CN205482863U - 一种可控力的尺寸测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种可控力的尺寸测量装置，包括基座、直驱电机、移动主体、测量头、零位传感器、感应元件、测量尺、位移传感器、驱动器和控制器；所述的移动主体固定在直驱电机上，推动移动主体直线运动的直驱电机固定在基座上，所述的测量头固定在移动主体上；所述的感应元件设置在移动主体上，所述的零位传感器设置在移动主体的前进方向上；所述的测量尺设置在移动主体上，用于获取测量尺数据的位移传感器位于移动主体的一侧；所述的控制器、零位传感器、位移传感器均与驱动器电连接。该装置可以一定的测量力测量测物体的外尺寸，属于机电一体化及传感测量的技术领域。

Description

一种可控力的尺寸测量装置

技术领域

本实用新型涉及机电一体化及传感测量的技术领域，尤其涉及一种可控力的尺寸测量装置。

背景技术

目前，市场上的竞争越来越大，各行业都走精益求精的路，对于产品质量的要求越来越高，其中对于尺寸精度也提出了更高的要求。在进行产品外尺寸测量时，人们使用的传统传感器一般是在光栅尺或者磁栅尺里面封装一个弹簧，用户使用时搭配一个汽缸推动，接触到被测物体表面，得到一个测量值。对于一些并非完全刚性的产品尺寸，测量时压在物体表面的力不同，测出来的尺寸会有误差。比如电池产品需要安装在设备中使用，所以外形尺寸必须要在某个合格范围之内才行。在产品质量检测时，必须对其长宽高进行测量，分拣尺寸不符的产品。但电池一般都是软包装，表面硬度并不大，如果采用汽缸，当气压变化时，推力就会变化，测试出来的数据就不准确了。实际生产中，很多塑料、橡胶等软材料的零件产品均会遇到这个问题。

实用新型内容

针对现有技术中存在的技术问题，本实用新型的目的是：提供一种可控力的尺寸测量装置，该装置可以一定的测量力测量测物体的外尺寸；

为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种可控力的尺寸测量装置，包括基座、直驱电机、移动主体、测量头、零位传感器、感应元件、测量尺、位移传感器、驱动器和控制器；

所述的移动主体固定在直驱电机上，推动移动主体直线运动的直驱电机固定在基座上，所述的测量头固定在移动主体上；

所述的感应元件设置在移动主体上，所述的零位传感器设置在移动主体的前进方向上；

所述的测量尺设置在移动主体上，用于获取测量尺数据的位移传感器位于移动主体的一侧，所述的测量尺和位移传感器位于移动主体的同一侧；

所述的控制器、零位传感器、位移传感器均与驱动器电连接。

向控制器输入一测量力F的数据，控制器控制驱动器输出相应的电流值，直驱电机接收电流值后带动移动主体做直线运动，移动主体的运动带动测量头运动，最终使测量头以测量力F压在被测物体的放置平面上，位移传感器将获取到的测量尺的位置数据通过驱动器传输给控制器，控制器处理后获得尺寸值L₁。将物体放置在平面上，再向控制器输入同一测量力F的数据，最终控制器处理后获得尺寸值L₂，通过公式L＝L₂-L₁得出被测物体的尺寸。感应元件和零位传感器的设置可以确保测量的一致性。

进一步的是：可控力的尺寸测量装置还包括导轨和滑块，所述的导轨固定在基座的平台上，所述的滑块滑动式安装在导轨上，所述的移动主体固定在滑块上。直驱电机驱动移动主体线性运动时，带动滑块在导轨上移动。

进一步的是：移动主体上设有安装块，所述的测量尺安装在安装块上；所述的测量尺位于移动主体的左侧，所述的位移传感器位于测量尺的左侧。

进一步的是：感应元件设置在移动主体的右侧上，所述的零位传感器位于移动主体的右侧。

进一步的是：直驱电机包括定子和动子，所述的定子固定在基座上，所述的移动主体固定在直线运动的动子上。

进一步的是：移动主体包括一体形成的第二纵块和第二横块，所述的第二纵块固定在直驱电机上，所述的感应元件固定在第二横块的右侧，所述的测量尺设置在第二横块的左侧，所述的测量头固定在第二横块的前侧。

进一步的是：可控力的尺寸测量装置还包括机壳，所述的零位传感器固定在机壳的右侧，所述的位移传感器固定在机壳的左侧，所述机壳的前端设有用于测量头穿过的缺口。

进一步的是：测量尺为磁栅尺或光栅尺，所述的位移传感器为相应的磁栅传感器或光栅传感器。

进一步的是：安装块包括竖直板和水平板，所述的水平板与竖直板一体形成，所述的水平板固定在移动主体上，所述的竖直板位于移动主体的左侧，所述的测量尺安装在竖直板的左端面上。

总的说来，本实用新型具有如下优点：

1.本实用新型的装置可以一定的测量力测量测物体的外尺寸。

2.本实用新型的装置可保证每次测量的一致性，测量的准确性高。

3.本实用新型的装置适用性强，能在不同环境下进行测量。

附图说明

图1是本实用新型第一方向立体图的结构示意图，未画出机壳。

图2是本实用新型第二方向立体图的结构示意图，未画出机壳。

图3是本实用新型第三方向立体图的结构示意图，未画出机壳、移动主体和固定在移动主体上的部件。

图4是本实用新型的俯视图，未画出机壳。

图5是本实用新型的主视图，未画出机壳。

图6是本实用新型第四方向立体图的结构示意图，已画出机壳，未画出上盖板。

图7是本实用新型标定测量的位置时的原理图。

图8是本实用新型测量物体的尺寸时的原理图。

其中，1为基座，1-1为第一纵块，1-2为第一横块，2为移动主体，2-1为第二纵块，2-2为第二横块，3为测量头，3-1为第三纵块，3-2为第三横块，4为直驱电机，4-1为定子，4-2为动子，5为光电对管，6为遮光片，7为安装块，8为位移传感器，9为滑块，10为导轨，11为测量尺，12为机壳，12-1为前挡块，12-2为右盖板，12-3为左盖板，13为被测物体，14为平面。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式来对本实用新型做进一步详细的说明。

下文所说的上下前后方向与图5的上下右左方向一致，所说的左右方向与图4的下上方向一致。

结合图1和图2所示，一种可控力的尺寸测量装置，包括基座、直驱电机、移动主体、测量头、零位传感器、感应元件、测量尺、位移传感器、机壳、导轨、滑块、驱动器和控制器。所述的移动主体固定在直驱电机上，推动移动主体直线运动的直驱电机固定在基座上，所述的测量头固定在移动主体上；所述的感应元件设置在移动主体上，所述的零位传感器设置在移动主体的前进方向上；所述的测量尺设置在移动主体上，用于获取测量尺数据的位移传感器位于移动主体的一侧，所述的测量尺和位移传感器位于移动主体的同一侧；所述的 控制器、零位传感器、位移传感器均与驱动器电连接。

下面对该装置的技术方案进行更详细的说明：

结合图1、图3、图5所示，基座包括一体形成的第一纵块和第一横块，第一横块当作基座的平台使用。直驱电机包括定子和动子，所述的动子是直线运动型的，定子固定在第一纵块的端面上。导轨固定在基座的平台上，滑块滑动式安装在导轨上，所述的移动主体固定在滑块上。

结合图1所示，移动主体包括一体形成的第二纵块和第二横块，第二纵块固定在直驱电机的动子上，第二横块和滑块通过螺栓连接的方式固定，也可以采用其他方式将第二横块固定在滑块上。第二横块的前部份设有凹槽，测量头包括一体形成的第三横块和第三纵块，第三横块固定在第二横块的凹槽上，第三横块的长度大于第三纵块的长度。移动主体的第二横块上设有安装块，安装块包括竖直块和水平块，水平块与竖直块一体形成，竖直块位于移动主体的左侧，如图4所示，测量尺安装在竖直块的左端面上，测量尺比较薄，在图4上用一条线表示；竖直块上设有腰形的通孔，通过该腰形的通孔，可将安装块固定在移动主体的左右方向上的不同位置上。位移传感器位于测量尺的左侧。所述的测量尺为磁栅尺或光栅尺，所述的位移传感器为相应的磁栅传感器或光栅传感器。所述的感应元件设置在第二横块的右端面上，所述的零位传感器设置在移动主体的前进方向上，当移动主体向前运动到零位传感器时，零位传感器感应到感应元件的位置，零位传感器将信号传输给驱动器，驱动器再发送该信号给控制器，控制器存储此时感应元件的位置信息，并记为绝对零位。所述的感应元件为遮光片、磁铁件、金属件等，所述的零位传感器为相应的光电对管、霍尔传感器、金属接近开关等。本文的感应元件以遮光片为例，零位传感器以光电对管为例进行说明。遮光片固定在第二横块的右端面上，光电对管设有相对布置的发射管和接收管，发射管和接收管形成一开口，移动主体运动时，遮光片的上端穿过该开口。

结合图6所示，该装置的机壳用于保护内部的零部件，光电对管固定在机壳的右侧，位移传感器固定在机壳的左侧，机壳的前端设有用于测量头穿过的缺口。该机壳包括左盖板、右盖板、上盖板和前挡块，上盖板未画出；前挡块固定在基座的前端面上，前挡块上设有用于测量头穿过的缺口；右盖板固定在 基座和前挡块的右端面上，光电对管固定在右盖板上；左盖板固定在基座和前挡块的左端面上，位移传感器固定在左盖板上；上盖板设置在基座的上端。

该装置还设有相应的驱动器和控制器，驱动器和控制器属于现有技术，驱动器为直驱电机的伺服驱动器，驱动器由三层闭环控制，包括速度环、位置环、和电流环。控制器、位移传感器、光电对管均与驱动器电连接，控制器可以向驱动器传输信号，驱动器也可以向控制器传输信号，驱动器接收控制器、位移传感器和光电对管的信号后驱动直驱电机工作。

下面对该装置的使用情况和使用方法进行详细的说明：

直驱电机的动子推动移动主体沿着导轨做直线运动，当固定在移动主体上的遮光片穿过光电对管的开口处时，即遮光片阻挡住光电对管的发射管和接收管的信号传递时，光电对管感应到遮光片的位置，光电对管将信号传输给驱动器，驱动器再发送该信号给控制器，控制器存储此时遮光片的位置信息，并记为绝对零位。每次断电后，该装置仍能找到绝对零位，从而确保测量的一致性。

该装置可使测量头以一定的测量力压在被测物体的表面：先向控制器输入测量力的数据，控制器控制驱动器输出相应的电流值，直驱电机接收电流值后带动移动主体运动，移动主体的运动带动测量头的运动，最终使测量头以相应的测量力压在被测物体的表面。测量力是指测量时，测量头以一定的压力压在被测物体表面，测量力的大小等于测量头压在被测物体表面的正压力。

该装置可实现测量被测物体的尺寸：此处测量尺以磁栅尺、位移传感器以磁栅传感器为例进行说明，磁栅尺上的N极和S极等距交替排列，位移传感器能感应到N极和S极的变化。直驱电机动子的运动带动移动主体运动，移动主体的运动带动磁栅尺的运动，磁栅传感器感应到磁栅尺的运动，磁栅尺时时通过磁栅传感器将位置数据返回给驱动器，当测量头压在被测物体的放置平面时，驱动器获取到磁栅尺的位置数据后传输给控制器，控制器记录此时磁栅尺返回的位置数据，并标为零位，标完零位之后，之后的每次测量均不需要再次标定零位。将被测物体放置在平面上，当测量头压在被测物体表面时，驱动器获取到磁栅尺的位置数据后传输给控制器，控制器处理后获得被测物体的尺寸值。磁栅尺在运动时，磁栅传感器获取磁栅尺的位置信息，驱动器将从磁栅传感器获取到的位置信息用于测量头位置和直驱电机动子速度的控制。

测量力的大小F和直驱电机上的电流I具有线性函数关系，公式为F＝kI+a。其中，k、a与该装置内的零部件的安装位置和方向有关，比如更换测量头或者该装置由水平安装变为竖直安装均会改变k和a的值。

第一次使用该装置、该装置内的零部件的安装位置发生改变、该装置内的零部件的安装方向发生改变、测量头的重量发生变化，当出现以上四种情况时，需要先标定测量力，即先对该装置进行力校准，从而获得测定测量力F和直驱电机上的电流I之间的线性关系。力校准的方法如下：

(1)获取数值F₁和I₁：控制器进入力校准功能，控制器随机产生电流信号后(用户可自己设定随机产生的电流值I的范围)，控制器控制驱动器输出相应的电流值I₁，直驱电机接收电流值I₁后带动移动主体运动，移动主体的运动带动测量头压在力测试仪上，记录此时力测试仪的值F₁和直驱电机上的电流值I₁；

(2)获取数值F₂和I₂：控制器再进入力校准功能，控制器随机产生另一电流信号后，控制器控制驱动器输出相应的电流值I₂，直驱电机接收电流值I₂后带动移动主体运动，移动主体的运动带动测量头压在力测试仪上，记录此时力测试仪的值F₂和直驱电机上的电流值I₂；

(3)计算测量力F和直驱电机上的电流I的线性关系：将获取到的数值F₁、I₁和F₂、I₂通过公式F＝kI+a得出测量力F和直驱电机上的电流I的线性函数关系。

校准完该装置后，可用该装置以设定的测量力F测量物体的尺寸，测量方法如下：

(1)标定测量的位置：向控制器输入测量力F的数据，控制器控制驱动器输出相应的电流值，直驱电机接收电流值后带动移动主体做直线运动，移动主体的运动带动测量头运动，如图7所示，最终使测量头以测量力F压在被测物体的放置平面上，位移传感器将获取到的测量尺的位置数据通过驱动器传输给控制器，控制器处理后获得尺寸值L₁；

(2)测量物体的尺寸：将被测物体放置在平面上，再向控制器输入同一测量力F的数据，控制器控制驱动器输出相应的电流值，直驱电机接收电流值后带动移动主体做直线运动，移动主体的运动带动测量头运动，如图8所示，最终使测量头以测量力F压在被测物体上，位移传感器将获取到的测量尺的位置 数据通过驱动器传输给控制器，控制器处理后获得尺寸值L₂，通过公式L＝L₂-L₁得出被测物体的尺寸。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种可控力的尺寸测量装置，其特征在于：包括基座、直驱电机、移动主体、测量头、零位传感器、感应元件、测量尺、位移传感器、驱动器和控制器；

所述的移动主体固定在直驱电机上，推动移动主体直线运动的直驱电机固定在基座上，所述的测量头固定在移动主体上；

所述的感应元件设置在移动主体上，所述的零位传感器设置在移动主体的前进方向上；

所述的测量尺设置在移动主体上，用于获取测量尺数据的位移传感器位于移动主体的一侧，所述的测量尺和位移传感器位于移动主体的同一侧；

所述的控制器、零位传感器、位移传感器均与驱动器电连接。

2.按照权利要求1所述的可控力的尺寸测量装置，其特征在于：它还包括导轨和滑块，所述的导轨固定在基座的平台上，所述的滑块滑动式安装在导轨上，所述的移动主体固定在滑块上。

3.按照权利要求1所述的可控力的尺寸测量装置，其特征在于：所述的移动主体上设有安装块，所述的测量尺安装在安装块上；所述的测量尺位于移动主体的左侧，所述的位移传感器位于测量尺的左侧。

4.按照权利要求1所述的可控力的尺寸测量装置，其特征在于：所述的感应元件设置在移动主体的右侧上，所述的零位传感器位于移动主体的右侧。

5.按照权利要求1所述的可控力的尺寸测量装置，其特征在于：所述的直驱电机包括定子和动子，所述的定子固定在基座上，所述的移动主体固定在直线运动的动子上。

6.按照权利要求1所述的可控力的尺寸测量装置，其特征在于：所述的移动主体包括一体形成的第二纵块和第二横块，所述的第二纵块固定在直驱电机上，所述的感应元件固定在第二横块的右侧，所述的测量尺设置在第二横块的左侧，所述的测量头固定在第二横块的前侧。

7.按照权利要求1所述的可控力的尺寸测量装置，其特征在于：它还包括机壳，所述的零位传感器固定在机壳的右侧，所述的位移传感器固定在机壳的左侧，所述机壳的前端设有用于测量头穿过的缺口。

8.按照权利要求1所述的可控力的尺寸测量装置，其特征在于：所述的测量尺为磁栅尺或光栅尺，所述的位移传感器为相应的磁栅传感器或光栅传感器。

9.按照权利要求3所述的可控力的尺寸测量装置，其特征在于：所述的安装块包括竖直板和水平板，所述的水平板与竖直板一体形成，所述的水平板固定在移动主体上，所述的竖直板位于移动主体的左侧，所述的测量尺安装在竖直板的左端面上。