CN110926326A - 粗糙度电感式传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种粗糙度电感式传感器，包括基体，基体一侧可拆卸连接有检测套管，检测套管内套装有快拆测杆装置，基体内设有通过精密转动装置安装的磁芯驱动装置，磁芯驱动装置与基体之间还连接有测力调节装置，基体内还封装有线圈骨架和磁芯，贯穿线圈骨架设有芯孔，磁芯贯穿磁芯驱动装置延伸至芯孔内，线圈骨架上围绕芯孔设有线圈槽和线圈，线圈骨架上还布置安装有接线柱；在保证分辨率的前提下，增大了传感器的量程，更适合具有大曲率表面的工件检测用，通过创新型的磁芯驱动装置，减少了传感器的迟滞，提高了传感器的灵敏度，还实现了静测力的可调性，解决了被检工件表面的划伤问题，且本结构线性范围大，可快拆，方便更换。
Description
技术领域
本发明涉及机械加工产品检测技术领域，尤其涉及一种粗糙度电感式传感器。
背景技术
表面粗糙度是衡量机械加工产品是否合格的重要指标之一，高精度的电感位移传感器用于测量产品的表面粗糙度，成为精密形状计量技术的核心之一，被广泛应用于机械加工制造业中。
目前我国在很多高端制造工艺中均存在着技术空白，比如高端轴承制造，除了设计、加工、材料、热处理等方面的原因，更重要的是表面粗糙度的检测技术比较落后。在轴承制造业中，除了要利用粗糙度检测用具检测轴承的表面粗糙度外，还需要对滚道的沟曲率、内外圈的粗糙度进行测量，且测量精度要求比较高，也就是说测量用具需要有较大的测量量程，且要同时兼顾粗糙度和一定的轮廓度，而国内粗糙度检测用具生产厂家大都无法满足这个需求，目前国内粗糙度传感器的主要问题是：
1、传感器的测量量程不够，一般量程在±80μm以内。
2、测力较大，容易造成金刚石触针将被测工件表面划伤，使测量数据失真。
3、电感线圈的线性不好，在量程的两端有较大的偏差。
4、杠杆的支承部件是个难点，采用弹片容易产生塑性变形，而采用普通轴承，杠杆装上去会有较大旷量，使传感器形成较大的迟滞。
5、用户不能自主的更换测针组件，维护或检修繁琐。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种量程大、分辨率高、线性范围大且静测力可调的粗糙度电感式传感器。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：粗糙度电感式传感器，包括基体，所述基体一侧可拆卸连接有检测套管，所述检测套管内套装有快拆测杆装置，所述快拆测杆装置的检测端延伸至所述检测套管的外侧，所述基体内设有与所述快拆测杆装置连接的磁芯驱动装置，所述磁芯驱动装置通过精密转动装置连接于所述基体上，所述磁芯驱动装置与所述基体之间还连接有测力调节装置，所述基体内还封装有线圈骨架和磁芯，贯穿所述线圈骨架设有芯孔，所述磁芯贯穿所述磁芯驱动装置设置且延伸至所述芯孔内，所述线圈骨架上围绕所述芯孔设有线圈槽，各所述线圈槽内对应填充有线圈，所述线圈骨架上还布置安装有接线柱，各所述线圈两端连接至对应的所述接线柱上。
作为优选的技术方案，所述精密转动装置包括两个相对设置的端部轴承，两所述端部轴承之间夹装有转轴，所述转轴贯穿所述磁芯驱动装置设置且与所述磁芯驱动装置固定连接，所述转轴两端分别形成有锥度轴尖，且所述锥度轴尖与对应的所述端部轴承转动配合，贯穿所述端部轴承设有安装孔。
作为优选的技术方案，所述端部轴承包括圆筒状的轴承外圈，所述轴承外圈内与所述锥度轴尖外周之间限位布置有滚珠。
作为优选的技术方案，所述快拆测杆装置包括测杆主体，所述测杆主体一端连接有触针，所述测杆主体另一端固定连接有快拆弹片，所述快拆弹片端部设有折弯挂装部，所述折弯挂装部靠近所述磁芯驱动装置的一侧设有挂装孔，所述测杆主体表面上设有容纳所述折弯挂装部的挂装避让口。
作为优选的技术方案，所述磁芯驱动装置包括固定套装在所述转轴外部的驱动块，所述驱动块上设有延伸至所述线圈骨架下方的驱动板，所述磁芯贯穿所述驱动板螺接设置，所述驱动块上还安装有延伸至所述挂装避让口内的连接杆，所述连接杆上设有容纳所述折弯挂装部的挂装槽，所述挂装槽表面设有延伸至所述挂装孔内的挂装爪。
作为优选的技术方案，所述测杆主体设置为管体结构，所述折弯挂装部设置为V形结构，相应地所述挂装槽设置为V形槽。
作为优选的技术方案，所述测力调节装置包括固定安装于所述驱动块上的拉簧挂柱，所述驱动块上方的所述基体上螺纹连接有拉簧调节柱，所述拉簧挂柱与所述拉簧调节柱之间挂装有测力拉簧，所述拉簧调节柱表面设有与所述测力拉簧配合的拉簧调节螺纹。
作为优选的技术方案，所述线圈槽设有三个，所述线圈包括激励线圈和两个检测线圈，所述激励线圈位于两所述检测线圈的中间。
作为优选的技术方案，所述检测套管包括管套本体，所述管套本体一侧固定连接有套管安装座，所述套管安装座通过连接螺栓可拆卸安装于所述基体上。
作为优选的技术方案，所述基体和所述套管安装座分别设置为圆柱形结构，所述基体内对应所述连接螺栓嵌装有定心钢球。
由于采用了上述技术方案，本发明具有以下有益效果：
1、在保证分辨率的前提下，增大了传感器的量程，因此本发明量程的增大并不是以牺牲分辨率为代价而获得的，且该传感器更适合类似轴承滚道这种具有大曲率表面的粗糙度检测。
2、传感器的关键部位采用了创新型的磁芯驱动装置，消除了基体与磁芯驱动装置之间以及磁芯驱动装置自身内部配件之间的旷量，以减少传感器的迟滞，提高了传感器的灵敏度。
3、另外采用磁芯驱动装置之后，与测力调节装置配合，可以调整快拆测杆装置的检测端在被检工件表面形成的静测力，实现了静测力的可调性，解决了被检工件表面的划伤问题。
4、通过改进线圈的绕线方式，提高了传感器的线性范围，同时解决了传感器在整个量程内的灵敏度问题。
5、快拆测杆装置可快拆，方便更换，且用户自行拆装即可完成。
附图说明
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：
图1是本发明实施例的剖面结构示意图；
图2是本发明实施例快拆测杆装置的结构示意图；
图3是本发明实施例磁芯驱动装置的结构示意图；
图4是本发明实施例磁芯驱动装置的另一方向结构示意图；
图5是本发明实施例精密转动装置的结构示意图；
图6是本发明实施例各线圈的电路原理图；
图中：1-基体；101-扣盖；102-螺栓孔；2-检测套管；201-管套本体；202-套管安装座；203-螺栓孔；3-定心钢球；4-底盖；5-测杆主体；6-触针；7-快拆弹片；8-折弯挂装部；9-挂装孔；10-挂装避让口；11-驱动块；12-驱动板；13-连接杆；14-挂装槽；15-挂装爪；16-轴承外圈；17-转轴；18-锥度轴尖；19-滚珠；20-安装孔；21-拉簧挂柱；22-拉簧调节柱；23-测力拉簧；24-拉簧调节螺纹；25-线圈骨架；26-磁芯；27-芯孔；28-线圈槽；29-线圈；30-接线柱；31-激励线圈；32-检测线圈。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，进一步阐述本发明。在下面的详细描述中，只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例。毋庸置疑，本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。
如图1所示，粗糙度电感式传感器，包括基体1，所述基体1设置为圆柱形结构，主要用于封装内部电子部件，形成传感器的封装保护结构，可以在其外侧设置可拆卸的扣盖101，利用连接螺栓与螺栓孔102的配合(图1中连接螺栓被省略)，实现拆装，方便内部部件的装配于检修。所述基体1一侧可拆卸连接有检测套管2，所述检测套管2主要用于封装保护传感器的检测结构。具体地，所述检测套管2包括管套本体201，所述管套本体201一侧固定连接有套管安装座202，所述套管安装座202也设置为圆柱形结构，安装连接在所述基体1的圆形端面上，即所述基体1与所述套管安装座202上对应布置有螺栓孔203，所述套管安装座202通过连接螺栓(图1中连接螺栓被省略)与所述螺栓孔203的配合，可拆卸安装于所述基体1上。在所述基体1上的螺栓孔203内对应所述连接螺栓嵌装有定心钢球3，所述定心钢球3的直径为2mm，用于顶丝调整定心，保证所述套管安装座202与所述基体1上午同心设置。为了便于拆装维护内部零部件，可以在所述基体1和所述套管安装座202的底端分别设有可拆卸的底盖4，操作简单、方便。所述基体1、所述套管安装座202和所述底盖4均可采用304不锈钢在车铣联动的机床上加工形成。
如图1和图2所示，所述检测套管2内套装有快拆测杆装置，所述快拆测杆装置的检测端延伸至所述检测套管2的外侧，所述基体1内设有与所述快拆测杆装置连接的磁芯驱动装置，所述磁芯驱动装置通过精密转动装置连接于所述基体1上。所述快拆测杆装置与被测工件表面接触，实现信号采集，并通过所述磁芯驱动装置驱动电力部件，实现信号转变，同时两装置之间可快速拆装，便于维护或更换所述快拆测杆装置，且用户可自行操作，无需寻求生产或销售者的协助，因此维护或检修简单，便捷。
具体地，如图2所示，所述快拆测杆装置包括测杆主体5，所述测杆主体5一端连接有触针6，所述测杆主体5另一端通过激光焊接有快拆弹片7，所述快拆弹片7端部设有折弯挂装部8，所述折弯挂装部8靠近所述磁芯驱动装置的一侧设有挂装孔9，所述测杆主体5表面上设有容纳所述折弯挂装部8的挂装避让口10。所述测杆主体5设置为管体结构，所述折弯挂装部8设置为V形结构，所述挂装避让口10与所述测杆主体5的管腔连通，配合形成足够大的空间，容纳所述折弯挂装部8的弯折结构端部，实现通过所述折弯挂装部8与所述磁芯驱动装置的快速挂接和分离，提高该部分拆装的快速操作性。
另外，所述触针6设有触针6基体1和四棱锥形的金刚石针尖，且所述触针6基体1为铜制品，使所述触针6强度大，不易被损坏、耐用。所述快拆弹片7与所述测杆主体5的激光焊接固定，保证了批量生产所述测杆主体5的一致性和可靠度，使用户能够自主地快速、精准地按需更换所述快拆测杆装置。
如图1、图3和图4所示，所述磁芯驱动装置包括固定套装在所述转轴17外部的驱动块11，所述驱动块11上设有延伸至所述线圈骨架25下方的驱动板12，所述驱动块11与所述驱动板12可设置为一体式结构，所述驱动块11上还安装有延伸至所述挂装避让口10内的连接杆13，所述连接杆13另一端插接至所述驱动块11内且通过锁紧螺栓固定，所述连接杆13上设有容纳所述折弯挂装部8的挂装槽14，由于所述折弯挂装部8设置为V形结构，相应地所述挂装槽14也设置为V形槽，在所述挂装槽14表面设有延伸至所述挂装孔9内的挂装爪15。本实施例通过所述折弯挂装部8、所述挂装孔9和所述挂装爪15的配合，实现所述快拆测杆装置与所述磁芯驱动装置的连接。检测时所述快拆测杆装置在被测工件表面滑动，当被测工件表面出现凹凸现象时，所述触针6会产生位移变化，带动在所述快拆弹片7和所述连接杆13的作用下，会使驱动板12产生上下位移，从而带动磁芯26产生位移。
如图1和图5所示，所述精密转动装置包括两个相对设置的端部轴承，两所述端部轴承之间夹装有转轴17，所述转轴17贯穿所述磁芯驱动装置设置且与所述磁芯驱动装置固定连接，所述转轴17两端分别形成有锥度轴尖18，且所述锥度轴尖18与对应的所述端部轴承转动配合，贯穿所述端部轴承设有安装孔20。具体地，所述端部轴承包括圆筒状的轴承外圈16，所述轴承外圈16内与所述锥度轴尖18的外周之间限位布置有滚珠19。所述轴承外圈16、所述滚珠19与所述转轴17的配合，相当于一个轴承结构，且形成的轴承结构没有设置内圈结构，仅依靠所述锥度轴尖18压紧所述滚珠19，起到轴承上内圈和保持架的作用，上述特殊结构的设置，能够最大程度的消除所述转轴17的安装间隙与摆动，确保所述测杆主体5的摆动在0.01mm之内。
在安装时，所述轴承外圈16在所述基体1内且位于所述驱动块11的两侧相对设置，通过锁紧螺栓在所述基体1的外部与所述安装孔20配合，实现两所述轴承外圈16的紧固。本实施例的所述锥度轴尖18的锥度面是通过手工研磨而成，提高了锥面粗糙度，便于与所述滚珠19配合形成高精度轴承结构，同时这种采用无内圈高精度轴承，通过在所述基体1外部调整两端所述锁紧螺栓可以调整两所述轴承外圈16之间的预紧力，以消除所述轴承外圈16与所述转轴17之间的旷量。
如图1所示，所述磁芯驱动装置与所述基体1之间还连接有测力调节装置。所述测力调节装置包括固定安装于所述驱动块11上的拉簧挂柱21，所述驱动块11上方的所述基体1上螺纹连接有拉簧调节柱22，所述拉簧挂柱21与所述拉簧调节柱22之间挂装有测力拉簧23，所述拉簧调节柱22表面设有与所述测力拉簧23配合的拉簧调节螺纹24。所述拉簧调节柱22贯穿所述基体1螺纹连接设置，在调整所述测力拉簧23时，在所述基体1外部借助螺丝刀等工具旋转所述拉簧调节柱22，即可通过所述拉簧调节柱22拉动所述测力拉簧23向内或向外移动，从而改变所述测力拉簧23两端之间的距离，进而调整所述测力拉簧23的拉力，达到调整所述触针6测力的目的，防止所述触针6的测力过大而划伤工件表面，实现了测力的可调性。
如图1所示，所述基体1内还封装有线圈骨架25和磁芯26，贯穿所述线圈骨架25设有芯孔27，所述磁芯26贯穿所述磁芯驱动装置设置且延伸至所述芯孔27内，即所述磁芯26贯穿所述驱动板12螺接设置，所述线圈骨架25上围绕所述芯孔27设有线圈槽28，各所述线圈槽28内对应填充有线圈29，所述线圈骨架25上还布置安装有接线柱30，各所述线圈29两端连接至对应的所述接线柱30上，所述线圈29通过所述接线柱30连接至封装在所述基体1内的线路板，该部分为本技术领域普通技术人员所熟知的内容，在此不再详细描述。所述线圈骨架25为ABS注塑而成，所述接线柱30插入所述线圈骨架25后需打胶固定，所述线圈29是采用线径为0.04mm的漆包铜线绕制而成。
在使用时所述触针6因工件表面不平产生位移时，会驱动所述驱动板12产生位移，从而改变所述磁芯26在所述磁孔内的位置，使所述线路板得到的测量信号不同，实现了工件表面粗糙度的检测。在装配时，所述转轴17与所述线圈29的垂直度要求为90°±0.03°，所述转轴17与所述线圈29的距离要求为20mm±0.005mm，同时为了保证加工精度，所述线圈骨架25可以采用进口日本的车铣联动机床加工，一次加工成型，无需二次修正，避免了增加误差。
具体地，如图1和图6所示，所述线圈槽28设有三个，所述线圈29包括激励线圈31和两个检测线圈32，所述激励线圈31位于两所述检测线圈32的中间。本实施例采用三组线圈29的方式组成电感线圈29，在实际使用中很好的保证的精度与线性。其中所述激励线圈31的线径为0.04mm，绕制800匝左右，两侧的所述检测线圈32的线径为0.04mm，可各绕制1000匝，作为电枢部件的所述磁芯26可采用1J50软磁合金(如坡莫合金)。
借助图6阐述本实施例的基本工作原理：在PIN1上施加一个10K左右的正弦波信号，在所述磁芯26的作用下，使在所述激励线圈31上产生的电磁场耦合到两所述检测线圈32上，PIN1与PIN5组成的线圈29是所述激励线圈31，PIN2与PIN3组成的线圈29是一个所述检测线圈32，PIN3与PIN4之间的线圈29是另一个所述检测线圈32，当所述磁芯26在平衡位置时，两个所述检测线圈32产生感应电动势的有效值是一样的；当所述磁芯26向上偏移，PIN2与PIN3之间的感应电动势有效值比检PIN3与PIN4之间的感应电动势有效值要大；反过来，当所述磁芯26向下偏移，PIN3与PIN4之间的感应电动势有效值比PIN2与PIN3之间的感应电动势有效值要大，因此，只要通过所述线路板检测出两所述检测线圈32之间的感生电动势的有效值大小，就可以检测出所述磁芯26的偏移量，从而实现被检工件表面粗糙度的检测，上述为有效值检测方法；还有一种是相敏检波，在PIN2或PIN4端会输出双极性的正弦波信号，需把激励信号的相位引入解调，才能计算出所述磁芯26是向上移动还是向下移动。
通过上述技术改进，本实施例具有以下优点：
1、量程大
由于设计了大线槽的注塑线圈骨架，使所述线圈的绕制匝数变多，绕线方式合理，因此所述磁芯活动的范围变大，量程也变大，根据实际检测情况，可以通过加长所述测杆主体，传感器的量程还能进一步增大，可达±500μm。
2、分辨率高
传感器的分辨率是由传感器的灵敏度和数据采集器的位数共同决定的。所谓灵敏度就是相同位移能使电感产生多大的变化量，进而产生相应的电压变化量，通过提高灵敏度，是本发明的分辨率比同类产品提高了至少1.5倍。
3、线性范围大
目前现有技术中的传感器在量程极限处时，所述磁芯活动对磁力线的切割作用比较弱，而仅在中心处较强，因此线性范围较窄，而本实施例改进后使传感器的线性范围是90％的量程范围。
4、静测力小且可调
由于采用了带锥度的所述转轴，迟滞减小，采用的所述测力弹簧的力大大减小，从而使得静测力也大大减小，最小可控制在0.2g以下。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.粗糙度电感式传感器，包括基体，其特征在于：所述基体一侧可拆卸连接有检测套管，所述检测套管内套装有快拆测杆装置，所述快拆测杆装置的检测端延伸至所述检测套管的外侧，所述基体内设有与所述快拆测杆装置连接的磁芯驱动装置，所述磁芯驱动装置通过精密转动装置连接于所述基体上，所述磁芯驱动装置与所述基体之间还连接有测力调节装置，所述基体内还封装有线圈骨架和磁芯，贯穿所述线圈骨架设有芯孔，所述磁芯贯穿所述磁芯驱动装置设置且延伸至所述芯孔内，所述线圈骨架上围绕所述芯孔设有线圈槽，各所述线圈槽内对应填充有线圈，所述线圈骨架上还布置安装有接线柱，各所述线圈两端连接至对应的所述接线柱上。
2.如权利要求1所述的粗糙度电感式传感器，其特征在于：所述精密转动装置包括两个相对设置的端部轴承，两所述端部轴承之间夹装有转轴，所述转轴贯穿所述磁芯驱动装置设置且与所述磁芯驱动装置固定连接，所述转轴两端分别形成有锥度轴尖，且所述锥度轴尖与对应的所述端部轴承转动配合，贯穿所述端部轴承设有安装孔。
3.如权利要求2所述的粗糙度电感式传感器，其特征在于：所述端部轴承包括圆筒状的轴承外圈，所述轴承外圈内与所述锥度轴尖外周之间限位布置有滚珠。
4.如权利要求3所述的粗糙度电感式传感器，其特征在于：所述快拆测杆装置包括测杆主体，所述测杆主体一端连接有触针，所述测杆主体另一端固定连接有快拆弹片，所述快拆弹片端部设有折弯挂装部，所述折弯挂装部靠近所述磁芯驱动装置的一侧设有挂装孔，所述测杆主体表面上设有容纳所述折弯挂装部的挂装避让口。
5.如权利要求4所述的粗糙度电感式传感器，其特征在于：所述磁芯驱动装置包括固定套装在所述转轴外部的驱动块，所述驱动块上设有延伸至所述线圈骨架下方的驱动板，所述磁芯贯穿所述驱动板螺接设置，所述驱动块上还安装有延伸至所述挂装避让口内的连接杆，所述连接杆上设有容纳所述折弯挂装部的挂装槽，所述挂装槽表面设有延伸至所述挂装孔内的挂装爪。
6.如权利要求5所述的粗糙度电感式传感器，其特征在于：所述测杆主体设置为管体结构，所述折弯挂装部设置为V形结构，相应地所述挂装槽设置为V形槽。
7.如权利要求5所述的粗糙度电感式传感器，其特征在于：所述测力调节装置包括固定安装于所述驱动块上的拉簧挂柱，所述驱动块上方的所述基体上螺纹连接有拉簧调节柱，所述拉簧挂柱与所述拉簧调节柱之间挂装有测力拉簧，所述拉簧调节柱表面设有与所述测力拉簧配合的拉簧调节螺纹。
8.如权利要求1所述的粗糙度电感式传感器，其特征在于：所述线圈槽设有三个，所述线圈包括激励线圈和两个检测线圈，所述激励线圈位于两所述检测线圈的中间。
9.如权利要求1至8任一权利要求所述的粗糙度电感式传感器，其特征在于：所述检测套管包括管套本体，所述管套本体一侧固定连接有套管安装座，所述套管安装座通过连接螺栓可拆卸安装于所述基体上。
10.如权利要求9所述的粗糙度电感式传感器，其特征在于：所述基体和所述套管安装座分别设置为圆柱形结构，所述基体内对应所述连接螺栓嵌装有定心钢球。
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