CN205607322U - 自动化测量装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种自动化测量装置，用于测量被测设备的角度或长度。该自动化测量装置包括联接轴及若干组测量单元。测量单元包括传动齿轮、旋转电位器及缓冲器。各传动齿轮依次啮合连接，且联接轴与被测设备的旋转轴同步连接并带动其中一个传动齿轮旋转。传动齿轮还与旋转电位器同轴连接。旋转电位器，用于测量被测设备的角度或长度并输出相应的电压信号。缓冲器的输入端与旋转电位器的输出端电连接，且缓冲器用于输出旋转电位器得到的电压信号。该自动化测量装置通过上述联接轴、传动齿轮、旋转电位器及缓冲器即可对被测设备进行角度或长度的测量，零件精密度要求没有传统的编码器高，故制造工艺较为简单且制造成本较低，适用于工厂的大规模生产。
Description
技术领域
本实用新型涉及自动化测量技术领域，特别是涉及一种自动化测量装置。
背景技术
传统的自动化设备角度或长度的检测装置通常都选用编码器。编码器是一种综合利用光或磁、电子以及机械技术的数字化传感器，其用于将被测设备的角度或长度转换成电信号。常用的编码器包括绝对编码器和相对编码器。其中，相对编码器属于易失性测量装置，自动化设备必须配合较为复杂的复位和存储机制，方能利用相对编码器完成角度或长度的高精度测量。绝对编码器属于非易失性测量装置，可随时高精度测量被测设备的角度或长度。
然而，编码器内部零件的精密度要求很高，制造工艺较为复杂，因此编码器的制造成本较高，不适于大规模生产。
实用新型内容
基于此，有必要针对传统编码器制造工艺较为复杂且成本较高的问题，提供一种自动化测量装置。
一种自动化测量装置，用于测量被测设备的角度或长度，包括联接轴及若干组测量单元；所述测量单元包括传动齿轮、旋转电位器及缓冲器；各所述传动齿轮依次啮合连接，且所述联接轴与被测设备的旋转轴同步连接并带动其中一个传动齿轮旋转；所述传动齿轮还与旋转电位器同轴连接；所述旋转电位器，用于测量所述被测设备的角度或长度并输出相应的电压信号；所述缓冲器的输入端与旋转电位器的输出端电连接，且所述缓冲器用于输出所述电压信号。
在其中一个实施例中，所述测量单元还包括电流转换器；所述电流转换器的输入端与缓冲器的输出端电连接，且所述电流转换器用于将缓冲器输出的电压信号转换为电流信号。
在其中一个实施例中，所述自动化测量装置还包括依次电连接的模数转换器、信号处理器及串行接口电路；所述模数转换器的输入端与所述缓冲器的输出端连接，且所述模数转换器用于将所述电压信号转换为相应的数字信号；所述信号处理电路，用于根据所述数字信号输出相应的串行信号；所述串行接口电路，用于向外输出所述串行信号。
在其中一个实施例中，各所述传动齿轮的转速不同；各所述旋转电位器的电气行程不同，且各所述缓冲器的输出端均连接所述模数转换器的输入端。
在其中一个实施例中，所述自动化测量装置包括两组测量单元，且第一组测量单元包括第一传动齿轮、第一旋转电位器及第一缓冲器，第二组测量单元包括第二传动齿轮、第二旋转电位器及第二缓冲器；其中，所述第一传动齿轮与第二传动齿轮相互啮合。
在其中一个实施例中，所述自动化测量装置还包括减速机构，且所述减速机构连接于被测设备与联接轴之间；所述减速机构的转速小于联接轴；所述第一传动齿轮与联接轴同轴联接，且所述第一传动齿轮的转速大于第二传动齿轮；所述第一旋转电位器的电气行程小于第二旋转电位器。
在其中一个实施例中，所述减速机构与联接轴的转速比为1：10；所述第一传动齿轮与第二传动齿轮的转速比为10：1；所述第一旋转电位器的电气行程为360°；所述第二旋转电位器的电气行程为3600°。
在其中一个实施例中，所述第二传动齿轮通过联接轴与被测设备同步联接；所述第一传动齿轮的转速大于第二传动齿轮；所述第一旋转电位器的电气行程小于第二旋转电位器。
在其中一个实施例中，所述第二传动齿轮与第一传动齿轮的转速比为1：100；所述第一旋转电位器的电气行程为360°；所述第二旋转电位器的电气行程为3600°。
上述自动化测量装置具有的有益效果为：在该自动化测量装置中，联接轴与被测设备的旋转轴同步连接并带动其中一个传动齿轮旋转，而传动齿轮与旋转电位器同轴连接，因此传动齿轮能够带动旋转电位器旋转。旋转电位器用于测量被测设备的角度或长度并输出相应的电压信号。缓冲器用于输出旋转电位器得到的电压信号。因此，该自动化测量装置通过上述联接轴、传动齿轮、旋转电位器及缓冲器即可对被测设备进行角度或长度的测量，零件精密度要求没有传统的编码器高，对供电电源以及模数转换器性能要求较低，故制造工艺较为简单且制造成本较低，适用于工厂的大规模生产。
附图说明
图1为一实施例提供的自动化测量装置的结构示意图；
图2为图1所示实施例提供的自动化测量装置包括两组测量单元时的一种结构示意图；
图3为图1所示实施例提供的自动化测量装置包括两组测量单元时的另一种结构示意图。
具体实施方式
为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本实用新型。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
如图1所示，本实施例提供了一种自动化测量装置，用于测量被测设备的角度或长度。该自动化测量装置包括联接轴100及若干组测量单元。各组测量单元均包括传动齿轮、旋转电位器及缓冲器。需要说明的是，上述若干组测量单元包括两组或两组以上。
其中，各传动齿轮依次啮合连接，即各组测量单元是通过传动齿轮之间的啮合连接方式而依次传送动力的。同时，联接轴100与被测设备的旋转轴同步连接并带动其中一个传动齿轮旋转。那么在联接轴100的带动下，只要与联接轴100相连的传动齿轮开始转动，其他组测量单元中的传动齿轮则会依次开始转动。
同时，传动齿轮与旋转电位器同轴连接。旋转电位器则用于测量被测设备的角度或长度并输出相应的电压信号。其中，该电压信号与角度或长度呈一定的比例关系。缓冲器的输入端与旋转电位器的输出端电连接，并最终将旋转电位器得到的电压信号输出，故缓冲器主要起缓冲的作用。那么对于每组测量单元，当传动齿轮开始转动后即会相应带动旋转电位器转动，进而由旋转电位器向缓冲器输出相应的电压信号。
综上所述，上述自动化测量装置通过联接轴、传动齿轮、旋转电位器及缓冲器即可对被测设备进行角度或长度的测量，其零件精密度要求没有传统的编码器高，对供电电源以及模数转换器性能要求较低，故制造工艺较为简单且制造成本较低，适用于工厂的大规模生产。
进一步的，如图1所示，上述测量单元还包括电流转换器。电流转换器的输入端与缓冲器的输出端电连接，且电流转换器用于将缓冲器输出的电压信号转换为电流信号。
因此，上述自动化测量装置能够输出多种类型的信号，既可以直接通过缓冲器输出位移输出电压信号(如U1、U2)，又可以通过电流转换器输出相应的位移输出电流信号(如I1、I2)，从而扩大该自动化测量装置的应用范围。
进一步的，如图1所示，上述自动化测量装置还包括依次电连接的模数转换器300、信号处理器400及串行接口电路500。其中，模数转换器300用于将上述缓冲器输出的电压信号转换为相应的数字信号，并发送至信号处理电路400。信号处理电路400，用于根据模数转换器300传来的数字信号输出相应的串行信号。串行接口电路500，用于向外输出由信号处理电路400传送的串行信号。串行接口电路500例如选用RS485接口电路。
因此上述自动化测量装置能够输出更多类型的信号，既可以直接通过缓冲器输出位移输出电压信号(如U1、U2)，又可以通过电流转换器输出相应的位移输出电流信号(如I1、I2)，还可以通过串行接口电路500输出位移输出串行信号，从而进一步扩大该自动化测量装置的应用范围。
可以理解的是，上述自动化测量装置与输出信号类型相关的电路(即电流转换器、模数转换器300、信号处理器400及串行接口电路500)不限于上述一种情况，只要自动化测量装置输出信号的类型能够满足需求即可。例如该自动化测量装置若只需要输出电压信号，则无需设置上述电流转换器、模数转换器300、信号处理器400及串行接口电路500；或该自动化测量装置若只需要输出电压信号和串行信号，则无需设置上述电流转换器。
进一步的，本实施例提供的自动化测量装置在能够满足制造工艺较为简单且制造成本较低的基础上，还能够满足高精度、宽量程的测试要求，实现原理如下。
具体的，上述不同组测量单元中的各传动齿轮的转速不同。上述不同组测量单元中的各旋转电位器的电气行程不同，且各组测量单元中的缓冲器的输出端均连接上述模数转换器300的输入端。
由于各传动齿轮的转速不同，且传动齿轮是啮合连接的，因此各组测量单元最终输出的相同类型的位移输出信号(例如位移输出电压信号)是存在相关性的。因此，若将各各组测量单元的位移输出信号组合在一起同时使用，即能扩大该自动化测量装置的量程并提高测量精度。下面以角度来说明(注：由于长度直接可由角度与传动齿轮半径得出，因此长度与角度的原理类似)
由于各旋转电位器的电气行程不同，因此不同测量单元位移输出信号的角度范围不同(例如两组测量单元的角度范围分别为0～180°、0～360°)，那么在各测量单元对应的不同角度范围中则存在一个范围最宽的角度范围。同时在上述模数转换器300的转换位数一定的情况下，则不同测量单元位移输出信号的角度分辨率与各旋转电位器的电气行程、转换位数有关(例如若转换位数为6，旋转电位器的电气行程为180°，则角度分辨率为(180/64)°)，那么各旋转电位器的电气行程不同，则各测量单元位移输出信号的角度分辨率不同。故在各组测量单元对应的各角度分辨率中则存在一个最小的角度分辨率。
基于上述情况，由于各组测量单元中缓冲器的输出端均连接模数转换器300的输入端，即该自动化测量装置最终的角度分辨率和角度范围由所有测量单元而决定。故最终由串行接口电路500输出的位移输出串行信号的角度范围为各测量单元的角度范围中范围最宽的角度范围，而角度分辨率即为各测量单元的角度分辨率中最小的角度分辨率。因此，通过合理设置各传动齿轮的转速及各旋转电位器的电气行程，即能提高该自动化测试装置的测试精度，并扩大测试量程。
接下来以自动化测量装置的两个更具体的结构来说明上述实现方式的原理。图2为本实施例提供的自动化测量装置包括两组测量单元时的一种结构示意图，具体来讲，图2为上述自动化测量装置实现第一种实现方式的一个具体结构图。图3为本实施例提供的自动化测量装置包括两组测量单元时的另一种结构示意图，具体来讲，图3为上述自动化测量装置实现第一种实现方式的另一个具体结构。
如图2、图3所示，在这两个具体结构中，该自动化测量装置共包括两组测量单元。同时，第一组测量单元包括第一传动齿轮211、第一旋转电位器221及第一缓冲器231。第二组测量单元包括第二传动齿轮212、第二旋转电位器222及第二缓冲器232。其中，第一传动齿轮211与第二传动齿轮212相互啮合。
需要说明的，在以下各参数中，电气行程均为各旋转电位器自身具有的参数。位移输出电压信号的输出值范围是各旋转电位器自身具有的参数。位移输出电流信号的输出值范围是各电流转换器自身具有的参数。
具体的，第一种具体结构如图2所示。第一传动齿轮211与联接轴100同轴联接。同时，联接轴100与被测设备的旋转轴同步联接，并带动第一传动齿轮211和第一旋转电位器221旋转。由于第一传动齿轮211与第二传动齿轮212相互啮合，故第一传动齿轮211还带动第二传动齿轮212旋转，第二传动齿轮212则带动第二旋转电位器222旋转。
同时在第一种具体结构中，第一传动齿轮211的转速大于第二传动齿轮212。具体为：第一传动齿轮211与第二传动齿轮212的转速比为10:1。第一旋转电位器221的电气行程小于第二旋转电位器222。具体为：第一旋转电位器221的电气行程为360°，第二旋转电位器222的电气行程为3600°。另外，位移输出电压信号U1和位移输出电压信号U2的输出值范围为0～5V。位移输出电流信号I1和位移输出电流信号I2的输出值范围为4～20mA。模数转换器300的转换位数为12位。
因此，在上述第一种具体结构中，第一组测量单元的位移输出信号(即位移输出电压信号U1、位移输出电流信号I1)的角度分辨率为：360°除以212(即4096)等于0.087890625°。第二组测量单元的位移输出信号(即位移输出电压信号U2和位移输出电流信号I2)的角度分辨率为：3600°除以212(即4096)等于0.87890625°。整个自动化测量装置的位移输出串行信号C的最低角度分辨率即为上述第一组测量单元和第二组测量单元对应的角度分辨率中最低的角度分辨率即0.087890625°，而位移输出串行信号C的角度范围为第一组测量单元和第二组测量单元对应的角度范围中最宽的角度范围即0～3600°。
基于上述情况，自动化测量装置的第一种具体结构还包括减速机构600，且减速机构600连接于被测设备与联接轴100之间，以使得被测设备的角度或长度行程所引起的本自动化测量装置行程等于或者接近本自动化测量装置的最大行程。其中，减速机构600的转速小于联接轴100。具体为：减速机构600与联接轴100的转速比为1:10，即减速机构600旋转1周之时第一传动齿轮211已旋转10周。那么，在加了减速机构600的基础上，该自动化测量装置最终测量角度的最小分辨率则为0.0087890625°。
综上所述，上述自动化测量装置的第一种具体结构最终能够达到的最低角度分辨率为0.0087890625°，能够测量的最宽角度范围为0～3600°，从而使得该自动化测量装置在能够满足制造工艺较为简单且制造成本较低的基础上，还能够满足高精度、宽量程的测试要求。
可以理解的是，自动化测量装置的第一种具体结构不限于上述一种情况，例如各结构的参数设置(各传动齿轮之间的转速比、各旋转电位器的电气行程等)还可以设置为其他数值，只要在设置减速机构600和两组测量单元的情况下能够实现宽量程、高精度的测量方式即可。
具体的，自动化测量装置的第二种具体结构如图3所示。其中，第二传动齿轮212通过联接轴100与被测设备同步联接。同时第二传动齿轮212带动第二旋转电位器222旋转。第一传动齿轮211与第二传动齿轮212相互啮合，且第一传动齿轮211带动第一旋转电位器221旋转。
同时在第二种具体结构中，第一传动齿轮211的转速大于第二传动齿轮212。具体为第二传动齿轮212与第一传动齿轮211的转速比为1:100。第一旋转电位器221的电气行程小于第二旋转电位器222。具体为：第一旋转电位器221的电气行程为360°，第二旋转电位器222的电气行程为3600°。另外，位移输出电压信号U1和位移输出电压信号U2的输出值范围为0～5V。位移输出电流信号I1和位移输出电流信号I2的输出值范围为4～20mA。模数转换器300的转换位数为12位。
因此，在上述第二种具体结构中，第一组测量单元自身的位移输出信号(即位移输出电压信号U1、位移输出电流信号I1)的角度分辨率为：360°除以212(即4096)等于0.087890625°。第二组测量单元自身的位移输出信号(即位移输出电压信号U2、位移输出电流信号I2)的角度分辨率为：3600°除以212(即4096)等于0.87890625°。同时，由于第二传动齿轮212与第一传动齿轮211的转速比为1:100，即第二旋转电位器222旋转一周之时第一旋转电位器221已经旋转100周，则该自动化测量装置最终测量角度的最小分辨率达到0.0087890625°。因此，该自动化测量装置最终由串行接口电路500输出的位移输出串行信号的角度分辨率为上述最小的角度分辨率即0.0087890625°，角度范围为上述最宽的角度范围，即0～3600°。
综上所述，上述自动化测量装置的第二种具体结构最终能够达到的最低角度分辨率同样为0.0087890625°，能够测量的最宽角度范围同样为0～3600°，从而使得该自动化测量装置在能够满足制造工艺较为简单且制造成本较低的基础上，还能够满足高精度、宽量程的测试要求。
可以理解的是，自动化测量装置的第二种具体结构不限于上述一种情况，例如各结构的参数设置(各传动齿轮之间转速比、旋转电位器的电气行程等)还可以设置为其他数值，只要在设置两组测量单元的情况下能够实现宽量程、高精度的测量方式即可。
由此可见，本实施例提供的上述自动化测量装置的第一种具体结构和第二种具体结构，虽然选用不同的电路结构，但最终都能实现宽量程、高精度的测试效果。
综上所述，本实施例提供的上述自动化测量装置，通过合理的设置相关结构及其相互作用关系以及各结构的性能参数，从而在保证该自动化测量装置具备制造容易、成本低且应用简单的优势的基础上，还具备角度或长度测量精度高、量程宽的优势，更便于工厂的大规模生产。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (9)
1.一种自动化测量装置，用于测量被测设备的角度或长度，其特征在于，包括联接轴及若干组测量单元；所述测量单元包括传动齿轮、旋转电位器及缓冲器；各所述传动齿轮依次啮合连接，且所述联接轴与被测设备的旋转轴同步连接并带动其中一个传动齿轮旋转；所述传动齿轮还与旋转电位器同轴连接；所述旋转电位器，用于测量所述被测设备的角度或长度并输出相应的电压信号；所述缓冲器的输入端与旋转电位器的输出端电连接，且所述缓冲器用于输出所述电压信号。
2.根据权利要求1所述的自动化测量装置，其特征在于，所述测量单元还包括电流转换器；所述电流转换器的输入端与缓冲器的输出端电连接，且所述电流转换器用于将缓冲器输出的电压信号转换为电流信号。
3.根据权利要求1所述的自动化测量装置，其特征在于，所述自动化测量装置还包括依次电连接的模数转换器、信号处理器及串行接口电路；所述模数转换器的输入端与所述缓冲器的输出端连接，且所述模数转换器用于将所述电压信号转换为相应的数字信号；所述信号处理电路，用于根据所述数字信号输出相应的串行信号；所述串行接口电路，用于向外输出所述串行信号。
4.根据权利要求3所述的自动化测量装置，其特征在于，各所述传动齿轮的转速不同；各所述旋转电位器的电气行程不同，且各所述缓冲器的输出端均连接所述模数转换器的输入端。
5.根据权利要求4所述的自动化测量装置，其特征在于，所述自动化测量装置包括两组测量单元，且第一组测量单元包括第一传动齿轮、第一旋转电位器及第一缓冲器，第二组测量单元包括第二传动齿轮、第二旋转电位器及第二缓冲器；其中，所述第一传动齿轮与第二传动齿轮相互啮合。
6.根据权利要求5所述的自动化测量装置，其特征在于，所述自动化测量装置还包括减速机构，且所述减速机构连接于被测设备与联接轴之间；所述减速机构的转速小于联接轴；所述第一传动齿轮与联接轴同轴联接，且所述第一传动齿轮的转速大于第二传动齿轮；所述第一旋转电位器的电气行程小于第二旋转电位器。
7.根据权利要求6所述的自动化测量装置，其特征在于，所述减速机构与 联接轴的转速比为1：10；所述第一传动齿轮与第二传动齿轮的转速比为10：1；所述第一旋转电位器的电气行程为360°；所述第二旋转电位器的电气行程为3600°。
8.根据权利要求5所述的自动化测量装置，其特征在于，所述第二传动齿轮通过联接轴与被测设备同步联接；所述第一传动齿轮的转速大于第二传动齿轮；所述第一旋转电位器的电气行程小于第二旋转电位器。
9.根据权利要求8所述的自动化测量装置，其特征在于，所述第二传动齿轮与第一传动齿轮的转速比为1：100；所述第一旋转电位器的电气行程为360°；所述第二旋转电位器的电气行程为3600°。
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