CN111457875A - 一种基于线性位移传感器的多功能检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于线性位移传感器的多功能检测方法及装置，特别涉及线性位移传感器检测技术领域。包括以下步骤：S1：同时启动试品线性位移传感器、高精度光栅位移传感器；S2：向主控单元输入直线电机的移动速度和位移；S3：直线电机根据所述移动速度和所述位移同时驱动检测探头相对于试品线性位移传感器或高精度光栅位移传感器的固定部移动；S4：高精度光栅位移传感器、试品线性位移传感器将检测信号传输至数据采集单元；S5：所述数据采集单元根据所述检测信号描出偏差时间曲线并输出为试品位移检测装置动态位移反馈误差曲线。本方案解决了如何提高线性位置测量传感器的检测精度的技术问题，适用于线性位移的可靠性检测。

Description

一种基于线性位移传感器的多功能检测方法及装置

技术领域

本发明涉及线性位移传感器检测技术领域，特别涉及一种基于线性位移传感器的多功能检测方法及装置。

背景技术

位移传感器又称为线性传感器，是一种属于金属感应的线性器件，传感器的作用是把各种被测物理量转换为电量。小位移通常用应变式、电感式、差动变压器式、涡流式、霍尔传感器来检测，大的位移常用感应同步器、光栅、容栅、磁栅等传感技术来测量。

光栅传感器因具有易实现数字化、精度高(目前分辨率最高的可达到纳米级)、抗干扰能力强、没有人为读数误差、安装方便、使用可靠等优点，在精密数控机床、检测仪表等行业中得到日益广泛的应用。传统的线性位移传感器检测装置主要是实现定位精度测量，其功能单一。而线性位移传感器检测装置受使用时间、外界干扰、电容等影响，其测量误差将会随之改变，对检测结果准确性要求较高的场所将难以适用。

因此，如何设计一种既可以实现定位精度测量，又可以实现动态位置检测准确性和频域失真检测的多功能检测装置是我们目前迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是如何提高线性位置测量传感器的检测精度。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于线性位移传感器的多功能检测方法，包括以下步骤：

S1：同时启动试品线性位移传感器、高精度光栅位移传感器；

S2：向主控单元输入直线电机的移动速度和位移；

S3：直线电机根据所述移动速度和所述位移同时驱动检测探头相对于试品线性位移传感器或高精度光栅位移传感器的固定部移动；

S4：高精度光栅位移传感器、试品线性位移传感器将检测信号传输至数据采集单元；

S5：所述数据采集单元根据所述检测信号描出偏差时间曲线并输出为试品位移检测装置动态位移反馈误差曲线。

本发明的有益效果是：本方案通过同时启动试品线性位移传感器、高精度光栅位移传感器的方式，相对传统线性位移传感器检测装置和方法只能实现定位精度测量单一功能，实现了数据采集单元对试品线性位移传感器的动态精度测量和运动测量位置、速度频域失真检测，从而解决了如何提高线性位置测量传感器的检测精度的技术问题，同时，本方案不仅能适用于线性位移传感器检测，同时也可以应用在角度传感器上。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，步骤S1中的所述高精度光栅位移传感器的检测精度不小于所述试品线性位移传感器的检测精度；所述试品线性位移传感器为光栅、时栅、磁栅、容栅位移传感器中的任意一种。

采用上述进一步方案的有益效果是，这样设置后，便于以高精度光栅位移传感器的检测结果为基准对试品线性位移传感器的检测结果进行对比分析。

进一步，步骤S2中的所述主控单元包括运动控制器和交流伺服驱动器。

采用上述进一步方案的有益效果是，这样设置后，使得高精度光栅位移传感器、主控单元和直线电机形成闭环控制回路。

进一步，步骤S2中的线性位置测量传感器还包括基座，所述基座固定连接有导轨，所述直线电机包括与所述导轨活动连接的电机动子以及与所述基座固定连接的电机定子，所述高精度光栅位移传感器和所述试品线性位移传感器的检测探头均通过机械连接件与电机动子固定连接。

采用上述进一步方案的有益效果是，这样设置后，使得高精度光栅位移传感器和试品线性位移传感器的安装与拆卸操作方便。

进一步，步骤S2中，所述电机动子与所述基座之间设有电缆保护带。

采用上述进一步方案的有益效果是，这样设置后，在电机动子移动过程中，减小电缆因弯折而损坏的情况发生，增强了检测装置运行的稳定性。

进一步，步骤S2中，所述基座固定连接有两个限位装置，两个所述限位装置沿所述电机动子的移动方向对称设置。

采用上述进一步方案的有益效果是，这样设置后，利用限位装置，便于对电机动子的移动进行限位，防止电机动子与导轨脱离连接状态的情况发生。

进一步，步骤S2中，所述限位装置包括连接座，所述连接座固定连接有伸缩筒，所述伸缩筒活动连接有伸缩杆；所述伸缩杆朝向所述电机动子的端部固定连接有固定板，远离所述电机动子的端部设有与所述伸缩筒端部接触的限位板；所述伸缩杆套接有压簧，所述压簧一端与固定板固定连接，所述压簧的另一端与所述伸缩筒相对固定。

采用上述进一步方案的有益效果是，这样设置后，当电机动子与固定板接触挤压时，压簧收缩，伸缩杆沿伸缩筒轴线方向移动；当固定板无接触挤压时，限位板在压簧的弹力作用下与伸缩筒抵触，便于增强限位装置的稳定性。

进一步，步骤S2中，所述伸缩筒外壁设有与连接座螺纹配合的第一螺纹段，伸缩筒远离限位板的端部固定连接有可与连接座接触的第一螺母。

采用上述进一步方案的有益效果是，这样设置后，使得伸缩筒与连接座的安装与拆卸操作方便，第一螺母对伸缩筒的安装位置进行限定。

进一步，步骤S2中，所述伸缩筒靠近第一螺母的端部设有第二螺纹段，第二螺纹段螺纹配合有第二螺母，压簧与第二螺母固定连接。

采用上述进一步方案的有益效果是，这样设置后，转动第二螺母，使得压簧沿伸缩杆轴线方向移动，便于对限位装置的限位性能进行调节。

本发明解决上述技术问题的另一技术方案如下：

一种基于线性位移传感器的多功能检测装置，包括基座、直线电机、高精度光栅位移传感器、试品线性位移传感器和主控单元，基座固定连接有导轨；所述直线电机包括与导轨活动连接的电机动子以及与基座固定连接的电机定子；所述高精度光栅位移传感器和试品线性位移传感器均包括固定部和与固定部活动连接的检测探头，高精度光栅位移传感器和试品线性位移传感器的固定部平行固定在基座上，高精度光栅位移传感器和试品线性位移传感器的检测探头均与电机动子固定连接；所述高精度光栅位移传感器和直线电机均与主控单元电性连接，所述高精度光栅位移传感器与试品线性位移传感器的输出端电性连接有数据采集单元。

进一步，所述高精度光栅位移传感器的检测精度不小于试品线性位移传感器的检测精度；所述试品线性位移传感器为光栅、时栅、磁栅、容栅位移传感器中的任意一种。

进一步，所述主控单元包括运动控制器和交流伺服驱动器。

进一步，所述高精度光栅位移传感器和试品线性位移传感器的检测探头均通过机械连接件与电机动子固定连接。

进一步，所述电机动子与基座之间设有电缆保护带。

进一步，所述基座固定连接有两个限位装置，两个限位装置沿电机动子移动方向对称设置。

进一步，所述限位装置包括连接座，连接座固定连接有伸缩筒，伸缩筒活动连接有伸缩杆；伸缩杆朝向电机动子的端部固定连接有固定板，远离电机动子的端部设有与伸缩筒端部接触的限位板；所述伸缩杆套接有压簧，压簧一端与固定板固定连接，另一端与伸缩筒相对固定。

进一步，所述伸缩筒外壁设有与连接座螺纹配合的第一螺纹段，伸缩筒远离限位板的端部固定连接有可与连接座接触的第一螺母。

进一步，所述伸缩筒靠近第一螺母的端部设有第二螺纹段，第二螺纹段螺纹配合有第二螺母，压簧与第二螺母固定连接。

本发明附加的方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明实践了解到。

附图说明

图1为本发明基于线性位移传感器的多功能检测方法的实施例的方法流程示意图

图2为本发明基于线性位移传感器的多功能检测方法的实施例的整体结构示意图；

图3为图2中A处的放大示意图；

图4为本发明基于线性位移传感器的多功能检测方法的其它实施例的限位装置的结构示意图；

图5为本发明基于线性位移传感器的多功能检测方法的其它实施例的工作原理图；

图6为本发明基于线性位移传感器的多功能检测方法的其它实施例的高精密光栅反馈速度曲线和试品反馈速度时间曲线图；

图7为本发明基于线性位移传感器的多功能检测方法的其它实施例的试品反馈位置与高精密光栅反馈实时位置误差曲线图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例基本如附图1和附图2所示：

本实施例中基于线性位移传感器的多功能检测方法，包括以下步骤：

S1：同时启动试品线性位移传感器3、高精度光栅位移传感器4；

S2：向主控单元输入直线电机的移动速度和位移，本实施例中输入的移动速度可以为-200mm/min，位移可以为160mm，基于此数据生成如图6所示的高精密光栅反馈速度曲线和试品反馈速度时间曲线图和如图7所示的试品位移检测装置动态位移反馈误差曲线；S3：直线电机根据移动速度和位移同时驱动检测探头相对于试品线性位移传感器或高精度光栅位移传感器的固定部移动，本实施例中的机械连接件33采用L型连接块，使得高精度光栅位移传感器4和试品线性位移传感器3的安装与拆卸操作方便；

S4：高精度光栅位移传感器4、试品线性位移传感器3将检测信号传输至数据采集单元；本实施例中的高精度光栅位移传感器4与试品线性位移传感器3的输出端与数据采集单元电性连接，具体的，如图2、图3和图5所示，高精度光栅位移传感器4和直线电机均与主控单元电性连接，高精度光栅位移传感器4与试品线性位移传感器3的输出端电性连接有数据采集单元。单独启动试品线性位移传感器3，即可实现传统的静态定位精度测量。同时启动高精度光栅位移传感器4、试品线性位移传感器3，直线电机同时驱动检测探头32相对于固定部31移动，高精度光栅位移传感器4、试品线性位移传感器3将检测信号同步传输至数据采集单元，即可实现数据采集单元对试品线性位移传感器3的动态精度测量和运动测量位置、速度频域失真检测。在本实施例中，数据采集单元采用数据采集卡。主控单元可设定直线电机的移动速度和位移，高精度光栅位移传感器4的反馈信号伺服驱动直线电机按照主控单元设定的移动速度和位移进行移动。数据采集单元将基于高精度光栅位移传感器4的检测位移对比试品线性位移传感器3检测位移偏差，将基于时间描出偏差时间曲线，该曲线为试品线性位移传感器3动态位移反馈误差曲线；

S5：数据采集单元根据检测信号描出偏差时间曲线并输出为如图7所示的试品位移检测装置动态位移反馈误差曲线。

本发明的有益效果是：本方案通过同时启动试品线性位移传感器3、高精度光栅位移传感器4的方式，相对传统线性位移传感器检测装置和方法只能实现定位精度测量单一功能，实现了数据采集单元对试品线性位移传感器3的动态精度测量和运动测量位置、速度频域失真检测，从而解决了如何提高线性位置测量传感器的检测精度的技术问题。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

可选的，在一些其它实施例中，步骤S1中的高精度光栅位移传感器4的检测精度不小于试品线性位移传感器3的检测精度；试品线性位移传感器3为光栅、时栅、磁栅、容栅位移传感器中的任意一种。

这样设置后，便于以高精度光栅位移传感器4的检测结果为基准对试品线性位移传感器3的检测结果进行对比分析。

可选的，在一些其它实施例中，步骤S2中的主控单元包括运动控制器和交流伺服驱动器。

这样设置后，使得高精度光栅位移传感器4、主控单元和直线电机形成闭环控制回路。

可选的，在一些其它实施例中，步骤S2中的线性位置测量传感器还包括基座1，基座1固定连接有导轨2，直线电机包括与导轨2活动连接的电机动子21以及与基座1固定连接的电机定子22，高精度光栅位移传感器4和试品线性位移传感器3的检测探头32均通过机械连接件33与电机动子21固定连接。

这样设置后，使得高精度光栅位移传感器4和试品线性位移传感器3的安装与拆卸操作方便。

可选的，在一些其它实施例中的步骤S2中，电机动子21与基座1之间设有电缆保护带5。

这样设置后，在电机动子21移动过程中，减小电缆因弯折而损坏的情况发生，增强了检测装置运行的稳定性。

如图4所示，可选的，在一些其它实施例中的步骤S2中，基座1固定连接有两个限位装置6，两个限位装置6沿电机动子21的移动方向对称设置，本实施例中的限位装置6包括通过螺栓与基座1连接的连接座61，连接座61固定连接有伸缩筒62，伸缩筒62活动连接有伸缩杆63。伸缩杆63朝向电机动子21的端部固定连接有固定板631，远离电机动子21的端部设有与伸缩筒62端部接触的限位板632。伸缩杆63套接有压簧64，压簧64一端与固定板631固定连接，另一端与伸缩筒62相对固定。当电机动子21与固定板631接触挤压时，压簧64收缩，伸缩杆63沿伸缩筒62轴线方向移动。当固定板631无接触挤压时，限位板632在压簧64的弹力作用下与伸缩筒62抵触，便于增强限位装置6的稳定性；伸缩筒62外壁设有与连接座61螺纹配合的第一螺纹段621，伸缩筒62远离限位板632的端部固定连接有可与连接座61接触的第一螺母622，使得伸缩筒62与连接座61的安装与拆卸操作方便，第一螺母622对伸缩筒62的安装位置进行限定；伸缩筒62靠近第一螺母622的端部设有第二螺纹段65，第二螺纹段65螺纹配合有第二螺母66，压簧64与第二螺母66固定连接。转动第二螺母66，使得压簧64沿伸缩杆63轴线方向移动，便于对限位装置6的限位性能进行调节。

这样设置后，利用限位装置6，便于对电机动子21的移动进行限位，防止电机动子21与导轨2脱离连接状态的情况发生。

可选的，在一些其它实施例中的步骤S2中，限位装置6包括连接座61，连接座61固定连接有伸缩筒62，伸缩筒62活动连接有伸缩杆63；伸缩杆63朝向电机动子21的端部固定连接有固定板631，远离电机动子21的端部设有与伸缩筒62端部接触的限位板632；伸缩杆63套接有压簧64，压簧64一端与固定板631固定连接，压簧64的另一端与伸缩筒62相对固定。

这样设置后，当电机动子21与固定板631接触挤压时，压簧64收缩，伸缩杆63沿伸缩筒62轴线方向移动；当固定板631无接触挤压时，限位板632在压簧64的弹力作用下与伸缩筒62抵触，便于增强限位装置6的稳定性。

可选的，在一些其它实施例中的步骤S2中，伸缩筒62外壁设有与连接座61螺纹配合的第一螺纹段621，伸缩筒62远离限位板632的端部固定连接有可与连接座61接触的第一螺母622。

这样设置后，使得伸缩筒62与连接座61的安装与拆卸操作方便，第一螺母622对伸缩筒62的安装位置进行限定。

可选的，在一些其它实施例中的步骤S2中，伸缩筒62靠近第一螺母622的端部设有第二螺纹段65，第二螺纹段65螺纹配合有第二螺母66，压簧64与第二螺母66固定连接。

这样设置后，转动第二螺母66，使得压簧64沿伸缩杆63轴线方向移动，便于对限位装置6的限位性能进行调节。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

一种基于线性位移传感器的多功能检测装置，包括基座1、直线电机、高精度光栅位移传感器4、试品线性位移传感器3和主控单元，基座1固定连接有导轨2；直线电机包括与导轨2活动连接的电机动子21以及与基座1固定连接的电机定子22；高精度光栅位移传感器4和试品线性位移传感器3均包括固定部31和与固定部31活动连接的检测探头32，高精度光栅位移传感器4和试品线性位移传感器3的固定部31平行固定在基座1上，高精度光栅位移传感器4和试品线性位移传感器3的检测探头32均与电机动子21固定连接；高精度光栅位移传感器4和直线电机均与主控单元电性连接，高精度光栅位移传感器4与试品线性位移传感器3的输出端电性连接有数据采集单元。

可选的，在一些其它实施例中，高精度光栅位移传感器4的检测精度不小于试品线性位移传感器3的检测精度；试品线性位移传感器3为光栅、时栅、磁栅、容栅位移传感器中的任意一种。

可选的，在一些其它实施例中，主控单元包括运动控制器和交流伺服驱动器。

可选的，在一些其它实施例中，高精度光栅位移传感器4和试品线性位移传感器3的检测探头32均通过机械连接件33与电机动子21固定连接。

可选的，在一些其它实施例中，电机动子21与基座1之间设有电缆保护带5。

可选的，在一些其它实施例中，基座1固定连接有两个限位装置6，两个限位装置6沿电机动子21移动方向对称设置。

可选的，在一些其它实施例中，限位装置6包括连接座61，连接座61固定连接有伸缩筒62，伸缩筒62活动连接有伸缩杆63；伸缩杆63朝向电机动子21的端部固定连接有固定板631，远离电机动子21的端部设有与伸缩筒62端部接触的限位板632；伸缩杆63套接有压簧64，压簧64一端与固定板631固定连接，另一端与伸缩筒62相对固定。

可选的，在一些其它实施例中，伸缩筒62外壁设有与连接座61螺纹配合的第一螺纹段621，伸缩筒62远离限位板632的端部固定连接有可与连接座61接触的第一螺母622。

可选的，在一些其它实施例中，伸缩筒62靠近第一螺母622的端部设有第二螺纹段65，第二螺纹段65螺纹配合有第二螺母66，压簧64与第二螺母66固定连接。

需要说明的是，上述各实施例是与上述各方法实施例对应的产品实施例，对于本实施例中各结构装置及可选实施方式的说明可以参考上述各方法实施例中的对应说明，在此不再赘述。

读者应理解，在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种基于线性位移传感器的多功能检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：同时启动试品线性位移传感器、高精度光栅位移传感器；

S2：向主控单元输入直线电机的移动速度和位移；

S3：直线电机根据所述移动速度和所述位移同时驱动检测探头相对于试品线性位移传感器或高精度光栅位移传感器的固定部移动；

S4：高精度光栅位移传感器、试品线性位移传感器将检测信号传输至数据采集单元；

S5：所述数据采集单元根据所述检测信号描出偏差时间曲线并输出为试品位移检测装置动态位移反馈误差曲线。

2.根据权利要求1所述的基于线性位移传感器的多功能检测方法，其特征在于：步骤S1中的所述高精度光栅位移传感器的检测精度不小于所述试品线性位移传感器的检测精度；所述试品线性位移传感器为光栅、时栅、磁栅、容栅位移传感器中的任意一种。

3.根据权利要求1所述的基于线性位移传感器的多功能检测方法，其特征在于：步骤S2中的所述主控单元包括运动控制器和交流伺服驱动器。

4.根据权利要求3所述的基于线性位移传感器的多功能检测方法，其特征在于：步骤S2中的线性位置测量传感器还包括基座，所述基座固定连接有导轨，所述直线电机包括与所述导轨活动连接的电机动子以及与所述基座固定连接的电机定子，所述高精度光栅位移传感器和所述试品线性位移传感器的检测探头均通过机械连接件与电机动子固定连接。

5.根据权利要求4所述的基于线性位移传感器的多功能检测方法，其特征在于：步骤S2中，所述电机动子与所述基座之间设有电缆保护带。

6.根据权利要求4所述的基于线性位移传感器的多功能检测方法，其特征在于：步骤S2中，所述基座固定连接有两个限位装置，两个所述限位装置沿所述电机动子的移动方向对称设置。

7.根据权利要求6所述的基于线性位移传感器的多功能检测方法，其特征在于：步骤S2中，所述限位装置包括连接座，所述连接座固定连接有伸缩筒，所述伸缩筒活动连接有伸缩杆；所述伸缩杆朝向所述电机动子的端部固定连接有固定板，远离所述电机动子的端部设有与所述伸缩筒端部接触的限位板；所述伸缩杆套接有压簧，所述压簧一端与固定板固定连接，所述压簧的另一端与所述伸缩筒相对固定。

8.根据权利要求7所述的基于线性位移传感器的多功能检测方法，其特征在于：步骤S2中，所述伸缩筒外壁设有与连接座螺纹配合的第一螺纹段，伸缩筒远离限位板的端部固定连接有可与连接座接触的第一螺母。

9.根据权利要求8所述的基于线性位移传感器的多功能检测方法，其特征在于：步骤S2中，所述伸缩筒靠近第一螺母的端部设有第二螺纹段，第二螺纹段螺纹配合有第二螺母，压簧与第二螺母固定连接。

10.一种基于线性位移传感器的多功能检测装置，其特征在于：包括基座、直线电机、高精度光栅位移传感器、试品线性位移传感器和主控单元，基座固定连接有导轨；所述直线电机包括与导轨活动连接的电机动子以及与基座固定连接的电机定子；所述高精度光栅位移传感器和试品线性位移传感器均包括固定部和与固定部活动连接的检测探头，高精度光栅位移传感器和试品线性位移传感器的固定部平行固定在基座上，高精度光栅位移传感器和试品线性位移传感器的检测探头均与电机动子固定连接；所述高精度光栅位移传感器和直线电机均与主控单元电性连接，所述高精度光栅位移传感器与试品线性位移传感器的输出端电性连接有数据采集单元。

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