴向的方式安装于所述套筒的端面。通过各线圈绕组和各永磁铁的相互配合，为磁栅尺提供稳定可靠的按压力，以便台式钻床在钻孔过程中使磁栅尺稳定抵压在待加工工件的表面，使用方便简单。

Description

一种测量装置

技术领域

本发明涉及钻孔测量设备领域，更具体地说涉及一种测量台式钻床加工盲孔深度的测量装置。

背景技术

目前，在普通台式钻床或电钻机在加工盲孔的过程中，当需要测量所钻盲孔的深度时，一般是在台式钻床或电钻机上安装栅尺测量装置，以便操作者在加工盲孔的过程中实时测量所钻孔的孔深。在栅尺测量装置中，栅尺在滑轨上的滑动连接是一种给固定连接，为了保证栅尺位置的稳定性，需要在栅尺的一端设置阻尼结构以保证在测量过程中栅尺始终抵顶在待加工工件的表面，以避免栅尺跟随台式钻床或电钻机移动而移动。然而，传统的栅尺测量装置所采用的阻尼结构通常为弹簧结构，在使用过程中，随着钻孔深度的增加，栅尺对弹簧的压缩量会越来越大，使得弹簧的反作用力也会越来越大，该反作用力传递到台式钻床或电钻机上后，容易阻碍操作者的钻孔动作，使用较为不方便。

发明内容

本发明的目的是提供一种测量装置，其能够在使用磁栅尺测量台式钻床或电钻机钻孔深度时，使得磁栅尺稳定地持续抵压待加工工件的表面，使用方便。

为达到上述目的，本发明的解决方案是：

一种测量装置，安装于台式钻床或电钻机上，包括电磁装置和设置有若干块永磁铁的磁栅尺，所述电磁装置包括套筒、霍尔元件、若干组线圈绕组以及控制系统，各所述永磁铁分别沿所述磁栅尺的轴向间隔嵌装于所述磁栅尺上，所述套筒活动套设于所述磁栅尺外，且所述套筒和所述磁栅尺同轴设置，各所述线圈绕组分别套设于所述套筒外，且各所述线圈绕组沿所述套筒的轴向依次布置，所述霍尔元件以平行于所述套筒轴向的方式安装于所述套筒的端面处；

其中，所述霍尔元件的输出端电连接所述控制系统的输入端，各所述线圈绕组均电连接所述控制系统的电源输出端。

所述磁栅尺为圆柱体结构，且若干块所述永磁铁分别均匀间隔布置于所述磁栅尺上。

各所述永磁铁中，相邻的两所述永磁铁相向的一端磁性相同。

所述套筒的外表面设置有环形凹槽，各所述线圈绕组均套设于所述环形凹槽内。

所述线圈绕组具有六组，分别为线圈绕组A、线圈绕组B、线圈绕组C、线圈绕组D、线圈绕组E和线圈绕组F，所述线圈绕组A、线圈绕组C和线圈绕组E并联在一起并形成第一组线圈绕组，所述线圈绕组B、线圈绕组D和线圈绕组F并联在一起并形成第二组线圈绕组，所述第一组线圈绕组和所述第二组线圈绕组均与所述控制系统的电源输出端电连接；

其中，所述第一组线圈绕组所述线圈绕组C与线圈绕组A的线圈缠绕方向相反，所述线圈绕组A和线圈绕组E的线圈缠绕方向相同；所述第二组线圈绕组通电后所述线圈绕组D与所述线圈绕组B的线圈缠绕方向相反，所述线圈绕组B和线圈绕组F的线圈缠绕方向相同。

所述磁栅尺的一端与待加工工件表面相接触，所述套筒通过一安装件安装于所述台式钻床或电钻机上。

所述安装件为外壳，所述套筒安装于所述外壳内，所述外壳安装于所述台式钻床或电钻机的外侧处。

测量装置还包括报警装置，所述报警装置为指示灯和/或蜂鸣器，所述指示灯和/或所述蜂鸣器的输入端电连接所述控制系统的输出端。

所述霍尔元件具有两个。

采用上述结构后，本发明具有如下有益效果：

(1)、通过各线圈绕组和各永磁铁的相互配合，为磁栅尺提供稳定可靠的按压力，以便台式钻床在钻孔过程中使磁栅尺稳定抵压在待加工工件的表面，且操作方便。

(2)、通过控制系统控制各线圈绕组的电流大小和方向，以此使得磁栅尺形成稳定的按压力，且磁栅尺的按压力可长时间保持恒定状态，提高测量结果的准确性。

(3)、磁栅尺所受径向力几乎为零，故配合控制系统可以在磁栅尺与测量装置的相对运动达到预设距离时，通过报警装置进行提示报警，以提醒操作人员。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的工作状态示意图。

图3为本发明中状态一的工作原理图。

图4为本发明中状态二的工作原理图。

图5为本发明中状态三的工作原理图。

图6为本发明中状态四的工作原理图。

图7为线圈绕组通电后的选择流程框图。

图8为本发明中不同电流对应的电磁力曲线仿真结果图。

图中：

10-磁栅尺 21-套筒

22-霍尔元件 23-控制系统

24-永磁铁 25-线圈绕组

26-外壳体 30-待加工工件

具体实施方式

为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例来对本发明进行详细阐述。

本发明一种测量装置，安装于台式钻床或电钻机上，用于测量台式钻床或电钻机加工盲孔过程中盲孔的深度。本实施例中以本发明安装于台式钻床上40为例。

如图1-2所示，此测量装置100包括磁栅尺10和电磁装置。

此磁栅尺10为圆柱结构，使用时磁栅尺10的一端与待加工工件30的表面相接触。

本实施例中以磁栅尺10竖向布置为例，且以磁栅尺10与待加工工件30的表面接触的一端为下端，相对的一端为上端。

电磁装置包括套筒21、控制系统23、霍尔元件22和若干组线圈绕组25。

各永磁铁24分别嵌设于磁栅尺10上，且此磁栅尺10上设置有若干块永磁铁24，若干块永磁铁24沿磁栅尺10的轴向均匀间隔布置，使得相邻两永磁铁24之间的距离相等；套筒21活动套设于磁栅尺10外，且套筒21能够沿磁栅尺10的轴向滑动，且磁栅尺10与套筒21同轴布置；各线圈绕组25分别套设于套筒21的外周面处，且各线圈绕组25沿套筒21的轴向依次布置，较佳地，为便于各线圈绕组安装，此套筒21的外周面设置有一个环形槽，各线圈绕组25安装于此环形槽内。

本实施例中，霍尔元件22具有两个，两霍尔元件的输出端均电连接控制系统的输入端，以便霍尔元件22将检测的数据传输至控制系统23内。两个霍尔元件22均安装于套筒21的下端面处，且两霍尔元件22平行于套筒21的轴向，两霍尔元件22在各磁铁41所形成的磁场中的相位差为π/2，控制系统23便能够确定霍尔元件22相对磁栅尺的移动距离和移动方向，需说明的是，因两霍尔元件之间的相位差的存在，使得两霍尔元件发出的信号值的正负发生变化，以此判断套筒的移动方向。本发明中，霍尔元件为现有且市面上已出售的霍尔元件。

套筒21通过一安装件安装在台式钻床40上，此安装件可以为外壳体、连接块或连接杆，本实施例中以安装件为外壳体26，套筒21安装于外壳体26内，且外壳体26的相对两侧分别开设有供磁栅尺10穿过的通孔，并且外壳体26螺锁于台式钻床40的侧面处，此时磁栅尺10与台式钻床40上的钻头平行布置。

本发明中，如图1-5所示，各永磁铁24中相邻的两永磁铁24相向的一端磁性相同，本实施例中各永磁铁23分别按N-N磁极相向和S-S磁极相向的方式布置，本实施例中处于最上端的永磁铁以上端为S磁极、下端为N磁极的方式布置。

线圈绕组设置有六组，从磁栅尺10的下端至上端的方向依次为线圈绕组A、线圈绕组B、线圈绕组C、线圈绕组D、线圈绕组E和线圈绕组F，其中，线圈绕组A、线圈绕组C和线圈绕组E并联并形成第一组线圈绕组，线圈绕组B、线圈绕组D和线圈绕组F并联在一起并形成第二组线圈绕组，第一组线圈绕组和第二组线圈绕组分别通过导线与前述的控制系统23的电源输出端电连接，以此通过控制系统23分别对第一组线圈绕组和第二组线圈绕组进行通、断电控制。

其中，第一组线圈绕组中线圈绕组C和线圈绕组A的线圈缠绕方向相反，线圈绕组A和线圈绕组E的线圈缠绕方向相同，这样第一组线圈绕组通电后，线圈绕组C和线圈绕组A的电流方向相反，线圈绕组A和线圈绕组E的电流方向相同；第二组线圈绕组中线圈绕组D和线圈绕组B的线圈缠绕方向相反，线圈绕组B和线圈绕组F的线圈缠绕方向相同，这样第二组线圈绕组通电后，线圈绕组D和线圈绕组B的电流方向相反，线圈绕组B和线圈绕组F的电流方向相同。

本发明中，当人工操作台式钻床40向下移动时，此时套筒21相对磁栅尺10向下移动，套筒21相对磁栅尺10向下移动的过程中，各永磁铁24和各线圈绕组之间相配合依次具有四种不同的状态，且四种状态依次循环，以便各永磁铁24在不同位置下电磁力的方向不变，从而使得磁栅尺10产生向下的按压力，令磁栅尺10的后端持续抵压待加工工件30上。

具体讲，(1)、当套筒21处于如图3所示的位置时，即第一种状态，第一组线圈绕组通电，线圈绕组A和线圈绕组E接通垂直纸面向外的电流，线圈绕组C接通垂直纸面向内的电流，通电的线圈绕组根据安培定则会产生磁场，线圈绕组A和线圈绕组E的上侧为N磁极，下侧为S磁极，线圈绕组C的上侧为S磁极，下侧为N磁极，这样线圈绕组A、C和E分别与各自离的最近的两个永磁铁24产生相斥的力，使得相应的永磁铁24向下移动，由于各永磁铁24均嵌设于磁栅尺10上，且套筒21固定于台式钻床上，故磁栅尺10受到向下的按压力，使得磁栅尺10的下端持续抵压在带测量工件30的表面；

(2)、当套筒21处于如图4所示的位置时，即第二种状态，为使磁栅尺10始终受到向下的按压力，此时霍尔元件22检测到各永磁铁24的移位信号，并将各永磁铁24的移位信号传输至控制系统23中，控制系统23切断第一组线圈绕组的电流，并接通第二组线圈绕组的电流，且线圈绕组B和线圈绕组F接通垂直纸面向外的电流，线圈绕组D接通垂直纸面向内的电流，并且，与第一种状态所述的工作原理一样，第二组线圈绕组分别与对应的永磁铁24产生相斥的力，使得相应的永磁铁向下移动，使得磁栅尺10继续受到向下的按压力；

(3)当套筒21处于如图5所示的位置时，即第三种状态时，控制系统23切断第二组线圈绕组的电流，并接通第一组线圈绕组的电流，且线圈绕组A和线圈绕组E接通垂直纸面向内的电流，线圈绕组C接通垂直纸面向外的电流，同理地，相应的永磁铁24向下移动，使得磁栅尺10持续受到向下的按压力，持续抵压待加工工件30的表面；

(4)、套筒21处于如图6所示的位置时，即第四种状态时，控制系统23切断第一组线圈绕组的电流，并接通第二组线圈绕组的电流，且线圈绕组B和线圈绕组F接通垂直纸面向内的电流，线圈绕组D接通垂直纸面向外的电流，同理地，相应的永磁铁24向下移动，使得磁栅尺10继续受到向下的按压力。

本发明中，控制系统23为常规的单片机控制系统，例如型号为89C51的单片机。

如图7所示，各线圈绕组的通电状态通过控制系统进行控制，控制过过程如下所述：控制系统23通过两霍尔元件检测各永磁铁相对磁栅尺10的位移信号和位移方向，以确定套筒21的当前位置，随后根据套筒21的当前位置选择四种状态中对应的状态，然后根据相应的状态控制各线圈绕组的通、断电状态，以使得磁栅尺10持续抵压待加工工件30的表面。台式钻床钻孔的过程中，需人工将台式钻床向下调整，使得台式钻床上的钻头持续抵顶待加工工件，此时套筒21的位置重新调整，控制系统23重新通过两霍尔元件22检测各永磁铁23的位移信号和位移方向，以此确认套筒21的当前位置，随后重复前述的步骤。

作为优选地，测量装置100还包括现有的报警装置，此报警装置为安装于安装件上的指示灯和/或蜂鸣器，且指示灯和/或蜂鸣器电连接控制系统23的输出端，以便在台式钻床即将到达预设深度时，控制系统23控制报警装置启动，以便提醒操作人员。

如图1所示和如图2所示，本发明的工作过程为：首先控制系统23中预设有设定距离D，当测量装置按前述方式安装于台式钻床上后，台式钻床上的刀具抵顶于待加工工件30的表面，磁栅尺10上下布置，且磁栅尺10的下端与待加工工件30的表面相接触，然后台式钻床开始工作，控制系统23通过两霍尔元件2检测套筒21相对于磁栅尺10的位置，选择四种状态中相对应的状态，以便按前述方式控制各线圈绕组的通、断电状态，从而使得磁栅尺10持续抵压待加工工件30的表面；在钻孔过程中台式钻床需人工手动向下移动，以便刀具能够持续抵顶待加工工件30进行钻孔，台式钻床的相应部位向下移动过程中套筒21跟随台式钻床的相应部位一起向下移动，此过程中套筒21相对磁栅尺10向下移动，控制系统23通过两霍尔元件2检测套筒21相对于磁栅尺10的位置，选择四种状态中相对应的状态，以便按前述方式控制各线圈绕组的通、断电状态，从而使得磁栅尺10持续抵压待加工工件30的表面；此过程中磁栅尺10实时检测加工的距离(即孔的深度)，当所钻孔的近距离即将到达设定距离时，控制系统23控制报警装置启动，用以提醒操作者，当所钻孔的深度达到预定深度时，控制刀具停止工作。

另，以四个永磁铁24和三组线圈绕组为例，且通过现有的maxwell建立仿真简化模型，当线圈绕组的圈数为50圈，线圈绕组的线径为φ0.3mm，线圈绕组的内径为11mm，外径为13mm，单根导线电流为2.4A，即线圈绕组截面电流为120A，每个永磁铁的长度均为6mm，直径均为6mm。随后通过设置永磁铁24运动时间为0.04ms，参数采集时间间隔0.002s，运动域为x＝[0,5.2]，仿真后的电磁力与位移结果曲线如图8所示，电磁力平均值为0.9N。

本发明一种测量装置，通过各线圈绕组和各永磁铁的相互配合，为磁栅尺10提供稳定可靠的按压力，以便台式钻床在钻孔过程中使磁栅尺10稳定抵压在待加工工件30的表面，此操作方便；同时，通过控制系统控制各线圈绕组的电流大小和方向，以此使得磁栅尺10形成稳定的按压力，且磁栅尺10的按压力可长时间保持恒定状态，提高了测量结果的准确性。

而且，磁栅尺10所受径向力几乎为零，故配合控制系统可以在磁栅尺10与测量装置的相对运动达到预设距离时，通过报警装置进行提示报警，以提醒操作人员。

以上所述仅为本实施例的优选实施例，凡跟本发明权利要求范围所做的均等变化和修饰，均应属于本发明的权利要求范围。

Claims (8)

1.一种测量装置，安装于台式钻床或电钻机上，其特征在于：包括电磁装置和设置有若干块永磁铁的磁栅尺，所述电磁装置包括套筒、霍尔元件、若干组线圈绕组以及控制系统，各所述永磁铁分别沿所述磁栅尺的轴向间隔嵌装于所述磁栅尺上，所述套筒活动套设于所述磁栅尺外，且所述套筒和所述磁栅尺同轴设置，各所述线圈绕组分别套设于所述套筒外，且各所述线圈绕组沿所述套筒的轴向依次布置，所述霍尔元件以平行于所述套筒轴向的方式安装于所述套筒的端面处；所述霍尔元件的输出端电连接所述控制系统的输入端，各所述线圈绕组均电连接所述控制系统的电源输出端；

所述线圈绕组具有六组，分别为线圈绕组A、线圈绕组B、线圈绕组C、线圈绕组D、线圈绕组E和线圈绕组F，所述线圈绕组A、线圈绕组C和线圈绕组E并联在一起并形成第一组线圈绕组，所述线圈绕组B、线圈绕组D和线圈绕组F并联在一起并形成第二组线圈绕组，所述第一组线圈绕组和所述第二组线圈绕组均与所述控制系统的电源输出端电连接；其中，所述第一组线圈绕组所述线圈绕组C与线圈绕组A的线圈缠绕方向相反，所述线圈绕组A和线圈绕组E的线圈缠绕方向相同；所述第二组线圈绕组通电后所述线圈绕组D与所述线圈绕组B的线圈缠绕方向相反，所述线圈绕组B和线圈绕组F的线圈缠绕方向相同。

2.根据权利要求1所述的一种测量装置，其特征在于：所述磁栅尺为圆柱体结构，且若干块所述永磁铁分别均匀间隔布置于所述磁栅尺上。

3.根据权利要求1或2所述的一种测量装置，其特征在于：各所述永磁铁中，相邻的两所述永磁铁相向的一端磁性相同。

4.根据权利要求3所述的一种测量装置，其特征在于：所述套筒的外表面设置有环形凹槽，各所述线圈绕组均套设于所述环形凹槽内。

5.根据权利要求1所述的一种测量装置，其特征在于：所述磁栅尺的一端与待加工工件表面相接触，所述套筒通过一安装件安装于所述台式钻床或电钻机上。

6.根据权利要求5所述的一种测量装置，其特征在于：所述安装件为外壳，所述套筒安装于所述外壳内，所述外壳安装于所述台式钻床或电钻机的外侧处。

7.根据权利要求1所述的一种测量装置，其特征在于：测量装置还包括报警装置，所述报警装置为指示灯和/或蜂鸣器，所述指示灯和/或所述蜂鸣器的输入端电连接所述控制系统的输出端。

8.根据权利要求1所述的一种测量装置，其特征在于：所述霍尔元件具有两个。

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