CN111174707A - 一种光电式微位移测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于微位移测量技术领域，具体的说是一种光电式微位移测量装置，包括安装板，所述安装板底端固定有两个矩形板，所述矩形板之间转动安装有螺杆和限位杆，所述螺杆和限位杆表面活动连接有滑块，所述滑块顶端固定有伺服电机，所述滑块的侧壁上转动连接有转轴，所述转轴远离滑块的一端固定有激光位移传感器，所述伺服电机通过同步带与转轴转动连接，所述转轴表面固定有一号斜齿轮，所述滑块的侧壁转动安装有二号斜齿轮；本发明通过机械控制的方式提高了激光位移传感器的精度，使得激光位移传感器的测量更加精准，避免人工调节存在的误差，不仅减少了人工成本，同时提高了测量的精度。
Description
技术领域
本发明属于微位移测量技术领域，具体的说是一种光电式微位移测量装置。
背景技术
位移用位移表示物体(质点)的位置变化。定义为：由初位置到末位置的有向线段。其大小与路径无关，方向由起点指向终点。位移是最基本的几何参量之一，其准确测量对人们从事各领域的研究和促进科学进步有重要意义，精密制造和超精密制造、微型机械、微细和超微细加工等精密工程是当今也是未来高端制造技术的基础，而精密微位移测量是推动和发展高端制造技术的基础。目前，较为成熟的微位移测量技术是非接触式位移传感器，其重要代表是光电式位移传感器，如激光三角反射式位移传感器等。
激光位移传感器是利用激光技术进行测量的传感器。它由激光器、激光检测器和测量电路组成。激光传感器是新型测量仪表。它能够精确非接触测量被测物体的位置、位移等变化。可以测量位移、厚度、振动、距离、直径等精密的几何测量。
在对镜面体进行检测时，由于镜面体具有较强的正反射光，导致激光位移传感器的受光量饱和，从而无法获取准确测量值，往往需要对激光位移传感器进行调整，使得激光位移传感器的传感头具有一定的倾斜角度；对激光位移传感器的调节通常是人工调节，存在一定的误差，且对不同的目标物进行检查时需要不同的倾斜角，使得激光位移传感器的调节费时费力，据此，本发明提出了一种光电式微位移测量装置。
发明内容
为了弥补现有技术的不足，本发明提出的一种光电式微位移测量装置，通过机械控制的方式提高了激光位移传感器的精度，使得激光位移传感器的测量更加精准，避免人工调节存在的误差，不仅减少了人工成本，同时提高了测量的精度。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明所述的一种光电式微位移测量装置，包括安装板，所述安装板底端固定有两个矩形板，所述矩形板之间转动安装有螺杆和限位杆，所述螺杆和限位杆表面活动连接有滑块，所述滑块顶端固定有伺服电机，所述滑块的侧壁上转动连接有转轴，所述转轴远离滑块的一端固定有激光位移传感器，所述伺服电机通过同步带与转轴转动连接，所述转轴表面固定有一号斜齿轮，所述滑块的侧壁转动安装有二号斜齿轮，所述二号斜齿轮与螺杆转动连接，所述一号斜齿轮与二号斜齿轮互相啮合，所述安装板底端通过安装架固定有遮光片，所述安装板上固定有控制器，控制器用于控制测量装置工作，工作时，在对镜面体进行检测时，由于镜面体具有较强的正反射光，导致激光位移传感器的受光量饱和，从而无法获取准确测量值，往往需要对激光位移传感器进行调整，使得激光位移传感器的传感头具有一定的倾斜角度；对激光位移传感器的调节通常是人工调节，存在一定的误差，且对不同的目标物进行检查时需要不同的倾斜角，使得激光位移传感器的调节费时费力，通过本发明的设置来对这一问题进行解决；在需要调整激光位移传感器的角度时通过人工控制控制器或者控制器的自动控制来控制伺服电机工作，使得伺服电机转动并通过同步带带动转轴转动，从而使得激光位移传感器发生转动；转轴转动的同时使得一号斜齿轮发生转动，从而使得与一号斜齿轮啮合的二号斜齿轮发生转动；转动的二号斜齿轮在螺杆表面移动，使得滑块在螺杆表面移动，从而使得激光位移传感器沿着螺杆的方向同步发生移动；激光位移传感器内的激光发射器通过镜头将可见红色激光射向被测物体表面，经物体反射的激光通过接收器镜头，被内部的CCD线性相机接收，根据不同的距离，CCD线性相机可以在不同的角度下“看见”这个光点；根据这个角度及已知的激光和相机之间的距离，数字信号处理器就能计算出传感器和被测物体之间的距离；在激光经过遮光片时强度被削弱，使得进入到激光位移传感器内的光线强度减弱，从而使得激光位移传感器能进行准确的测量；利用同样的方法可对透明玻璃材料的目标物进行测量；本发明通过伺服电机的设置来对激光位移传感器的角度和位置进行调节，使得激光位移传感器的入射点位置保持不动而改变激光位移传感器的激光入射角度，从而提高激光位移传感器的使用范围；机械控制的方式具有较高的精度，使得激光位移传感器的测量更加精准，避免人工调节存在的误差，不仅减少了人工成本，同时提高了测量的精度。
优选的，所述遮光片靠近安装架一端的厚度值大于遮光片远离安装架一端的厚度值，工作时，因垂直照射时的反射光强度最大，随着入射光角度的变小反射光的强度逐渐变小；将遮光片靠近安装架一端的厚度值设为最大使得遮光片在激光位移传感器垂直照射时的遮光效果最强，从而使得激光位移传感器接收到的反射光强度下降，保证激光位移传感器的测量效果；遮光片远离安装架一端的厚度值远离安装架一端的厚度值减小是为了保证反射光的接收效果，避免因遮光片的遮光作用导致激光位移传感器接收不到反射光，从而保证了激光位移传感器的正常工作。
优选的，所述遮光片为弧形结构，用于反射光线的垂直通过，工作时，因激光位移传感器的位置不断变化，使得激光位移传感器的照射激光角度发生变化，从而使得接收反射光的角度也在变化；将遮光片设为弧形结构使得反射光在经过遮光片时与遮光片处于垂直关系，从而避免了反射光在遮光片处发生折射现象，进而保证了激光位移传感器对反射光的正常接收；反射光的正常接收保证了激光位移传感器的正常工作，保证了测量的准确性。
优选的，所述滑块顶端转动连接有三号斜齿轮，所述三号斜齿轮与二号斜齿轮互相啮合，所述三号斜齿轮底端固定有转动架，所述转动架上固定有清洁布，工作时，激光位移传感器出光和受光窗口透镜容易受到粉尘和油污的污染；透镜一旦被污染会挡住了部分光或者完全挡住光路造成检测偏差或不能检测；通过三号斜齿轮的设置使其在二号斜齿轮的带动下发生转动，从而使得其底端固定的转动架发生转动；转动的转动架带动清洁布转动，使得清洁布在激光位移传感器的透镜表面快速滑过，清洁布对透镜表面进行快速的清洁，使得透镜表面的灰尘被清除，从而保证了激光位移传感器的正常工作；清洁布在激光位移传感器转动后不再与激光位移传感器发生干涉，避免对激光位移传感器的工作产生影响，在激光位移传感器接近起始位置时与之接触，再次对激光位移传感器进行清理。
优选的，所述螺杆和限位杆上固定有限位板，所述限位板与滑块之间固定有气囊，所述安装板上固定有喷头，所述气囊通过气管与喷头连接，所述喷头侧壁上设有一号气孔和二号气孔，一号气孔用于激光位移传感器的除尘，二号气孔用于遮光片的除尘，一号气孔、二号气孔均与气管连通，工作时，滑块在螺杆上移动的时候与限位板之间的距离逐渐变小，使得两者之间的气囊被挤压，从而使得气囊中的气体被压出；气囊中的气体从气管中进入到喷头处，并从一号气孔和二号气孔处喷出；一号气孔对激光位移传感器的透镜处进行喷气，一方面清除透镜处的灰尘，另一方面去除清洁布表面的灰尘；二号气孔喷出的气体沿着遮光片表面移动，使得遮光片表面的灰尘被吹走，减少遮光片对反射光的干扰，从而保证了激光位移传感器的测量精度。
优选的，所述遮光片靠近二号气孔的端部位于二号气孔的中心线上，使得通过遮光片的气流被一分为二，工作时，二号气孔被遮光片靠近安装架的一端一分为二，使得二号气孔喷出的气体一半在遮光片的上表面移动，另一半在遮光片的下表面移动，使得遮光片的工作面均被清理，保证了遮光片表面的清洁度，从而保证了激光位移传感器的测量精度。
本发明的有益效果如下：
1.本发明所述的一种光电式微位移测量装置，通过机械控制的方式提高了激光位移传感器的精度，使得激光位移传感器的测量更加精准，避免人工调节存在的误差，不仅减少了人工成本，同时提高了测量的精度。
2.本发明所述的一种光电式微位移测量装置，通过气囊和喷头的配合对激光位移传感器的透镜进行清理，使得激光位移传感器的透镜保持清洁，从而保证了激光位移传感器的正常工作。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1是本发明的三维图；
图2是本发明的后视图；
图3是本发明其中一种工作状态示意图；
图4是本发明另外一种工作状态示意图；
图5是二号气孔处的气流走向示意图；
图中：安装板1、矩形板2、螺杆3、限位杆4、滑块5、伺服电机6、激光位移传感器7、一号斜齿轮8、二号斜齿轮9、遮光片10、三号斜齿轮11、转动架12、限位板13、气囊14、喷头15、一号气孔16、二号气孔17。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
如图1至图5所示，本发明所述的一种光电式微位移测量装置，包括安装板1，所述安装板1底端固定有两个矩形板2，所述矩形板2之间转动安装有螺杆3和限位杆4，所述螺杆3和限位杆4表面活动连接有滑块5，所述滑块5顶端固定有伺服电机6，所述滑块5的侧壁上转动连接有转轴，所述转轴远离滑块5的一端固定有激光位移传感器7，所述伺服电机6通过同步带与转轴转动连接，所述转轴表面固定有一号斜齿轮8，所述滑块5的侧壁转动安装有二号斜齿轮9，所述二号斜齿轮9与螺杆3转动连接，所述一号斜齿轮8与二号斜齿轮9互相啮合，所述安装板1底端通过安装架固定有遮光片10，所述安装板1上固定有控制器，控制器用于控制测量装置工作，工作时，在对镜面体进行检测时，由于镜面体具有较强的正反射光，导致激光位移传感器7的受光量饱和，从而无法获取准确测量值，往往需要对激光位移传感器7进行调整，使得激光位移传感器7的传感头具有一定的倾斜角度；对激光位移传感器7的调节通常是人工调节，存在一定的误差，且对不同的目标物进行检查时需要不同的倾斜角，使得激光位移传感器7的调节费时费力，通过本发明的设置来对这一问题进行解决；在需要调整激光位移传感器7的角度时通过人工控制控制器或者控制器的自动控制来控制伺服电机6工作，使得伺服电机6转动并通过同步带带动转轴转动，从而使得激光位移传感器7发生转动；转轴转动的同时使得一号斜齿轮8发生转动，从而使得与一号斜齿轮8啮合的二号斜齿轮9发生转动；转动的二号斜齿轮9在螺杆3表面移动，使得滑块5在螺杆3表面移动，从而使得激光位移传感器7沿着螺杆3的方向同步发生移动；激光位移传感器7内的激光发射器通过镜头将可见红色激光射向被测物体表面，经物体反射的激光通过接收器镜头，被内部的CCD线性相机接收，根据不同的距离，CCD线性相机可以在不同的角度下“看见”这个光点；根据这个角度及已知的激光和相机之间的距离，数字信号处理器就能计算出传感器和被测物体之间的距离；在激光经过遮光片10时强度被削弱，使得进入到激光位移传感器7内的光线强度减弱，从而使得激光位移传感器7能进行准确的测量；利用同样的方法可对透明玻璃材料的目标物进行测量；本发明通过伺服电机6的设置来对激光位移传感器7的角度和位置进行调节，使得激光位移传感器7的入射点位置保持不动而改变激光位移传感器7的激光入射角度，从而提高激光位移传感器7的使用范围；机械控制的方式具有较高的精度，使得激光位移传感器7的测量更加精准，避免人工调节存在的误差，不仅减少了人工成本，同时提高了测量的精度。
作为本发明的一种具体实施方式，所述遮光片10靠近安装架一端的厚度值大于遮光片10远离安装架一端的厚度值，工作时，因垂直照射时的反射光强度最大，随着入射光角度的变小反射光的强度逐渐变小；将遮光片10靠近安装架一端的厚度值设为最大使得遮光片10在激光位移传感器7垂直照射时的遮光效果最强，从而使得激光位移传感器7接收到的反射光强度下降，保证激光位移传感器7的测量效果；遮光片10远离安装架一端的厚度值远离安装架一端的厚度值减小是为了保证反射光的接收效果，避免因遮光片10的遮光作用导致激光位移传感器7接收不到反射光，从而保证了激光位移传感器7的正常工作。
作为本发明的一种具体实施方式，所述遮光片10为弧形结构，用于反射光线的垂直通过，工作时，因激光位移传感器7的位置不断变化，使得激光位移传感器7的照射激光角度发生变化，从而使得接收反射光的角度也在变化；将遮光片10设为弧形结构使得反射光在经过遮光片10时与遮光片10处于垂直关系，从而避免了反射光在遮光片10处发生折射现象，进而保证了激光位移传感器7对反射光的正常接收；反射光的正常接收保证了激光位移传感器7的正常工作，保证了测量的准确性。
作为本发明的一种具体实施方式，所述滑块5顶端转动连接有三号斜齿轮11，所述三号斜齿轮11与二号斜齿轮9互相啮合，所述三号斜齿轮11底端固定有转动架12，所述转动架12上固定有清洁布，工作时，激光位移传感器7出光和受光窗口透镜容易受到粉尘和油污的污染；透镜一旦被污染会挡住了部分光或者完全挡住光路造成检测偏差或不能检测；通过三号斜齿轮11的设置使其在二号斜齿轮9的带动下发生转动，从而使得其底端固定的转动架12发生转动；转动的转动架12带动清洁布转动，使得清洁布在激光位移传感器7的透镜表面快速滑过，清洁布对透镜表面进行快速的清洁，使得透镜表面的灰尘被清除，从而保证了激光位移传感器7的正常工作；清洁布在激光位移传感器7转动后不再与激光位移传感器7发生干涉，避免对激光位移传感器7的工作产生影响，在激光位移传感器7接近起始位置时与之接触，再次对激光位移传感器7进行清理。
作为本发明的一种具体实施方式，所述螺杆3和限位杆4上固定有限位板13，所述限位板13与滑块5之间固定有气囊14，所述安装板1上固定有喷头15，所述气囊14通过气管与喷头15连接，所述喷头15侧壁上设有一号气孔16和二号气孔17，一号气孔16用于激光位移传感器7的除尘，二号气孔17用于遮光片10的除尘，一号气孔16、二号气孔17均与气管连通，工作时，滑块5在螺杆3上移动的时候与限位板13之间的距离逐渐变小，使得两者之间的气囊14被挤压，从而使得气囊14中的气体被压出；气囊14中的气体从气管中进入到喷头15处，并从一号气孔16和二号气孔17处喷出；一号气孔16对激光位移传感器7的透镜处进行喷气，一方面清除透镜处的灰尘，另一方面去除清洁布表面的灰尘；二号气孔17喷出的气体沿着遮光片10表面移动，使得遮光片10表面的灰尘被吹走，减少遮光片10对反射光的干扰，从而保证了激光位移传感器7的测量精度。
作为本发明的一种具体实施方式，所述遮光片10靠近二号气孔17的端部位于二号气孔17的中心线上，使得通过遮光片10的气流被一分为二，工作时，二号气孔17被遮光片10靠近安装架的一端一分为二，使得二号气孔17喷出的气体一半在遮光片10的上表面移动，另一半在遮光片10的下表面移动，使得遮光片10的工作面均被清理，保证了遮光片10表面的清洁度，从而保证了激光位移传感器7的测量精度。
工作时，在对镜面体进行检测时，由于镜面体具有较强的正反射光，导致激光位移传感器7的受光量饱和，从而无法获取准确测量值，往往需要对激光位移传感器7进行调整，使得激光位移传感器7的传感头具有一定的倾斜角度；对激光位移传感器7的调节通常是人工调节，存在一定的误差，且对不同的目标物进行检查时需要不同的倾斜角，使得激光位移传感器7的调节费时费力，通过本发明的设置来对这一问题进行解决；在需要调整激光位移传感器7的角度时通过人工控制控制器或者控制器的自动控制来控制伺服电机6工作，使得伺服电机6转动并通过同步带带动转轴转动，从而使得激光位移传感器7发生转动；转轴转动的同时使得一号斜齿轮8发生转动，从而使得与一号斜齿轮8啮合的二号斜齿轮9发生转动；转动的二号斜齿轮9在螺杆3表面移动，使得滑块5在螺杆3表面移动，从而使得激光位移传感器7沿着螺杆3的方向同步发生移动；激光位移传感器7内的激光发射器通过镜头将可见红色激光射向被测物体表面，经物体反射的激光通过接收器镜头，被内部的CCD线性相机接收，根据不同的距离，CCD线性相机可以在不同的角度下“看见”这个光点；根据这个角度及已知的激光和相机之间的距离，数字信号处理器就能计算出传感器和被测物体之间的距离；在激光经过遮光片10时强度被削弱，使得进入到激光位移传感器7内的光线强度减弱，从而使得激光位移传感器7能进行准确的测量；利用同样的方法可对透明玻璃材料的目标物进行测量；本发明通过伺服电机6的设置来对激光位移传感器7的角度和位置进行调节，使得激光位移传感器7的入射点位置保持不动而改变激光位移传感器7的激光入射角度，从而提高激光位移传感器7的使用范围；机械控制的方式具有较高的精度，使得激光位移传感器7的测量更加精准，避免人工调节存在的误差，不仅减少了人工成本，同时提高了测量的精度。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。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 (6)
1.一种光电式微位移测量装置，其特征在于：包括安装板(1)，所述安装板(1)底端固定有两个矩形板(2)，所述矩形板(2)之间转动安装有螺杆(3)和限位杆(4)，所述螺杆(3)和限位杆(4)表面活动连接有滑块(5)，所述滑块(5)顶端固定有伺服电机(6)，所述滑块(5)的侧壁上转动连接有转轴，所述转轴远离滑块(5)的一端固定有激光位移传感器(7)，所述伺服电机(6)通过同步带与转轴转动连接，所述转轴表面固定有一号斜齿轮(8)，所述滑块(5)的侧壁转动安装有二号斜齿轮(9)，所述二号斜齿轮(9)与螺杆(3)转动连接，所述一号斜齿轮(8)与二号斜齿轮(9)互相啮合，所述安装板(1)底端通过安装架固定有遮光片(10)，所述安装板(1)上固定有控制器，控制器用于控制测量装置工作。
2.根据权利要求1所述的一种光电式微位移测量装置，其特征在于：所述遮光片(10)靠近安装架一端的厚度值大于遮光片(10)远离安装架一端的厚度值。
3.根据权利要求2所述的一种光电式微位移测量装置，其特征在于：所述遮光片(10)为弧形结构，用于反射光线的垂直通过。
4.根据权利要求1所述的一种光电式微位移测量装置，其特征在于：所述滑块(5)顶端转动连接有三号斜齿轮(11)，所述三号斜齿轮(11)与二号斜齿轮(9)互相啮合，所述三号斜齿轮(11)底端固定有转动架(12)，所述转动架(12)上固定有清洁布。
5.根据权利要求4所述的一种光电式微位移测量装置，其特征在于：所述螺杆(3)和限位杆(4)上固定有限位板(13)，所述限位板(13)与滑块(5)之间固定有气囊(14)，所述安装板(1)上固定有喷头(15)，所述气囊(14)通过气管与喷头(15)连接，所述喷头(15)侧壁上设有一号气孔(16)和二号气孔(17)，一号气孔(16)用于激光位移传感器(7)的除尘，二号气孔(17)用于遮光片(10)的除尘，一号气孔(16)、二号气孔(17)均与气管连通。
6.根据权利要求5所述的一种光电式微位移测量装置，其特征在于：所述遮光片(10)靠近二号气孔(17)的端部位于二号气孔(17)的中心线上，使得通过遮光片(10)的气流被一分为二。
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