一種電感式傳感器性能指標(biāo)的測量系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種電感式傳感器性能指標(biāo)的測量系統(tǒng)，包括：測量平臺(tái)；傳感器組件，該傳感器組件包括至少一個(gè)傳感器、傳感器測臂、以及位于該傳感器測臂上的傳感器測頭；傳感器位置調(diào)節(jié)裝置，調(diào)整該傳感器測頭或調(diào)整內(nèi)徑測量測臂組合上的測頭位置，使兩者保持接觸直至該傳感器的輸出值為零后鎖定；微動(dòng)系統(tǒng)，至少包括微動(dòng)系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，該微動(dòng)系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)至少包括內(nèi)徑測量測臂組合、載物平臺(tái)、導(dǎo)軌、光柵尺，其中該內(nèi)徑測量測臂組合固定在該載物平臺(tái)上，該載物平臺(tái)的位移使內(nèi)徑測量測臂組合一起位移，從而使傳感器測頭也隨之一起位移，該載物平臺(tái)的位移方向以及位移大小由該光柵尺測量。
【專利說明】一種電感式傳感器性能指標(biāo)的測量系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電感式傳感器性能指標(biāo)的測量系統(tǒng)，適用于所有機(jī)加工測量工件尺寸用的電感式傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，國內(nèi)修理、檢查電感式傳感器的測量手段都是處在手動(dòng)、靜態(tài)測量階段。采用這種測量手段存在以下幾個(gè)問題:(a)實(shí)際機(jī)械測量位置可能存在誤差；(b)效率低；(C)不能模擬機(jī)床加工過程中實(shí)際狀況，即動(dòng)態(tài)響應(yīng)無法測量；(d)全量程范圍內(nèi)線性度測量困難；(e)調(diào)整靈敏度的工作范圍不夠?qū)?如M公司只能±100 μ內(nèi))；(f)重復(fù)性測量比較困難。
[0003]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，亟需一種電感式傳感器的新測量系統(tǒng)，既能靜態(tài)測量也能動(dòng)態(tài)測量電感式傳感器的性能指標(biāo)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的在于提供一種電感式傳感器的新測量方法，利用計(jì)算機(jī)控制直線電機(jī)微動(dòng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行單軸方向運(yùn)動(dòng)，向電感式傳感器輸入可控的、可預(yù)設(shè)置運(yùn)行曲線方式的信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)既能靜態(tài)測量也能動(dòng)態(tài)測量電感式傳感器的性能指標(biāo)。
[0005]本發(fā)明提供了一種電感式傳感器性能指標(biāo)的測量系統(tǒng)，包括:
[0006]測量平臺(tái)；
[0007]傳感器組件，固定在傳感器固定支架上，該傳感器組件包括至少一個(gè)傳感器、傳感器測臂、以及位于該傳感器測臂上的傳感器測頭；
[0008]傳感器位置調(diào)節(jié)裝置，固定在該測量平臺(tái)上，調(diào)整該傳感器測頭或調(diào)整內(nèi)徑測量測臂組合上的測頭位置，使兩者保持接觸直至該傳感器的輸出值為零后鎖定；
[0009]微動(dòng)系統(tǒng)，至少包括微動(dòng)系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，該微動(dòng)系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)通過微動(dòng)裝置支架固定在該測量平臺(tái)上，該微動(dòng)系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)至少包括內(nèi)徑測量測臂組合、載物平臺(tái)、導(dǎo)軌、光柵尺，其中該內(nèi)徑測量測臂組合固定在該載物平臺(tái)上，該載物平臺(tái)的位移使內(nèi)徑測量測臂組合一起位移，從而使傳感器測頭也隨之一起位移，該載物平臺(tái)的位移方向以及位移大小由該光柵尺測量；
[0010]在一個(gè)實(shí)施例中，所述傳感器組件還包括第一固件、第二固件、彈性塊、活動(dòng)件、測臂連接件，其中該第二固件通過兩只螺絲固定在該傳感器組件的外殼上，該第一固件再通過兩只螺絲固定在該第二固件上，傳感器線圈固定在該第一固件的一端，該第一固件的另一端和該彈性塊的一端固定在一起，該活動(dòng)件的一端和該測臂連接件及該彈性塊的另一端一起固定，傳感器中的活動(dòng)軟鐵芯固定在活動(dòng)件的另一端，測臂連接件與該傳感器測臂固定在一起。
[0011]在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)該傳感器測頭上下位移時(shí)，通過該傳感器測臂、該測臂連接件使該彈性塊彎曲回轉(zhuǎn)，該彈性塊具有回轉(zhuǎn)支點(diǎn)，該活動(dòng)件沿該回轉(zhuǎn)支點(diǎn)作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)該活動(dòng)軟鐵芯作上下微量位移，使得該傳感器的輸出值的大小正比于該傳感器測頭位移大小。
[0012]在一個(gè)實(shí)施例中，該微動(dòng)系統(tǒng)還包括控制箱，該控制箱至少包括彼此電連接的微動(dòng)系統(tǒng)控制器、直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、控制繼電器和開關(guān)。
[0013]在一個(gè)實(shí)施例中，該測量系統(tǒng)還包括計(jì)算機(jī)，通過以太網(wǎng)線與該微動(dòng)系統(tǒng)控制器連接，向該微動(dòng)系統(tǒng)控制器發(fā)出軌跡信號(hào)和控制方式，位置回路及電機(jī)控制回路根據(jù)光柵尺和霍爾傳感器的反饋信息及計(jì)算機(jī)信號(hào)，綜合計(jì)算后輸出電機(jī)該如何運(yùn)動(dòng)的信號(hào)，再經(jīng)驅(qū)動(dòng)放大后控制直線電機(jī)運(yùn)動(dòng)，位置信號(hào)由光柵尺反饋給位置回路，位置信號(hào)、霍爾信號(hào)、輸出電流信號(hào)反饋給電機(jī)控制回路，計(jì)算機(jī)通過網(wǎng)線讀取位置信號(hào)，從而構(gòu)成一個(gè)反饋式閉環(huán)系統(tǒng)。
[0014]在一個(gè)實(shí)施例中，該測量系統(tǒng)還包括測量儀，與該至少一個(gè)傳感器相連，用于測量該至少一個(gè)傳感器的性能指標(biāo)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1A示出根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的測量裝置的主視圖；
[0016]圖1B示出根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的測量裝置的俯視圖；
[0017]圖2示出根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的測量系統(tǒng)的示意圖；
[0018]圖3示出根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的傳感器軟鐵芯的位移與測頭位移的關(guān)系；
[0019]圖4示出根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的微動(dòng)系統(tǒng)的控制流程方框圖；
[0020]圖5示出根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的微動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)用軟件界面；
[0021]圖6不出根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的模擬用于向傳感器輸入的一個(gè)正斜波信號(hào)；
[0022]圖7示出根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的傳感器測量儀讀出的波形圖；以及
[0023]圖8示出根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的傳感器測量儀讀出的模擬階躍信號(hào)。
【具體實(shí)施方式】
[0024]圖1A示出根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的測量裝置的主視圖。圖1B示出根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的測量裝置的俯視圖。下面結(jié)合圖1A和圖1B介紹測量裝置的總體裝配。
[0025]傳感器位置調(diào)節(jié)裝置101固定在測量平臺(tái)102上，微動(dòng)裝置103通過微動(dòng)裝置支架104也固定在測量平臺(tái)102上，傳感器105固定在傳感器固定支架106上。調(diào)節(jié)手輪107使傳感器105的測頭112相對(duì)于安裝在載物平臺(tái)108上的測臂組合到適當(dāng)位置并鎖定，調(diào)整測頭或調(diào)整內(nèi)徑測量測臂組合上測頭位置，使兩者保持接觸直至傳感器105的輸出值為零后鎖定。通過計(jì)算機(jī)設(shè)置運(yùn)動(dòng)方式，來控制微動(dòng)系統(tǒng)控制裝置，驅(qū)動(dòng)直線電機(jī)，使微動(dòng)系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)里的載物平臺(tái)108沿精密導(dǎo)軌111上下運(yùn)動(dòng)，位移方向109及位移大小由微動(dòng)系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)里的高精度光柵尺(分辨率約為0.1y )測量，位移量可從計(jì)算機(jī)屏幕讀出。由于內(nèi)徑測量測臂組合110固定在載物平臺(tái)108上，載物平臺(tái)108上下位移使內(nèi)徑測量測臂組合110 —起作上下位移，從而使傳感器的測臂上的測頭112也隨之一起上下位移，光柵尺測出的位移大小也就是傳感器測頭112上下位移量。
[0026]圖2示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的測量系統(tǒng)。其中，虛線框表示一種包含有上下兩個(gè)傳感器206的傳感器組件。第二固件202通過兩只螺絲固定在傳感器外殼上，第一固件201再通過兩只螺絲固定在第二固件202上，螺管型傳感器線圈固定在第一固件201的一端，第一固件201的另一端和彈性塊203的一端固定在一起，活動(dòng)件204的一端和測臂連接件205及彈性塊203另一端一起固定，而螺管型傳感器206中的活動(dòng)軟鐵芯則固定在活動(dòng)件204的另一端。測臂連接件205與測臂固定在一起。當(dāng)測頭207上下位移時(shí)，通過測臂、測臂連接件205使彈性塊203彎曲回轉(zhuǎn)，就像圖2中所示回轉(zhuǎn)支點(diǎn)D，活動(dòng)件沿支點(diǎn)D作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)活動(dòng)軟鐵芯也作上下微量位移，傳感器輸出值的大小正比于測頭位移大小。
[0027]圖3示出傳感器軟鐵芯的位移與測頭位移的關(guān)系。其中LI為活動(dòng)軟鐵芯至支點(diǎn)D的距離，L2為測臂 測頭至支點(diǎn)D的平行距離，hi為活動(dòng)軟鐵芯的位移距離，h2為測臂測 頭的位移距離。
[0028]微動(dòng)系統(tǒng)可以由硬件和軟件組成。硬件分為微動(dòng)系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)209和微動(dòng)系統(tǒng)控制箱208，微動(dòng)系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)209 (直線電機(jī)平臺(tái))含有直線電機(jī)動(dòng)子(例如，由美國Parker公司提供的210_2^從:-103-5-8、21007]\11州)、光柵尺(由英國renishaw公司提供的RGH22)、霍爾傳感器、精密滾珠導(dǎo)軌(由臺(tái)灣TBI公司提供的RGH15)、載物平臺(tái)、底板等；微動(dòng)系統(tǒng)控制箱208可包括運(yùn)動(dòng)控制器(由美國emotion公司提供的Emac-200)、直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)器(由美國gelentek公司提供的SMB9715)及控制繼電器、開關(guān)等。軟件包括例如由美國emotion公司提供的Pro-motion基本軟件和應(yīng)用軟件。
[0029]圖4示出根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的微動(dòng)系統(tǒng)的控制流程方框圖。計(jì)算機(jī)通過以太網(wǎng)線接入控制箱內(nèi)運(yùn)動(dòng)控制器，向控制器發(fā)出軌跡信號(hào)和控制方式，位置回路及電機(jī)控制回路根據(jù)光柵和霍爾的反饋信息及計(jì)算機(jī)信號(hào)，綜合計(jì)算后輸出電機(jī)該如何運(yùn)動(dòng)的信號(hào)，再經(jīng)驅(qū)動(dòng)放大后控制直線電機(jī)運(yùn)動(dòng)，位置信號(hào)由光柵反饋給位置回路，位置信號(hào)、霍爾信號(hào)、輸出電流信號(hào)反饋給電機(jī)控制回路，計(jì)算機(jī)通過網(wǎng)線讀取位置信號(hào)，從而構(gòu)成一個(gè)反饋式閉環(huán)系統(tǒng)。在一個(gè)實(shí)施例中，位置控制精度可達(dá)0.1~0.2μ。
[0030]圖5示出根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的微動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)用軟件界面。其中，加速度、速度、運(yùn)動(dòng)位置1、運(yùn)動(dòng)網(wǎng)站延時(shí)時(shí)間運(yùn)動(dòng)次數(shù)都可以修改，靜態(tài)測量需要的動(dòng)作和動(dòng)態(tài)測量需要的動(dòng)作基本都能進(jìn)行?？刂七\(yùn)行方式有:單步運(yùn)動(dòng)、往復(fù)運(yùn)動(dòng)、多步單向運(yùn)動(dòng)、運(yùn)動(dòng)停止、回原點(diǎn)、設(shè)置零點(diǎn)。狀態(tài)監(jiān)視有:指令位置、實(shí)際位置、跟隨位置、運(yùn)動(dòng)速度及一些表示狀態(tài)的指示燈。在開機(jī)聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)后，先按“回原點(diǎn)”鍵，微動(dòng)系統(tǒng)的活動(dòng)上下移動(dòng)，直至到原點(diǎn)(本機(jī)器中間設(shè)為原點(diǎn))，然后調(diào)整傳感器到適當(dāng)測量位置，就可以進(jìn)行的基本動(dòng)作有以下幾項(xiàng):
[0031]a.修改運(yùn)動(dòng)位置I參數(shù)(單位mm),如由0.000改為0.400mm,按單步運(yùn)動(dòng)鍵,則運(yùn)動(dòng)平臺(tái)向上位移0.4_。如參數(shù)改為-0.4mm,按單步運(yùn)動(dòng)鍵,則運(yùn)動(dòng)平臺(tái)向下位移0.4_。即參數(shù)正為向上，參數(shù)負(fù)為向下。這個(gè)單步運(yùn)動(dòng)可以很方便地在一定位移范圍內(nèi)調(diào)整傳感器靈敏度。
[0032]b.先修改運(yùn)動(dòng)位置I參數(shù)，再按單步運(yùn)動(dòng)鍵，使傳感器輸出值處于適當(dāng)測量范圍的起始值，再按設(shè)置零點(diǎn)鍵，將該點(diǎn)位置設(shè)置為零點(diǎn)。再修改運(yùn)動(dòng)位置I參數(shù)，如改為
0.01mm。延時(shí)時(shí)間(每步間停頓時(shí)間)為2000ms，運(yùn)動(dòng)次數(shù)為40，再按多步單向運(yùn)動(dòng)鍵，則運(yùn)動(dòng)平臺(tái)向上總位移0.40mm,每步位移0.01mm0這種方法可以模擬向傳感器輸入一個(gè)正斜波信號(hào)，如圖6所示。當(dāng)然也可以反向向下位移，可以測量傳感器線性范圍、全量程范圍、及其線性度和靈敏度、重復(fù)性、穩(wěn)定度、遲滯性。如果兩個(gè)傳感器同時(shí)測量，還可以測量兩個(gè)傳感器的靈敏度對(duì)稱一致性。
[0033]c.可以模擬磨床加工狀態(tài)，修改加速度參數(shù)，如為1000mm/S2，速度參數(shù)如為20mm/s，運(yùn)動(dòng)位置I設(shè)為0.1mm，運(yùn)動(dòng)位置2設(shè)為-0.3mm，延時(shí)時(shí)間為0.5s，運(yùn)動(dòng)次數(shù)10。按“往復(fù)運(yùn)動(dòng)”鍵，則運(yùn)動(dòng)平臺(tái)作上下運(yùn)動(dòng)(基本軟件已設(shè)為S曲線運(yùn)動(dòng)軌跡方式)，帶動(dòng)傳感器測臂作上下運(yùn)動(dòng)，相當(dāng)給傳感器外加一個(gè)峰峰值為0.4mm的正弦波信號(hào)，如圖7所示，可以觀察傳感器測量儀讀出的數(shù)值是否穩(wěn)定、正常。
[0034]d.當(dāng)傳感器處于某一適當(dāng)位置，并將其設(shè)為零點(diǎn)。修改加速度參數(shù)，速度參數(shù)。如加速度參數(shù)為2000mm/s2，速度為200mm/s,運(yùn)動(dòng)位置I為Imm,按“單步運(yùn)動(dòng)”鍵,則運(yùn)動(dòng)平臺(tái)向上快速位移1_，相當(dāng)于對(duì)傳感器外加一個(gè)幅度為Imm的模擬階躍信號(hào)，如圖8所示,觀察傳感器測量儀上讀數(shù)響應(yīng)速度、穩(wěn)定性和正確性。
[0035]本發(fā)明的有益效果是:
[0036]1.能通過計(jì)算機(jī)改變速度曲線、改變移動(dòng)范圍、改變運(yùn)行次數(shù)、改變移動(dòng)頻率來模擬傳感器在磨床上應(yīng)用的實(shí)際工作狀態(tài)，非常靈活，從而能通過測量儀觀察出:
[0037]a.突變直徑時(shí)傳感器響應(yīng)速度及穩(wěn)定性；
[0038]b.線性變直徑時(shí)傳感器響應(yīng)速度及穩(wěn)定性；
[0039]c.傳感器動(dòng)態(tài)測量重復(fù)性；
[0040]d.傳感器的零位漂移范圍；
[0041]e.單傳感器自身工作范圍內(nèi)的對(duì)稱性；
[0042]f.雙傳感器動(dòng)態(tài)時(shí)線性范圍、靈敏度對(duì)稱性；
[0043]g.能根據(jù)不同型號(hào)傳感器調(diào)整移動(dòng)范圍，全量程測量傳感器工作范圍內(nèi)動(dòng)態(tài)特性；
[0044]2.能覆蓋現(xiàn)有技術(shù)手動(dòng)測量方式，靜態(tài)測量傳感器線性范圍、線性度、靈敏度等，效率較高；
[0045]3.為今后新的自動(dòng)測量儀的應(yīng)用和數(shù)據(jù)快速處理夯實(shí)基礎(chǔ)。
[0046]4.提前剔除不合格傳感器，減少機(jī)床維修時(shí)間，降低維修成本。
[0047]5.為傳感器的維修提供測試數(shù)據(jù)的依據(jù)，快速判斷傳感器問題所在。
[0048]以上諸實(shí)施例僅供說明本發(fā)明之用，而非對(duì)本發(fā)明的限制，有關(guān)【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變換或變型，因此所有等同的技術(shù)方案也應(yīng)該屬于本發(fā)明的范疇之內(nèi)，應(yīng)由各權(quán)利要求限定，而納入權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種電感式傳感器性能指標(biāo)的測量系統(tǒng)，包括: 測量平臺(tái)； 傳感器組件，固定在傳感器固定支架上，該傳感器組件包括至少一個(gè)電感式傳感器、傳感器測臂、以及位于該傳感器測臂上的傳感器測頭； 傳感器位置調(diào)節(jié)裝置，固定在該測量平臺(tái)上，調(diào)整該傳感器測頭或調(diào)整內(nèi)徑測量測臂組合上的測頭位置，使兩者保持接觸直至該傳感器的輸出值為零后鎖定； 微動(dòng)系統(tǒng)，至少包括微動(dòng)系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，該微動(dòng)系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)通過微動(dòng)裝置支架固定在該測量平臺(tái)上，該微動(dòng)系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)至少包括內(nèi)徑測量測臂組合、載物平臺(tái)、導(dǎo)軌、光柵尺，其中該內(nèi)徑測量測臂組合固定在該載物平臺(tái)上，該載物平臺(tái)的位移使該內(nèi)徑測量測臂組合一起位移，從而使該傳感器測頭也隨之一起位移，該載物平臺(tái)的位移方向以及位移大小由該光柵尺測量。
2.如權(quán)利要求1所述的測量系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感器組件還包括第一固件、第二固件、彈性塊、活動(dòng)件、測臂連接件，其中該第二固件通過兩只螺絲固定在該傳感器組件的外殼上，該第一固件再通過兩只螺絲固定在該第二固件上，傳感器的線圈固定在該第一固件的一端，該第一固件的另一端和該彈性塊的一端固定在一起，該活動(dòng)件的一端和該測臂連接件及該彈性塊的另一端一起固定，傳感器中的活動(dòng)軟鐵芯固定在活動(dòng)件的另一端，測臂連接件與該傳感器測臂固定在一起。
3.如權(quán)利要求2所述的測量系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)該傳感器測頭上下位移時(shí)，通過該傳感器測臂、該測臂連接件使該彈性塊彎曲回轉(zhuǎn)，該彈性塊具有回轉(zhuǎn)支點(diǎn)，該活動(dòng)件沿該回轉(zhuǎn)支點(diǎn)作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)該活動(dòng)軟鐵芯作上下微量位移，使得該傳感器的輸出值的大小正比于該傳感器測頭位移大小。
4.如權(quán)利要求3所述的測量系統(tǒng)，其特征在于，該微動(dòng)系統(tǒng)還包括控制箱，該控制箱至少包括彼此電連接的微動(dòng)系統(tǒng)控制器、直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、控制繼電器和開關(guān)。
5.如權(quán)利要求4所述的測量系統(tǒng)，其特征在于，還包括: 計(jì)算機(jī)，通過以太網(wǎng)線與該微動(dòng)系統(tǒng)控制器連接，向該微動(dòng)系統(tǒng)控制器發(fā)出軌跡信號(hào)和控制方式，位置回路及電機(jī)控制回路根據(jù)光柵尺和霍爾傳感器的反饋信息及計(jì)算機(jī)信號(hào)，綜合計(jì)算后輸出電機(jī)該如何運(yùn)動(dòng)的信號(hào)，再經(jīng)驅(qū)動(dòng)放大后控制直線電機(jī)運(yùn)動(dòng)，位置信號(hào)由光柵尺反饋給位置回路，位置信號(hào)、霍爾信號(hào)、輸出電流信號(hào)反饋給電機(jī)控制回路，計(jì)算機(jī)通過網(wǎng)線讀取位置信號(hào)，從而構(gòu)成一個(gè)反饋式閉環(huán)系統(tǒng)。
6.如權(quán)利要求5所述的測量系統(tǒng)，其特征在于，還包括測量儀，與該至少一個(gè)傳感器相連，用于測量該至少一個(gè)傳感器的性能指標(biāo)。
【文檔編號(hào)】G01B7/00GK103727868SQ201210390918
【公開日】2014年4月16日 申請(qǐng)日期:2012年10月15日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月15日
【發(fā)明者】何伯川 申請(qǐng)人:上海大眾汽車有限公司