CN109974633A - 一种工件表面综合精度的精密检测装置及检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种工件表面综合精度的精密检测装置及检测方法，检测装置包括有设置于箱体内的差动气桥气路、气压传感器和控制电路，以及外置的标准测头；差动气桥气路的两个进出气孔的进气端均与进气口连通，其中一个进出气孔的出气端与气压调节器连接，另一个进出气孔的出气端与出气口连接，气压传感器连接于两个进出气孔之间；气压传感器的信号输出端与控制电路连接；标准测头上设置有测头基准面，箱体上的出气口与标准测头上的进气管连通。本发明根据待检元件表面综合精度不同导致与高精度标准测头的标准基准面之间的间隙变化，通过对差动气桥气路中的压差变化进行检测，可快速准确测量元件表面综合精度，检测方法简单快速，检测精度高。
Description
技术领域
本发明涉及机械元件表面综合精度检测领域，具体是一种工件表面综合精度的精密检测装置及检测方法。
背景技术
在机械加工领域，尤其是精密的机械加工制造领域，通常对元件加工面的精度要求较高，加工面的精度通常涉及到表面粗糙度、平面度、跳动度等。目前市场上对于单一的指标如表面粗糙度有专门仪器进行测量，而综合精度的检测难以用单一的专用测量工具完成，同时，在某些应用场合如高度自动化的应用领域，需要能够快速准确地判断元件的表面综合精度并给出对应的控制电信号，而常规单一的专用仪器则难以胜任这方面的性能要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种工件表面综合精度的精密检测装置及检测方法，根据待检元件表面综合精度不同导致与高精度标准测头的标准基准面之间的间隙变化，通过对差动气桥气路中压缩空气的进气回路压力和出气回路压力间的差值检测，可快速准确测量元件表面综合精度，检测方法简单快速，检测精度高。
本发明的技术方案为：
一种工件表面综合精度的精密检测装置，包括有箱体，设置于箱体内的差动气桥气路、气压传感器和控制电路，以及外置的标准测头；所述的箱体上设置有进气口和出气口，且箱体上连接有外置的气压调节器，所述的差动气桥气路包括有两个进出气孔，两个进出气孔的进气端均与进气口连通，所述的其中一个进出气孔的出气端与气压调节器连接，另一个进出气孔的出气端与出气口连接，所述的气压传感器连接于两个进出气孔之间；所述的控制电路包括有微控制器、以及与微控制器连接数码管显示电路，所述的微控制器选用内部集成PGA和24bit模数转换器、型号为C8051F350的微控制器，所述的气压传感器的信号输出端与控制电路的微控制器对应的差分信号输入引脚连接；所述的标准测头上设置有相对于与待测工件表面的测头基准面，所述的待测工件表面和测头基准面之间形成测量间隙，所述的标准测头上连接有进气管，所述的进气管的一端与箱体上的出气口连通，进气管的另一端与测量间隙连通。
所述的箱体上的进气口的进气端与空气压缩机连接，所述的空气压缩机的输出端依次通过湿气分离器和精密减压阀后与箱体上的进气口连接。
所述的标准测头为平板结构，其上端面为测头基准面，标准测头上设置有竖直上下贯通的进气孔，所述的进气管的另一端与进气孔的底端连通。
所述的气压传感器选用微型贴片封装的气压传感器。
所述的数码管显示电路包括有高亮共阳数码管、四个NPN型三极管Q1-Q4和位移缓存器，四个NPN型三极管Q1-Q4的基极分别通过对应的电阻后与微控制器对应的引脚连接，四个NPN型三极管Q1-Q4的集电极分别与高亮共阳数码管连接，四个NPN型三极管Q1-Q4的发射极接地，位移缓存器的输入引脚与微控制器对应的引脚连接，位移缓存器的输出引脚与高亮共阳数码管连接用于驱动高亮共阳数码管；
所述的控制电路还包括有连接于微控制器上的控制信号输出电路，控制信号输出电路包括有光耦合器，光耦合器的输入端与微控制器连接，光耦合器的输出端与控制系统连接。
所述的控制电路还包括有连接于微控制器上的按键电路、指示灯电路和RS485接口电路，所述的按键电路包括有多个按键，每个按键的一端均与微控制器对应的引脚连接，每个按键的另一端均接地，所述的指示灯电路包括有发光二极管指示灯，发光二极管指示灯的正极通过电阻与供电电源连接，发光二极管指示灯的负极与微控制器对应的引脚连接，所述的RS485接口电路包括有与微控制器对应的引脚连接的TTL与RS485逻辑电平转换芯片。
所述的控制电路包括有电源转换电路，所述的电源转换电路包括有DC-DC降压型电源芯片U2、三端稳压芯片U1和若干电阻和电容，DC-DC降压型电源芯片U2的输入端与24直流稳压电源连接，DC-DC降压型电源芯片U2的输出端输出3.3VCC的数字系统电源，DC-DC降压型电源芯片U2的输出端与三端稳压芯片U1的输入端连接，三端稳压芯片U1的输出端输出模拟电源3.3VA。
一种工件表面综合精度的精密检测方法，具体包括有以下步骤：
(1)、将一表面精度很高的标准量规元件与标准测头的测头基准面按照一定的缝隙进行配合，调节气压调节器，使气压传感器的输出为零，即两个进出气孔之间的气路平衡；
(2)、将待测元件和标准测头的测头基准面按照一定的缝隙进行配合，当待测元件的表面精度变化时，箱体上出气口的出气压力也会有相应的变化，此时气压传感器检测出两个进出气孔之间的压力差；即当待测元件的表面靠近标准测头的测头基准面时，与出气口连接的一进出气孔内的气压上升，此时与出气口连接的一进出气孔内的气压值大于另一进出气孔内的气压值，气压传感器检测出两个进出气孔之间的压力差，气压传感器的输出信号由微控制器处理后将对应的缝隙或压力差值发送至数码管显示并输出相对应的开关控制信号给控制系统，实现对待测元件表面综合精度的自动判读。
本发明的优点：
本发明设置有差动气桥气路，通过气压传感器检测差动气桥气路的气路平衡状态，首先设定元件精度合格状态下，气压调节器对应的气路平衡状态，然后当气路平衡被破坏，即气压传感器输出值不为零时，即元件精度出现误差，可快速准确测量元件表面综合精度，检测方法简单快速，检测精度高；本发明采用内部集成PGA和24bit模数转换器、型号为C8051F350的微控制器对气压传感器的检测数据进行处理，并采用数码管显示气压传感器采集的压力差数据和待测元件表面和测头基准面的缝隙值，便于使用者通过数码管直观了解检测结果，采用控制信号输出电路将开关控制信号给控制系统，实现对待测元件表面综合精度的自动判读。
附图说明
图1是本发明差动气桥气路的结构示意图。
图2是本发明精密检测装置的使用结构示意图。
图3是本发明控制电路的原理框图。
图4是本发明微控制器的电路图。
图5是本发明电源转换电路的电路图。
图6是本发明数码管显示电路的电路图。
图7是本发明按键电路的电路图。
图8是本发明指示灯电路的电路图。
图9是本发明RS485接口电路的电路图。
图10是本发明控制信号输出电路的电路图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
见图1和图2，一种工件表面综合精度的精密检测装置，包括有箱体1，设置于箱体1内的差动气桥气路、气压传感器7和控制电路，以及外置的标准测头2；箱体1上设置有进气口3和出气口4，且箱体1上连接有外置的气压调节器5，差动气桥气路包括有两个进出气孔6，两个进出气孔6的进气端均与进气口3连通，其中一个进出气孔6的出气端与气压调节器5连接，另一个进出气孔6的出气端与出气口4连接，气压传感器7选用微型贴片封装的气压传感器，气压传感器7连接于两个进出气孔6之间；箱体1上的进气口3的进气端与空气压缩机9连接，空气压缩机9(0.3-0.7MPa)的输出端依次通过湿气分离器10和精密减压阀11后与箱体1上的进气口3连接；标准测头2为平板结构，其上端面为相对于与待测工件8表面的测头基准面，待测工件8表面和测头基准面之间形成测量间隙，标准测头2上设置有竖直上下贯通的进气孔12，进气管13的一端与箱体1上的出气口4连通，进气管13的另一端与进气孔12的底端连通；
见图3和图4，控制电路包括有微控制器U6，分别与微控制器U6连接数码管显示电路、按键电路、指示灯电路、RS485接口电路和控制信号输出电路，以及电源转换电路；微控制器U6选用内部集成PGA和24bit模数转换器、型号为C8051F350的微控制器，气压传感器7的信号输出端与控制电路的微控制器U6对应的差分信号输入引脚S+和S-连接；
见图5，电源转换电路包括有DC-DC降压型电源芯片U2、三端稳压芯片U1和若干电阻和电容，DC-DC降压型电源芯片U2的输入端与24直流稳压电源连接，DC-DC降压型电源芯片U2的输出端输出3.3VCC的数字系统电源，DC-DC降压型电源芯片U2的输出端与三端稳压芯片U1的输入端连接，三端稳压芯片U1的输出端输出模拟电源3.3VA；
见图6，数码管显示电路包括有高亮共阳数码管U4、四个NPN型三极管Q1-Q4和位移缓存器U5，四个NPN型三极管Q1-Q4的基极分别通过对应的电阻后与微控制器U6对应的引脚连接，四个NPN型三极管Q1-Q4的集电极分别与高亮共阳数码管U4连接，四个NPN型三极管Q1-Q4的发射极接地，位移缓存器U5的三个输入引脚与微控制器U6对应的引脚连接，位移缓存器U5的八个输出引脚与高亮共阳数码管U4连接用于驱动高亮共阳数码管U4；
见图7，按键电路包括有三个按键K1-K3，每个按键的一端均与微控制器U6对应的引脚连接，每个按键的另一端均接地；见图8，指示灯电路包括有发光二极管指示灯DS1，发光二极管指示灯DS1的正极通过电阻R20与3.3VCC连接，发光二极管指示灯DS1的负极与微控制器U6对应的引脚连接；见图9，RS485接口电路包括有与微控制器U6对应的引脚连接的TTL与RS485逻辑电平转换芯片U7；见图10，控制信号输出电路包括有光耦合器U3，光耦合器U3的输入端与微控制器U6连接，光耦合器U3的输出端(SW1和SW2引脚)与控制系统连接。
见图1和图2，一种工件表面综合精度的精密检测方法，具体包括有以下步骤：
(1)、将一表面精度很高的标准量规元件与标准测头2的测头基准面按照一定的缝隙进行配合，调节气压调节器5，使气压传感器7的输出为零，即两个进出气孔6之间的气路平衡；
(2)、将待测元件8和标准测头2的测头基准面按照一定的缝隙进行配合，当待测元件8的表面精度变化时，箱体1上出气口4的出气压力也会有相应的变化，此时气压传感器7检测出两个进出气孔6之间的压力差；即当待测元件8的表面靠近标准测头2的测头基准面时，与出气口4连接的一进出气孔6内的气压上升，此时与出气口连接的一进出气孔6内的气压值大于另一进出气孔6内的气压值，气压传感器6检测出两个进出气孔6之间的压力差，气压传感器7的输出信号由微控制器U6处理后将对应的缝隙或压力差值发送至数码管显示并输出相对应的开关控制信号给控制系统，实现对待测元件表面综合精度的自动判读。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种工件表面综合精度的精密检测装置，其特征在于：包括有箱体，设置于箱体内的差动气桥气路、气压传感器和控制电路，以及外置的标准测头；所述的箱体上设置有进气口和出气口，且箱体上连接有外置的气压调节器，所述的差动气桥气路包括有两个进出气孔，两个进出气孔的进气端均与进气口连通，所述的其中一个进出气孔的出气端与气压调节器连接，另一个进出气孔的出气端与出气口连接，所述的气压传感器连接于两个进出气孔之间；所述的控制电路包括有微控制器、以及与微控制器连接数码管显示电路，所述的微控制器选用内部集成PGA和24bit模数转换器、型号为C8051F350的微控制器，所述的气压传感器的信号输出端与控制电路的微控制器对应的差分信号输入引脚连接；所述的标准测头上设置有相对于与待测工件表面的测头基准面，所述的待测工件表面和测头基准面之间形成测量间隙，所述的标准测头上连接有进气管，所述的进气管的一端与箱体上的出气口连通，进气管的另一端与测量间隙连通。
2.根据权利要求1所述的一种工件表面综合精度的精密检测装置，其特征在于：所述的箱体上的进气口的进气端与空气压缩机连接，所述的空气压缩机的输出端依次通过湿气分离器和精密减压阀后与箱体上的进气口连接。
3.根据权利要求1所述的一种工件表面综合精度的精密检测装置，其特征在于：所述的标准测头为平板结构，其上端面为测头基准面，标准测头上设置有竖直上下贯通的进气孔，所述的进气管的另一端与进气孔的底端连通。
4.根据权利要求1所述的一种工件表面综合精度的精密检测装置，其特征在于：所述的气压传感器选用微型贴片封装的气压传感器。
5.根据权利要求1所述的一种工件表面综合精度的精密检测装置，其特征在于：所述的数码管显示电路包括有高亮共阳数码管、四个NPN型三极管Q1-Q4和位移缓存器，四个NPN型三极管Q1-Q4的基极分别通过对应的电阻后与微控制器对应的引脚连接，四个NPN型三极管Q1-Q4的集电极分别与高亮共阳数码管连接，四个NPN型三极管Q1-Q4的发射极接地，位移缓存器的输入引脚与微控制器对应的引脚连接，位移缓存器的输出引脚与高亮共阳数码管连接用于驱动高亮共阳数码管。
6.根据权利要求1所述的一种工件表面综合精度的精密检测装置，其特征在于：所述的控制电路还包括有连接于微控制器上的控制信号输出电路，控制信号输出电路包括有光耦合器，光耦合器的输入端与微控制器连接，光耦合器的输出端与控制系统连接。
7.根据权利要求1所述的一种工件表面综合精度的精密检测装置，其特征在于：所述的控制电路还包括有连接于微控制器上的按键电路、指示灯电路和RS485接口电路，所述的按键电路包括有多个按键，每个按键的一端均与微控制器对应的引脚连接，每个按键的另一端均接地，所述的指示灯电路包括有发光二极管指示灯，发光二极管指示灯的正极通过电阻与供电电源连接，发光二极管指示灯的负极与微控制器对应的引脚连接，所述的RS485接口电路包括有与微控制器对应的引脚连接的TTL与RS485逻辑电平转换芯片。
8.根据权利要求1所述的一种工件表面综合精度的精密检测装置，其特征在于：所述的控制电路包括有电源转换电路，所述的电源转换电路包括有DC-DC降压型电源芯片U2、三端稳压芯片U1和若干电阻和电容，DC-DC降压型电源芯片U2的输入端与24直流稳压电源连接，DC-DC降压型电源芯片U2的输出端输出3.3VCC的数字系统电源，DC-DC降压型电源芯片U2的输出端与三端稳压芯片U1的输入端连接，三端稳压芯片U1的输出端输出模拟电源3.3VA。
9.基于权利要求1所述的精密检测装置的精度检测方法，其特征在于：具体包括有以下步骤：
(1)、将一表面精度很高的标准量规元件与标准测头的测头基准面按照一定的缝隙进行配合，调节气压调节器，使气压传感器的输出为零，即两个进出气孔之间的气路平衡；
(2)、将待测元件和标准测头的测头基准面按照一定的缝隙进行配合，当待测元件的表面精度变化时，箱体上出气口的出气压力也会有相应的变化，此时气压传感器检测出两个进出气孔之间的压力差；即当待测元件的表面靠近标准测头的测头基准面时，与出气口连接的一进出气孔内的气压上升，此时与出气口连接的一进出气孔内的气压值大于另一进出气孔内的气压值，气压传感器检测出两个进出气孔之间的压力差，气压传感器的输出信号由微控制器处理后将对应的缝隙或压力差值发送至数码管显示并输出相对应的开关控制信号给控制系统，实现对待测元件表面综合精度的自动判读。
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