CN111521143A - 一种便携式轮廓测量仪及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种便携式轮廓测量仪及其控制方法，特别涉及物理测量领域。包括：控制器、转盘机构、转盘驱动装置、测头机构和测头进给机构；所述转盘机构包括转盘，所述转盘用于放置待测物体；所述转盘驱动装置包括步进驱动器、步进电机和蜗轮蜗杆，所述步进驱动器用于驱动所述步进电机，所述步进电机用于带动所述蜗轮蜗杆运动，所述蜗轮蜗杆用于带动所述转盘旋转；所述测头机构包括滚珠丝杆和探针，所述探针用于获得被测物体的运动轨迹。本方案解决了如何提高在线测试的测量精度的技术问题，适用于物体的轮廓测量。
Description
技术领域
本发明涉及物理测量领域，特别涉及一种便携式轮廓测量仪及其控制方法。
背景技术
随着科技的发展和进步，制造工业对平面轮廓测量的要求日益加大。平面轮廓测量的技术也得到了充分的提高。再加上轮廓测量的成本低，精度高，最终使得研究平面轮廓测量成为一个较为热门的课题。
近年来，在经济与技术不断的发展的情况下，平面轮廓测量的技术也在日益的提高，在制造工业上更是广泛的应用。
目前市面上轮廓仪有光学式、机械式、电动式和气动式。电动轮廓仪具有体积小、重量轻、放大倍数高、测量迅速、数字显示等优点，因此得到享受了广泛应用。根据结构不同，电动式轮廓仪分为电感式、压电式、光电式、电容式四种。电感式轮廓你就测量传感器将触针的位移通过杠杆机械作用在线圈内的磁芯上，便磁芯做相应位移，从而引起电感量变化。该仪器性能稳定、精度度、压电式轮廓仪传感哭触针的位移转换成压电片的力的大小产生电荷电量变化，该仪器结构简单、使用方便。除以上分类方法外，还可按仪器大小分为袖珍式、便携式、台式，也可按测量参数的多少分为单参数和多参数轮廓仪。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是如何提高在线测试的测量精度。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种便携式轮廓测量仪，包括：控制器、转盘机构、转盘驱动装置、测头机构和测头进给机构；
所述转盘机构包括转盘，所述转盘用于放置待测物体；
所述转盘驱动装置包括步进驱动器、步进电机和蜗轮蜗杆，所述步进驱动器用于驱动所述步进电机，所述步进电机用于带动所述蜗轮蜗杆运动，所述蜗轮蜗杆用于带动所述转盘旋转；
所述测头机构包括滚珠丝杆和探针，所述探针用于获得被测物体的运动轨迹，所述探针还用于刚接触到被测物体表面时，产生一个接触电信号并发送到所述测头进给机构；
所述测头进给机构包括伺服驱动器和伺服电机，所述伺服驱动器用于带动所述伺服电机运动，所述伺服电机用于带动所述滚珠丝杆运动，所述滚珠丝杆用于带动所述探针运动，所述测头进给机构用于接收到所述接触电信号后带动所述伺服电机停止转动，并记录当前位置生成位置信息，根据当前探针获取的信息和所述位置信息生成反馈信息并一同发送到所述控制器；
所述控制器用于分别与所述伺服驱动器和所述步进驱动器连接，所述控制器还用于输出所述反馈信息。
本发明的有益效果是：本方案的轮廓测量仪利用微位移传感器对被测工件表面轮廓的坐标点进行连续测量，控制器发出控制信号驱动步进电机旋转，蜗轮蜗杆带动转盘运动。被测零件就安装在这个旋转的转盘上，再由控制器发出控制信号驱动伺服电机运动，通过滚珠丝杆带动探针运动。测头与被测物体保持接触，随着被测物体的运动改变自己的运动方式。测头机构在软件的控制下进位或者退位，每一次测头停止运动的时刻，就会记录一次被测零件的径向值，转盘转动一周之后，将所有径向值加以拟合，就可得到被测零件的轮廓外形尺寸。探针的运动方式经传感器进入控制器。经控制器处理后获得被测物体的实际运动位置，进而计算被测物体的各项参数，因此本方案相比其他同类型的测量仪精度高速度快，并可以进行在线测试。
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，所述转盘包括输入轴、转台、主轴承和壳体，所述输入轴分别与所述蜗轮蜗杆和所述主轴承连接，所述主轴承还与所述转台连接，所述输入轴和所述主轴承均设置在所述壳体内。
进一步，所述转盘机构还包括装夹机构，所述装夹机构用于固定被测物体，所述装夹机构的几何中心与所述转盘的几何中心在同一条垂直线上。
进一步，所述控制器用于根据下列公式得出脉冲当量P：
其中，B/A表示电子齿轮比，F表示编码器分辨率，d表示螺距。
采用上述进一步方案的有益效果是，伺服进给当量是指控制方法发出一个脉冲信号，对应的测头向前或向后移动的位置量，根据公式控制器得出控制数据脉冲当量P。
进一步，所述探针包括探针棒和探针球，所述探针棒为磁性不锈钢、碳化钨、陶瓷或碳纤维，所述探针球为红宝石、氮化硅或氧化锆球。
一种便携式轮廓测量仪控制方法，包括以下步骤：
S1：将待测物体放置在转盘上；
S2：向控制器输入测头机构位移量；
S3：控制器发出控制信号驱动步进电机旋转，所述步进电机上设有的蜗轮蜗杆带动所述转盘运动；
S4：所述控制器发出控制信号驱动伺服电机运动，所述伺服电机上设有的滚珠丝杆带动探针运动；
S5：所述控制器控制所述探针运动；
S6：当所述探针触碰到被测物体时则停止运动一次；
S7：记录被测物体的径向值；
S8：控制器控制所述探针持续运动，并控制所述探针与被测物体保持接触；
S9：拟合所有所述径向值，得到被测零件的轮廓外形尺寸。
进一步，步骤S1中的转盘包括输入轴、转台、主轴承和壳体，所述输入轴分别与所述蜗轮蜗杆和所述主轴承连接，所述主轴承还与所述转台连接，所述输入轴和所述主轴承均设置在所述壳体内。
进一步，步骤S1中的所述转盘包含于转盘机构，所述转盘机构还包括装夹机构，所述装夹机构用于固定被测物体，所述装夹机构的几何中心与所述转盘的几何中心在同一条垂直线上。
进一步，步骤S4中，
S41：所述控制器用于根据下列公式得出脉冲当量P：
其中，B/A表示电子齿轮比，F表示编码器分辨率，d表示螺距:；
S42：所述控制器根据所述脉冲当量P得到控制信号并根据所述控制信号驱动伺服电机运动；
S43：所述伺服电机上设有的滚珠丝杆带动探针运动。
进一步，步骤S4中的所述探针包括探针棒和探针球，所述探针棒为磁性不锈钢、碳化钨、陶瓷或碳纤维，所述探针球为红宝石、氮化硅或氧化锆球。
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为本发明便携式轮廓测量仪的实施例的系统结构示意图；
图2为本发明一种便携式轮廓测量仪控制方法的实施例的方法流程图。
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所示：
本实施例中便携式轮廓测量仪，包括：控制器10、转盘机构20、转盘驱动装置30、测头机构40和测头进给机构50，本实施例中的控制器10可以为NI USB-6008数据采集卡；
转盘机构20包括转盘21，转盘21用于放置待测物体；
转盘驱动装置30包括步进驱动器31、步进电机32和蜗轮蜗杆33，步进驱动器31用于驱动步进电机32，步进电机32用于带动蜗轮蜗杆33运动，蜗轮蜗杆33用于带动转盘21旋转，本实施例中的步进电机32可以为森创110BYG350BH-SAKSMA-0501三相混合式步进电机32，步进驱动器31可以为SH-32206驱动器；
测头机构40包括滚珠丝杆42和探针41，探针41用于获得被测物体的运动轨迹，本实施例中的探针41可以为安装有KS-B微型自复位系列位移传感器的直线型探针41，探针41还用于刚接触到被测物体表面时，产生一个接触电信号并发送到测头进给机构50；
测头进给机构50包括伺服驱动器51和伺服电机52，伺服驱动器51用于带动伺服电机52运动，伺服电机52用于带动滚珠丝杆42运动，滚珠丝杆42用于带动探针41运动，本实施例中的伺服电机52可以为松下伺服器MCDHT3520，伺服驱动器51可以为松下伺服驱动器51MCDHT3520，测头进给机构50用于接收到接触电信号后带动伺服电机52停止转动，并记录当前位置生成位置信息，根据当前探针41获取的信息和位置信息生成反馈信息并一同发送到控制器10；
控制器10用于分别与伺服驱动器51和步进驱动器31连接，控制器10还用于输出反馈信息。
本发明的有益效果是：本方案的轮廓测量仪利用微位移传感器对被测工件表面轮廓的坐标点进行连续测量，控制器10发出控制信号驱动步进电机32旋转，蜗轮蜗杆33带动转盘21运动。被测零件就安装在这个旋转的转盘21上，再由控制器10发出控制信号驱动伺服电机52运动，通过滚珠丝杆42带动探针41运动。测头与被测物体保持接触，随着被测物体的运动改变自己的运动方式。测头机构40在软件的控制下进位或者退位，每一次测头停止运动的时刻，就会记录一次被测零件的径向值，本实施例中的径向值＝伺服位移量+测头数据，转盘21转动一周之后，将所有径向值加以拟合，就可得到被测零件的轮廓外形尺寸。探针41的运动方式经传感器进入控制器10。经控制器10处理后获得被测物体的实际运动位置，进而计算被测物体的各项参数，因此本方案相比其他同类型的测量仪精度高速度快，并可以进行在线测试。
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，转盘21包括输入轴、转台、主轴承和壳体，输入轴分别与蜗轮蜗杆33和主轴承连接，主轴承还与转台连接，输入轴和主轴承均设置在壳体内。
可选的，在一些其它实施例中，转盘机构20还包括装夹机构，装夹机构用于固定被测物体，装夹机构的几何中心与转盘21的几何中心在同一条垂直线上。
可选的，在一些其它实施例中，控制器10用于根据下列公式得出脉冲当量P：
其中，B/A表示电子齿轮比，F表示编码器分辨率，d表示螺距。
伺服进给当量是指控制方法发出一个脉冲信号，对应的测头向前或向后移动的位置量，根据公式控制器10得出控制数据脉冲当量P。
可选的，在一些其它实施例中，探针41包括探针41棒和探针41球，探针41棒为磁性不锈钢、碳化钨、陶瓷或碳纤维，探针41球为红宝石、氮化硅或氧化锆球。
如附图2所示，一种便携式轮廓测量仪控制方法，包括以下步骤：
S1：将待测物体放置在转盘上；
S2：向控制器输入测头机构位移量；
S3：控制器发出控制信号驱动步进电机旋转，步进电机上设有的蜗轮蜗杆带动转盘运动；
S4：控制器发出控制信号驱动伺服电机运动，伺服电机上设有的滚珠丝杆带动探针运动；
S5：控制器控制探针运动；
S6：当探针触碰到被测物体时则停止运动一次；
S7：记录被测物体的径向值；
S8：控制器控制探针持续运动，并控制探针与被测物体保持接触；
S9：拟合所有径向值，得到被测零件的轮廓外形尺寸。
可选的，在一些其它实施例中，步骤S1中的转盘包括输入轴、转台、主轴承和壳体，输入轴分别与蜗轮蜗杆和主轴承连接，主轴承还与转台连接，输入轴和主轴承均设置在壳体内。
可选的，在一些其它实施例中，步骤S1中的转盘包含于转盘机构，转盘机构还包括装夹机构，装夹机构用于固定被测物体，装夹机构的几何中心与转盘的几何中心在同一条垂直线上。
可选的，在一些其它实施例中，步骤S4中，
S41：控制器用于根据下列公式得出脉冲当量P：
其中，B/A表示电子齿轮比，F表示编码器分辨率，d表示螺距:；
S42：控制器根据脉冲当量P得到控制信号并根据控制信号驱动伺服电机运动；
S43：伺服电机上设有的滚珠丝杆带动探针运动。
可选的，在一些其它实施例中，步骤S4中的探针包括探针棒和探针球，探针棒为磁性不锈钢、碳化钨、陶瓷或碳纤维，探针球为红宝石、氮化硅或氧化锆球。
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)
1.一种便携式轮廓测量仪，其特征在于，包括：
控制器、转盘机构、转盘驱动装置、测头机构和测头进给机构；
所述转盘机构包括转盘，所述转盘用于放置待测物体；
所述转盘驱动装置包括步进驱动器、步进电机和蜗轮蜗杆，所述步进驱动器用于驱动所述步进电机，所述步进电机用于带动所述蜗轮蜗杆运动，所述蜗轮蜗杆用于带动所述转盘旋转；
所述测头机构包括滚珠丝杆和探针，所述探针用于获得被测物体的运动轨迹，所述探针还用于刚接触到被测物体表面时，产生一个接触电信号并发送到所述测头进给机构；
所述测头进给机构包括伺服驱动器和伺服电机，所述伺服驱动器用于带动所述伺服电机运动，所述伺服电机用于带动所述滚珠丝杆运动，所述滚珠丝杆用于带动所述探针运动，所述测头进给机构用于接收到所述接触电信号后带动所述伺服电机停止转动，并记录当前位置生成位置信息，根据当前探针获取的信息和所述位置信息生成反馈信息并一同发送到所述控制器；
所述控制器用于分别与所述伺服驱动器和所述步进驱动器连接，所述控制器还用于输出所述反馈信息。
2.根据权利要求1所述的便携式轮廓测量仪，其特征在于：所述转盘包括输入轴、转台、主轴承和壳体，所述输入轴分别与所述蜗轮蜗杆和所述主轴承连接，所述主轴承还与所述转台连接，所述输入轴和所述主轴承均设置在所述壳体内。
3.根据权利要求1所述的便携式轮廓测量仪，其特征在于：所述转盘机构还包括装夹机构，所述装夹机构用于固定被测物体，所述装夹机构的几何中心与所述转盘的几何中心在同一条垂直线上。
4.根据权利要求1所述的便携式轮廓测量仪，其特征在于：
所述控制器用于根据下列公式得出脉冲当量P：
其中，B/A表示电子齿轮比，F表示编码器分辨率，d表示螺距。
5.根据权利要求1所述的便携式轮廓测量仪，其特征在于：所述探针包括探针棒和探针球，所述探针棒为磁性不锈钢、碳化钨、陶瓷或碳纤维，所述探针球为红宝石、氮化硅或氧化锆球。
6.一种便携式轮廓测量仪控制方法，其特征在于包括以下步骤：
S1：将待测物体放置在转盘上；
S2：向控制器输入测头机构位移量；
S3：控制器发出控制信号驱动步进电机旋转，所述步进电机上设有的蜗轮蜗杆带动所述转盘运动；
S4：所述控制器发出控制信号驱动伺服电机运动，所述伺服电机上设有的滚珠丝杆带动探针运动；
S5：所述控制器控制所述探针运动；
S6：当所述探针触碰到被测物体时则停止运动一次；
S7：记录被测物体的径向值；
S8：控制器控制所述探针持续运动，并控制所述探针与被测物体保持接触；
S9：拟合所有所述径向值，得到被测零件的轮廓外形尺寸。
7.根据权利要求6所述的便携式轮廓测量仪控制方法，其特征在于：步骤S1中的转盘包括输入轴、转台、主轴承和壳体，所述输入轴分别与所述蜗轮蜗杆和所述主轴承连接，所述主轴承还与所述转台连接，所述输入轴和所述主轴承均设置在所述壳体内。
8.根据权利要求6所述的便携式轮廓测量仪控制方法，其特征在于：步骤S1中的所述转盘包含于转盘机构，所述转盘机构还包括装夹机构，所述装夹机构用于固定被测物体，所述装夹机构的几何中心与所述转盘的几何中心在同一条垂直线上。
9.根据权利要求6所述的便携式轮廓测量仪控制方法，其特征在于：
步骤S4中，
S41：所述控制器用于根据下列公式得出脉冲当量P：
其中，B/A表示电子齿轮比，F表示编码器分辨率，d表示螺距:；
S42：所述控制器根据所述脉冲当量P得到控制信号并根据所述控制信号驱动伺服电机运动；
S43：所述伺服电机上设有的滚珠丝杆带动探针运动。
10.根据权利要求6所述的便携式轮廓测量仪控制方法，其特征在于：步骤S4中的所述探针包括探针棒和探针球，所述探针棒为磁性不锈钢、碳化钨、陶瓷或碳纤维，所述探针球为红宝石、氮化硅或氧化锆球。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |