專利名稱：拉線式光電位移傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測(cè)量物體線位移的傳感器，具體的說是一種拉線式光電位移傳感O背景技術(shù)
現(xiàn)有的位移傳感器有機(jī)械式、電阻式、電容式和電感式等，這類傳感器存在著讀數(shù)不直觀、量程小、體積過大引起安裝不便、一旦有障礙物就無法量測(cè)等，使得在具體應(yīng)用上受限制。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足之處，提供一種體積小、量程大、精度高、安裝方便、造價(jià)低的拉線式光電位移傳感器。
本發(fā)明為解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案
本發(fā)明拉線式光電位移傳感器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是
具有一直立在矩形底座上的拱門形機(jī)殼，在所述機(jī)殼中，一直立的前機(jī)架將機(jī)殼內(nèi)腔分設(shè)為前腔體和后腔體，位于所述后腔體中、與所述前機(jī)架相平行地設(shè)置一直立的后機(jī)架，由所述前機(jī)架與后機(jī)架通過軸承共同支承一可轉(zhuǎn)動(dòng)的主軸，所述主軸的前段軸延伸在機(jī)殼的前腔體中，在所述主軸的前段軸上設(shè)有漲緊盤簧；在所述前腔體所在位置的機(jī)殼右上方設(shè)置一拉線嘴，位于拉線嘴入口處的前腔體中設(shè)置一方向微動(dòng)開關(guān)；
—拉線盤固定設(shè)置在所述主軸的前段軸上，位于拉線盤的右上方是一可以將拉線成螺旋單排繞絲在拉線盤上的排絲器，拉線的一端繞線在拉線盤上，另一端依次通過排絲器和方向微動(dòng)開關(guān)在拉線嘴中引出；
以所述前機(jī)架和后機(jī)架為支撐，設(shè)置一齒輪組，所述齒輪組是以固定設(shè)置在主軸上的主軸齒輪為主動(dòng)輪，與主軸齒輪嚙合的棘輪為第一從動(dòng)輪，末級(jí)從動(dòng)輪是具有三個(gè)均布的不透光葉片的調(diào)制輪，自所述棘輪到所述調(diào)制輪，其間按照直徑由大到小依次嚙合傳動(dòng)各中間級(jí)從動(dòng)輪；
電路板固定設(shè)置在前機(jī)架的側(cè)壁上，在所述電路板上設(shè)置兩組光電斷續(xù)器，所述光電斷續(xù)器的發(fā)射極和接收極分置在所述調(diào)制輪的不透光葉片的兩側(cè)；所述兩組光電斷續(xù)器處在互為90°的位置上。
本發(fā)明拉線式光電位移傳感器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)也在于
設(shè)置所述排絲器是由位于兩端的傳動(dòng)齒輪和連接在兩端傳動(dòng)齒輪之間的螺紋排絲筒構(gòu)成，所述螺紋排絲筒的表面為螺旋線槽；
設(shè)置所述拉線盤是由位于兩端的帶齒端板和連接在兩端帶齒端板之間的繞絲筒構(gòu)成，由所述拉線盤上帶齒端板帶動(dòng)的排絲器是在所述拉線盤轉(zhuǎn)過一周時(shí)，排絲器轉(zhuǎn)過一個(gè)輪齒，并且在排絲器上螺紋排絲筒帶動(dòng)下的拉線沿軸向平移一個(gè)拉線的外徑的寬度。
本發(fā)明拉線式光電位移傳感器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)也在于
所述排絲器上的位于兩端的傳動(dòng)齒輪是形成為雙層結(jié)構(gòu)的內(nèi)層齒輪和外層齒輪， 所述內(nèi)層齒輪和外層齒輪上的齒高、齒寬、齒頂圓直徑、齒根圓直徑均為相同，內(nèi)層齒輪的齒數(shù)是外層齒輪的齒數(shù)的一半，并且內(nèi)層齒輪上相鄰的輪齒是與外層齒輪上一一間隔的輪齒相重疊；
在所述拉線盤上帶齒端板的外側(cè)設(shè)置有兩只能夠與外層齒輪上相鄰的兩個(gè)輪齒相嚙合的傳動(dòng)齒(，所述兩個(gè)傳動(dòng)齒之間的齒槽貫穿所述帶齒端板。
本發(fā)明拉線式光電位移傳感器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)也在于
所述方向微動(dòng)開關(guān)的結(jié)構(gòu)設(shè)置為呈豎直設(shè)置一擺桿，作為擺動(dòng)中心的銷軸將擺桿懸掛設(shè)置在機(jī)架上，在所述擺桿的上部設(shè)置有刀刃架，刀刃架的底部刃口抵壓在拉線上的，在所述擺桿的底端設(shè)置一永久磁鋼塊，在與所述永久磁鋼塊相對(duì)位置的底座上設(shè)置一霍爾元件。
設(shè)置一擺桿定位結(jié)構(gòu)，是在所述擺桿的底部，處在與所述永久磁塊相應(yīng)位置的兩側(cè)機(jī)架上，分別設(shè)置定位鐵片，以所述永久磁塊對(duì)所述定位鐵片的吸附定位擺桿。
本發(fā)明中拉線式位移傳感器基于以下工作原理
被測(cè)物體位移的傳感固定設(shè)置拉線式光電位移傳感器，將從拉線嘴中引出的拉線掛鉤掛在被測(cè)物體測(cè)點(diǎn)的掛環(huán)上，依靠傳感器內(nèi)漲緊盤簧回縮的彈力，將拉線回縮繃緊后，即可進(jìn)行位移量測(cè)。當(dāng)被測(cè)物體產(chǎn)生位移拉動(dòng)拉線時(shí)，拉線盤將作相應(yīng)的正反方向轉(zhuǎn)動(dòng)。拉線盤每轉(zhuǎn)動(dòng)一周，經(jīng)由齒輪組的變速，被測(cè)位移量得到充分放大，以此提高分辨率。在拉線盤上纏繞的數(shù)圈拉線，可以使量程達(dá)到Im以上，利用調(diào)制輪和光電斷續(xù)器將轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字電信號(hào)，從而獲得位移量的檢測(cè)。
與已有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果體現(xiàn)在本發(fā)明體積小、量程大、精度高、安裝方便、造價(jià)低，可以通過安置定滑輪來繞過障礙物體進(jìn)行位移量測(cè)，可實(shí)時(shí)顯示數(shù)據(jù)。


圖IA為本發(fā)明主視結(jié)構(gòu)示意圖IB為本發(fā)明后視結(jié)構(gòu)示意圖IC為本發(fā)明俯視結(jié)構(gòu)示意圖ID為本發(fā)明側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖2A為本發(fā)明中排絲器與拉線盤嚙合傳動(dòng)結(jié)構(gòu)主視示意圖2B為本發(fā)明中排絲器與拉線盤嚙合傳動(dòng)結(jié)構(gòu)側(cè)視示意圖2C為本發(fā)明中排絲器與拉線盤嚙合傳動(dòng)結(jié)構(gòu)俯視示意圖中標(biāo)號(hào)1拉線；2拉線嘴；3機(jī)殼；4機(jī)蓋；5底座；6電纜固定頭；7電纜線；11 除塵腔；12主軸；13前機(jī)架；14后機(jī)架；15軸承；16漲緊盤簧；17齒輪組；18棘輪；19調(diào)制輪；20第一光電斷續(xù)器；21第二光電斷續(xù)器；22電路板；31方向微動(dòng)開關(guān)；32擺桿；33刀刃架；34永久磁鋼塊；35霍爾元件；36銷軸；37定位鐵片；41排絲器；42螺紋排絲筒；43銷軸孔；44內(nèi)層齒輪；45外層齒輪；51拉線盤；52繞線筒；53帶齒端板；54傳動(dòng)齒；55固定軸套、56主軸孔。
具體實(shí)施方式
圖IA所示，本實(shí)施例中拉線式光電位移傳感器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是具有一直立在矩形底座5上的拱門形機(jī)殼3 ；圖IC所示，在機(jī)殼3中，一直立的前機(jī)架13將機(jī)殼內(nèi)腔分設(shè)為前腔體和后腔體，位于后腔體中、與前機(jī)架13相平行地設(shè)置一直立的后機(jī)架14，由前機(jī)架13 與后機(jī)架14通過軸承15共同支承一可轉(zhuǎn)動(dòng)的主軸12，主軸12的前段軸延伸在機(jī)殼3的前腔體中，在主軸12的前段軸上設(shè)有漲緊盤簧16，前腔體的前端面設(shè)置為機(jī)蓋4 ；如圖1A、圖 IC和圖ID所示，在前腔體所在位置的機(jī)殼右上方設(shè)置一拉線嘴2，拉線嘴2中設(shè)置一除塵腔11，用于為拉線1清除雜物，除塵腔11可以是方形空腔，其內(nèi)置兩塊毛氈，拉線1從兩塊毛氈中間穿過時(shí)被清理除塵，拉線1即是從拉線嘴2經(jīng)過除塵腔11進(jìn)入機(jī)殼3中，位于拉線嘴2入口處的前腔體中設(shè)置一方向微動(dòng)開關(guān)31，在機(jī)殼3的底部設(shè)置的電纜固定頭6，用于貫穿電纜線7。
如圖1A、圖IC和圖2A所示，一拉線盤51固定設(shè)置在主軸12的前段軸上，位于拉線盤51的右上方是一可以將拉線1成螺旋單排繞絲在拉線盤51上的排絲器41，拉線1的一端繞線在拉線盤51上，另一端依次通過排絲器41和方向微動(dòng)開關(guān)31在拉線嘴2中引出。
如圖IB和圖IC所示，以前機(jī)架13和后機(jī)架14為支撐，設(shè)置一齒輪組17，齒輪組 17是以固定設(shè)置在主軸12上的主軸齒輪為主動(dòng)輪，與主軸齒輪嚙合的棘輪18為第一從動(dòng)輪，末級(jí)從動(dòng)輪是具有三個(gè)均布的不透光葉片的調(diào)制輪19，自棘輪18到調(diào)制輪19，其間按照直徑由大到小依次嚙合傳動(dòng)各中間級(jí)從動(dòng)輪。
如圖IB所示，電路板22固定設(shè)置在前機(jī)架13的側(cè)壁上，在電路板22上設(shè)置兩組光電斷續(xù)器，光電斷續(xù)器的發(fā)射極和接收極分置在調(diào)制輪19的不透光葉片的兩側(cè)；兩組光電斷續(xù)器是處在互為90°位置上的第一光電斷續(xù)器20和第二光電斷續(xù)器21，本實(shí)施例中， 設(shè)置調(diào)制輪19與第一光電斷續(xù)器20及第二光電斷續(xù)器21構(gòu)成信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置，將機(jī)械信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字電信號(hào)。
具體實(shí)施中，如圖2A、圖2B和圖2C所示，設(shè)置排絲器41是由位于兩端的傳動(dòng)齒輪和連接在兩端傳動(dòng)齒輪之間的螺紋排絲筒42構(gòu)成，螺紋排絲筒42的表面為螺旋線槽；排絲器41上的位于兩端的傳動(dòng)齒輪是形成為雙層結(jié)構(gòu)的內(nèi)層齒輪44和外層齒輪45，內(nèi)層齒輪44和外層齒輪45上的齒高、齒寬、齒頂圓直徑、齒根圓直徑均為相同，內(nèi)層齒輪44的齒數(shù)是外層齒輪45的齒數(shù)的一半，并且內(nèi)層齒輪44上相鄰的輪齒是與外層齒輪45上一一間隔的輪齒相重疊；
設(shè)置拉線盤51是由位于兩端的帶齒端板53和連接在兩端帶齒端板53之間的繞絲筒52構(gòu)成，由拉線盤51上帶齒端板53帶動(dòng)的排絲器41是在拉線盤51轉(zhuǎn)過一周時(shí)，排絲器41轉(zhuǎn)過一個(gè)輪齒，并且在排絲器41上螺紋排絲筒帶動(dòng)下的拉線1沿軸向平移一個(gè)拉線1的外徑的寬度；在拉線盤51上帶齒端板53的外側(cè)設(shè)置有兩只能夠與外層齒輪45上相鄰的兩個(gè)輪齒相嚙合的傳動(dòng)齒M，兩個(gè)傳動(dòng)齒M之間的齒槽貫穿帶齒端板53，使得在帶齒端板53的外圓周上形成一個(gè)齒槽。內(nèi)層齒輪11的輪齒可以和帶齒端板53外圓周上齒槽進(jìn)行嚙合傳動(dòng)，并可以抵靠在帶齒端板53的外圓周表面滑行，形成阻尼以阻止排絲器41隨意轉(zhuǎn)動(dòng)。
如圖IA所示，本實(shí)施例中的方向微動(dòng)開關(guān)31的結(jié)構(gòu)設(shè)置為呈豎直設(shè)置一擺桿 32，作為擺動(dòng)中心的銷軸36將擺桿32懸掛設(shè)置在機(jī)架上，在擺桿32的上部設(shè)置有刀刃架 33，刀刃架33的底部刃口抵壓在拉線1上的，在擺桿32的底端設(shè)置一永久磁鋼塊34，在與永久磁鋼塊34相對(duì)位置的底座5上設(shè)置一霍爾元件35，霍爾元件35的頂面與永久磁鋼塊 34的底面之間約為Imm的間隙，拉線1抵靠于刀刃架33的刀刃上，隨著拉線1的移動(dòng)，擺桿 32朝向拉線1的移動(dòng)方向一側(cè)擺動(dòng)，因此切割霍爾元件35上的磁力線；設(shè)置一擺桿定位結(jié)構(gòu)，是在擺桿32的底部，處在與永久磁塊34相應(yīng)位置的兩側(cè)機(jī)架上，分別設(shè)置定位鐵片37， 以永久磁塊34對(duì)定位鐵片37的吸附定位擺桿32，避免擺桿的抖動(dòng)。
圖2C中所示的固定軸套55用于將拉線盤51固定于主軸12上，圖2A中所述的主軸孔56用于是穿入主軸12。
使用方式按如下過程進(jìn)行
1、在被測(cè)物體的測(cè)試點(diǎn)安裝好掛環(huán)。
2、若拉線式光電位移傳感器與被測(cè)物體之間未被其他物體擋住，采用直接安置的方法，將傳感器的拉線嘴孔對(duì)準(zhǔn)測(cè)試點(diǎn)后，把傳感器固定于相對(duì)不位移的物體上；若傳感器與被測(cè)物體之間被其他物體擋住，采用繞過安置的方法，在拉線路徑的拐彎處設(shè)置定滑輪， 再把傳感器固定于相對(duì)不位移的物體上。
3、從拉線式光電位移傳感器的拉線嘴孔中拉出拉線，把拉線直接掛鉤掛或通過定滑輪掛于被測(cè)物體測(cè)試點(diǎn)的掛環(huán)。
4、把拉線式光電位移傳感器的電纜線與位移處理器聯(lián)接，即可對(duì)被測(cè)物體進(jìn)行位移測(cè)試。
本實(shí)施例中拉線式光電位移傳感器可以達(dá)到如下性能指標(biāo)
量程0 2000mm 或-1000 IOOOmm ；
分辨率0. Olmm ；
精度士 0.03mm;
本實(shí)施例中的方向微動(dòng)開關(guān)用于消除齒輪組中齒輪間隙的誤差，由于拉線與方向微動(dòng)開關(guān)中的刀刃架相接觸，不論拉線從拉線嘴孔內(nèi)拉出或縮回，擺桿繞銷軸擺動(dòng)，永久磁鋼塊切割霍爾元件的磁力線，以此獲得拉線走向信號(hào)；設(shè)刀刃架上刀刃至銷軸的距離為L(zhǎng)1, 永久磁鋼塊的底面至銷軸的距離為L(zhǎng)2，且L2 = GOL1，刀刃架刀刃移動(dòng)為a，永久磁鋼塊底面移動(dòng)為b，則b = (L2A1)a;當(dāng)a = 0.01mm時(shí)，b = 0. 6mm，該0. 6mm的移動(dòng)，足以切換霍爾元件的磁力線。設(shè)定拉線拉出為開，即為數(shù)字信號(hào)“1”；拉線回縮為關(guān)，即為數(shù)字信號(hào)“0”， 經(jīng)邏輯電路的判斷，來控制補(bǔ)償增加或減少計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)脈沖，以消除由齒輪間隙引起的誤差。此外，由于齒輪組產(chǎn)生的齒輪間隙很小，在拉線走絲起始的瞬間，就消除了齒輪組齒輪間隙引起的誤差。
權(quán)利要求
1.一種拉線式光電位移傳感器，其特征是具有一直立在矩形底座( 上的拱門形機(jī)殼(3)，在所述機(jī)殼(3)中，一直立的前機(jī)架 (13)將機(jī)殼內(nèi)腔分設(shè)為前腔體和后腔體，位于所述后腔體中、與所述前機(jī)架(1 相平行地設(shè)置一直立的后機(jī)架(14)，由所述前機(jī)架(1 與后機(jī)架(14)通過軸承(1 共同支承一可轉(zhuǎn)動(dòng)的主軸(12)，所述主軸(1 的前段軸延伸在機(jī)殼(3)的前腔體中，在所述主軸(12) 的前段軸上設(shè)有漲緊盤簧(16)；在所述前腔體所在位置的機(jī)殼右上方設(shè)置一拉線嘴0)， 位于拉線嘴(2)入口處的前腔體中設(shè)置一方向微動(dòng)開關(guān)(31)；一拉線盤(51)固定設(shè)置在所述主軸(12)的前段軸上，位于拉線盤(51)的右上方是一可以將拉線(1)成螺旋單排繞絲在拉線盤(51)上的排絲器(41)，拉線(1)的一端繞線在拉線盤(51)上，另一端依次通過排絲器Gl)和方向微動(dòng)開關(guān)(31)在拉線嘴O)中引出；以所述前機(jī)架(1 和后機(jī)架(14)為支撐，設(shè)置一齒輪組(17)，所述齒輪組(17)是以固定設(shè)置在主軸(1 上的主軸齒輪為主動(dòng)輪，與主軸齒輪嚙合的棘輪(18)為第一從動(dòng)輪， 末級(jí)從動(dòng)輪是具有三個(gè)均布的不透光葉片的調(diào)制輪(19)，自所述棘輪(18)到所述調(diào)制輪 (19)，其間按照直徑由大到小依次嚙合傳動(dòng)各中間級(jí)從動(dòng)輪；電路板0 固定設(shè)置在前機(jī)架(1 的側(cè)壁上，在所述電路板0 上設(shè)置兩組光電斷續(xù)器，所述光電斷續(xù)器的發(fā)射極和接收極分置在所述調(diào)制輪(19)的不透光葉片的兩側(cè)；所述兩組光電斷續(xù)器處在互為90°的位置上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拉線式光電位移傳感器，其特征是設(shè)置所述排絲器Gl)是由位于兩端的傳動(dòng)齒輪和連接在兩端傳動(dòng)齒輪之間的螺紋排絲筒02)構(gòu)成，所述螺紋排絲筒G2)的表面為螺旋線槽；設(shè)置所述拉線盤(51)是由位于兩端的帶齒端板(5 和連接在兩端帶齒端板(53)之間的繞絲筒(5 構(gòu)成，由所述拉線盤(51)上帶齒端板(5 帶動(dòng)的排絲器Gl)是在所述拉線盤(51)轉(zhuǎn)過一周時(shí)，排絲器Gl)轉(zhuǎn)過一個(gè)輪齒，并且在排絲器Gl)上螺紋排絲筒02) 帶動(dòng)下的拉線(1)沿軸向平移一個(gè)拉線(1)的外徑的寬度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的拉線式光電位移傳感器，其特征是所述排絲器Gl)上的位于兩端的傳動(dòng)齒輪是形成為雙層結(jié)構(gòu)的內(nèi)層齒輪G4)和外層齒輪(45)，所述內(nèi)層齒輪04)和外層齒輪0 上的齒高、齒寬、齒頂圓直徑、齒根圓直徑均為相同，內(nèi)層齒輪G4)的齒數(shù)是外層齒輪0 的齒數(shù)的一半，并且內(nèi)層齒輪G4)上相鄰的輪齒是與外層齒輪0 上一一間隔的輪齒相重疊；在所述拉線盤(51)上帶齒端板(5 的外側(cè)設(shè)置有兩只能夠與外層齒輪0 上相鄰的兩個(gè)輪齒相嚙合的傳動(dòng)齒( )，所述兩個(gè)傳動(dòng)齒(54)之間的齒槽貫穿所述帶齒端板(53)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拉線式光電位移傳感器，其特征是所述方向微動(dòng)開關(guān)(31)的結(jié)構(gòu)設(shè)置為呈豎直設(shè)置一擺桿(32)，作為擺動(dòng)中心的銷軸(36)將擺桿(32)懸掛設(shè)置在機(jī)架上，在所述擺桿(3 的上部設(shè)置有刀刃架(33)，刀刃架(3 的底部刃口抵壓在拉線 (1)上的，在所述擺桿(3 的底端設(shè)置一永久磁鋼塊(34)，在與所述永久磁鋼塊(34)相對(duì)位置的底座( 上設(shè)置一霍爾元件(35)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的拉線式光電位移傳感器，其特征是設(shè)置一擺桿定位結(jié)構(gòu)，是在所述擺桿(3 的底部，處在與所述永久磁塊(34)相應(yīng)位置的兩側(cè)機(jī)架上，分別設(shè)置定位鐵片(37)，以所述永久磁塊(34)對(duì)所述定位鐵片(37)的吸附定位擺桿(32)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種拉線式光電位移傳感器，其特征是在機(jī)殼中，一直立的前機(jī)架將機(jī)殼內(nèi)腔分設(shè)為前腔體和后腔體，位于后腔體中的后機(jī)架與前機(jī)架通過軸承共同支承一可轉(zhuǎn)動(dòng)的主軸，主軸的前段軸延伸在機(jī)殼的前腔體中；拉線盤固定設(shè)置在主軸的前段軸上，拉線的一端繞線在拉線盤上，另一端依次通過排絲器和方向微動(dòng)開關(guān)在拉線嘴中引出；以前機(jī)架和后機(jī)架為支撐設(shè)置一齒輪組，齒輪組是以固定設(shè)置在主軸上的主軸齒輪為主動(dòng)輪，末級(jí)從動(dòng)輪是為調(diào)制輪；設(shè)置光電斷續(xù)器發(fā)射極和接收極分置在調(diào)制輪不透光葉片的兩側(cè)。本發(fā)明體積小、量程大、精度高、安裝方便、造價(jià)低，可以通過安置定滑輪來繞過障礙物體進(jìn)行位移量測(cè)。
文檔編號(hào)G01B11/02GK102506723SQ20111037023
公開日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月21日
發(fā)明者湯臨春, 汪哲蓀, 逄煥平 申請(qǐng)人:合肥工業(yè)大學(xué)