CN1645045A - 使用两个或三个邻近传感器的部件长度测量技术 - Google Patents

Abstract

提供测定多个部件尺寸参数范围的一种方法。该方法包括如下各步：装设至少2个传感器；固定一组在传感器之间恒定的距离(Δ1)，从而固定传感器之间的相对距离和不需要进行调节；和根据第1时间段(Δt₁)和第2时间段(Δt₂)的比(Δt₂/Δt₁)测量尺寸参数，因此不需要调节传感器之间的相对距离。

Description

使用两个或三个邻近传感器的部件长度测量技术

技术领域

发明涉及部件长度测量的领域。特别是，本发明涉及使用2个或多个邻近传感器的部件测量技术。

背景技术

已知使用单个传感器测量部件的长度。美国专利5,430,665号建议用于测量运动的细长目标长度的设备和方法。

另外，还已知使用多个传感器，其中至少一个传感器相对其他传感器需要进行调节，用于测量有特定长度的部件。例如，已知使用多个传感器排成一线来测量长度，其中系统依靠精确的定位来测量长度。

但是，对上面几类已知的测量技术，即使这些系统中最快的采样速率也不适合动态测量运动的针的长度。为了精确测量必须使针瞬间保持静止。因为确定的最小速率将是每秒10个或更多个的部件，静止采样的概念是不切实际的。因为没有成本有效的现成传感器或传感器系统可在所需的公差和所需的速率之内测量针的长度，所以需要一种新的测量方法或系统。

发明内容

使用至少2个传感器测定多个单独部件长度的一种方法，其中两个传感器之间的相对距离是固定的，从而在测定步骤中不用调节相对的距离。

提供测定多个部件尺寸参数长度的一种方法。该方法包括的如下各步：装设至少2个传感器，固定一组在传感器之间恒定的距离(Δ1)，从而固定传感器之间的相对距离和不需要进行调节；和根据第1时间段(Δt₁)和第2时间段(Δt₂)之比(Δt₂/Δt₁)测量尺寸参数，因此不需要调节传感器之间的相对距离。

提供测定多个部件尺寸参数长度的一种方法。该方法包括如下各步：装设至少2个传感器包括第1传感器和第2传感器；固定一组在传感器之间恒定的距离(Δ1)包括至少一个在第1传感器和第2传感器之间的距离，从而固定传感器之间的相对距离和在传感器检测操作时不需要进行调节；和根据第1时间段(Δt₁)和第2时间段(Δt₂)之比(Δt₂/Δt₁)测量尺寸参数，因此不需要调节传感器之间的相对距离。

提供测定多个部件尺寸参数长度的一种方法。该方法包括：装设2个传感器，包括第1和第2传感器；固定在第1传感器和第2传感器之间的恒定距离(Δ1)从而固定传感器之间的相对距离和不需要进行调节；相对2个传感器运动多个部件；在每个部件上预定一点；记录第1时间段(Δt₁)；记录第2时间段(Δt₂)；和计算部件的尺寸。

附图说明

图1表示本发明的部件测量系统。

图2表示一组本发明提议的2个传感器或邻近开关长度测量技术的测量信号。

图3表示本发明另一个实施例。

图3b表示3个传感器技术获得的信号。

图4表示示意说明针长度选择系统。

图5表示在V-轨道上的样机安装，它由振动球形给料机自动送料。

图6表示在操作中的分类程序。

具体实施方式

这一节包括本发明的描述，本发明包括用于理解本发明的优选实施例。请注意各实施例仅仅是描述本发明。本发明权利要求书一节定义法律所赋予的所有权的界线。

参考图1，表示部件测量系统10。该系统的目的是迅速或有效地测量多个部件，它们包括所需的部件以及不需要的部件。如图所示，提供许多部件12和某些不需要的外部部件14进行测量。可以让部件12和不需要的外部部件可移动地通过导槽16，它构成物理上的限制机构用于引导部件12和部件14进行所需的测量。请注意可以不需要导槽16，可使部件12和部件14自由地从一个区域落下到另一个区域，并在自由落下过程中由系统10进行测量。外部部件14是不注意或不希望与部件12混合在一起的部件。这种混合在一起可能包括部件的生产误差。如在图中可见，部件12和部件14的差别在部件12和部件14各自总的尺寸的范围内可能是很小的。

按照本发明的建议外部部件14是需要首先进行识别和随后优选地取出的部件。包括第1传感器18和第2传感器20的一组传感器相对包括多个部件12和某些不需要的外部部件14的各个部件稳定地定位，各部件相对传感器组，即第1传感器18和第2传感器20是运动的。控制器22连接到各传感器用于处理检测到的信息。通过稳定地定位，这意味着第1传感器18和第2传感器20之间的距离28至少在部件测量的过程或时间内是恒定的。换句话说，距离28可以是可调节的，但是在部件测量期间距离28是固定的或是恒定的。希望有这种可调性，因为在测量不同部件尺寸时，优选地是调节或改变距离28使之与不同的部件尺寸对应。通过一个例子，如果针的长度是要测量的物体主题，为了进行更加有效的测量可以调节距离28使之与针的长度基本相等。但是，有一点需要说清楚，这种技术的关键措施不在于距离28，距离28对系统的功能并不重要。这就是本发明的技术与其他方法，象在本发明背景技术一节中描述的一种那样，的不同之外。需要强调的是，在上面的描述中对这种技术来说传感器的定位仅需要接近工作点。换句话说，在传感器之间的距离不需要绝对精确的定位。当然，合适的定位可以提高精度和可重复性，但是仅对非常特殊的场合才需要。在它的基本形式中这种技术与传感器相互之间的位置无关。

当高速移动多根针时这种情况确实如此。请参看以下详细的讨论。

可以装设一组接受器用于接受从传感器来的传感器信号。注意表示的只有两个传感器，即传感器18和传感器20，和它们各自的接受器，即接受器18a和接受器20a。该组接受器和它们的传感器每个分别连接到微型控制器22。请注意在本发明中可以不需要接受器，如接受器18a和接受器20a。例如，当传感器是反射式传感器时可以不需要接受器。

请注意各部件之间的距离(即间隙26)与本发明技术的功能无关。当单个部件通过传感器时检测到部件的存在，而不是不存在。

在大多数传感器系统中，可以设置其中的传感器仅在预定的方向上检测。换句话说，所包含的所有传感器不需要都集中聚焦在点24上。例如，如由虚线18b和20b分别如上述指示的那样，描述一个非聚焦系统。请注意，“聚焦”一词指的是各传感器将它们各自的检测点都集中在同一点上。换句话说，“聚焦”一词指的是各传感器检测方向都聚焦在一个点上。例如，如在图1中所示的瞬间，传感器18它的检测射线18被针12挡住，从而使接受器18a不能接受从传感器18来的通讯信号。这时，将不同的信号(或第1信号)送给微型处理器22。如图中相对传感器20所示当传感器能与它的接受器通讯时，即在针之间(在这个例子中，在两针12之间)由于存在裂缝或接缝26检测射线20b被接受器18a接受，此时将第2信号送给微型处理器22。就象这样，设置系统10以便知道关于针12或针14长度的信息，从而按照本发明的建议处理这些信息。处理信息的一种方法是记录相对各传感器经过的时间间隔，如果需要它们可以是第1传感器18、第2传感器20、或第3或第4传感器(未表示)。

另一种是，传感器20可以有安装在内部的接受器(未表示)，它执行与接受器20a相同的功能将信息送回给微型控制器22。传感器18在其中也可构成基本相同的接受器用于相同的目的。

还有，在接受器之间的定位是固定的和与部件的长度无关。换句话说，在任何两点之间的任何距离如从一个传感器上的一点到另一传感器上的另一点是恒定的。所以在传感器18和传感器20之间有固定的距离28。本发明打算使一组检测部件12、14的传感器，它们这样的定位从而不需要任何传感器之间的相对移动。

参考图2，表示按照图1检测到的信息的处理方法。特别是，表示所建议的两个邻近开关长度测量技术的一组测量到的信号。定义Δ1作为传感器开关之间的距离，如图1的距离28。还有，Δ1是已知值，至少在测量期间它是固定的。所以，我们可以计算针的速度：

式中Δt₁是时间段从部件(如针)的长度进入第1传感器范围的一点直到被第2传感器检测到点。如图中可见，因为Δ1是已知值，V_针取决于Δt₁的变化。

使用这个速度我们得到或者可以计算针的长度L_针如下：

式中Δt₂是部件(如针)长度通过单个传感器所需的时间段，传感器可以是第1传感器18、第2传感器20、或其他额外的传感器。

请注意运动部件如针的速度可能不是恒定的。换句话说，速度可能是变量或随时间推移而变化的函数。如果是这种情况就需要某些调整。调整包括改变比值(Δt₂/Δt₁)。注意高速是本发明考虑的重要特性。“高”速这词的定义是，要测量的部件物体通过传感器的速度是这样的快以致使用已知方法不足以进行有效的测量。例如在“低”速下人们可以仅用单个传感器进行测量。传感器甚至可以是人的肉眼。

由于Δ1的值是固定的，测量到的针长度正比于比(Δt₂/Δt₁)。

参考图3，表示本发明另一个实施例10a。除了图1中表示的各元件之外，加上第3传感器21，它依次发出指向针的检测射线21b用于检测那里的变化。可以装设接受器21a用于接受以传感器21来的接受射线21a。另一种是，传感器21可以有安装在内部的接受器(未表示)，它执行与接受器21a相同的功能将信息送回到微型控制器22。

另外，装设第3传感器21。传感器21可以通过聚焦的检测线21a检测各部件，该线聚焦在运动部件12、14的单个点上。可以理解，单点24也就是被传感器18和传感器20聚焦的点。另一种是，传感器21可以有非聚焦检测线21b。

在测量时，传感器21有固定的位置因此它与传感器18和传感器20的相对距离分别是一对常数。换句话说，距离28a或距离28b分别是固定值或是常数。请注意在三维条件下，各传感器可以不是沿着直线安装。也就是说，距离28b的值可以不是距离28和距离28a值的总和。

如可以看到的那样，对于如系统10a那样3个或多个传感器系统，由每个传感器所送出信息之间的关系就变得更加复杂。换句话说，每个传感器有它自己的Δt₂和Δt₁。对多于3个传感器的任一个来说，为了关联的目的仅代替一个别的传感器，这样就关系多于1个的传感器。如可以看到的那样，这就允许多次和交替计算比值(Δt₂/Δt₁)并可产生更好的逼近检测的长度。当各部件在传感器分离的长度(28、28b)上改变速度时尤其是这样。

例如在图3b中表示从3个传感器技术获得的信号并有附加的变量(Δt)值用于代替的计算。

请注意在理想的条件下，对本发明来说2个传感器在理论上是足够的。在2个传感器之间的距离优选地是等于要测量的部件长度。但是，由于本发明固定的距离特性，要测量的部件长度不可能总是相同的。包含的其他因素是在任何传感器中固有的测量误差，被测量的部件运动的速度，和所需部件和不需要部件之间长度或尺寸的差别，等等。因此，可以引入多于2个传感器从而可以测量更多的参数和提供更多的原始数据，使之在本发明的测量中提高精度。

参考图4，表示针长度选择系统的示意描述。要试验的部件通过导槽16。注意部件可以是所需的部件12以及不需要的部件14。当在导槽16中时由传感器单元30检测各部件，该单元可以包括第1传感器18、和第2传感器20，或者其他的传感器(未表示)。装设操作机构如第1操作机构32和第2操作机构34用于选择性地收集所需部件12到合格箱和不需要部件14到不合格箱。第1操作机构32和第2操作机构34每个分别从微型控制器22接受指令并信息相通地连接到那里。下面是个例子，评价本发明这个原理的几种变化。涉及的硬件包括

图5表示在V-轨道上的样机安装，它是从振动球形给料机自动送料。给微型计算机编程以便判读传感器的输出和计算(Δt₂/Δt₁)的比值。

图6表示在操作中的分类程序。在这个时刻按照这个技术的试验正在进行，但初始的结果表示用适当的传感器取向和位置该方法相当精确。如上面讨论的那样，传感器的定位对这个系统的基本功能不是关键，当然通过修正传感器的位置可以获得更好的结果，但是还发现在高速下可重复的传感器更好和合适的部件展示也可以提高精度和可重复性。通过一个例子，对针速高达每秒35英寸的情况下已经证明可重复性为±0.0005″(秒)。附加的试验将考虑生产能力和在生产环境中用于离线针分类系统的长期耐用性。注意这里的图示窗使用户很容易测定。

本发明打算通过使用上述的方法可以测量有物理尺寸的任何数目的部件。当然需要装设装置使部件相对至少两个传感器运动。

因此，应该理解这里描述的本发明的各实施例仅仅是说明本发明原理的应用。并不打算使这里对说明性实施例细节的参考形成对权利要求书范畴的限制，各项权利要求描述了构成本发明要点的那些特性。

Claims (7)

1.一种确定多个部件尺寸参数范围的方法，包括：

提供包括第1传感器和第2传感器的至少2个传感器；

在传感器之间固定一组恒定的距离(Δ1)，包括在第1传感器和第2传感器之间的至少一个距离，从而传感器之间的相对距离被固定和在传感器检测操作期间不需要调节；和

根据第1时间段(Δt₁)和第2时间段(Δt₂)的比(Δt₂/Δt₁)测量尺寸参数，从而不需要调节传感器之间的相对距离。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于第1时间段(Δt1)始于当第1传感器开始记录多个部件中某个部件的一固定点，结束于当第2传感器开始记录该部件的该固定点。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于第2时间段(Δt₂)是一个部件通过在至少两个传感器中单个传感器的长度所需的时间。

4.一种确定多个部件尺寸参数范围的方法，包括：

提供2个传感器，包括第1传感器和第2传感器；

在第1传感器和第2传感器之间固定一个恒定距离(Δ1)，从而传感器之间的相对距离被固定和不需要调节；

相对2个传感器移动多个部件；

在每个部件上预定一点；

记录第1时间段(Δt₁)；

记录第2时间段(Δt₂)；和

计算部件的尺寸。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于部件的尺寸包括部件的长度。

6.如权利要求4所述的方法，其特征在于第1时间段(Δt₁)是从部件的长度进入第1传感器范围的一点直到该点被第2传感器检测到的时间段。

7.如权利要求4所述的方法，其特征在于第2时间段(Δt₂)是该长度通过单个传感器所需的时间段，其中该传感器是第1传感器或第2传感器。

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