新型高精度高穩(wěn)度脈沖型光電軸徑測量系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種脈沖型光電軸徑測量系統(tǒng)，尤其涉及一種對(duì)待測軸表面沒有損傷，且不需要參考板勻速運(yùn)動(dòng)的高精度高穩(wěn)定性脈沖型光電軸徑測量系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]軸類零件是五金配件中經(jīng)常遇到的典型零件之一，它們在機(jī)器中用來支承齒輪、帶輪等傳動(dòng)零件，以傳遞轉(zhuǎn)矩和承受載荷。由于軸類零件被使用的廣泛性和普遍性，在軸徑測量時(shí)對(duì)它們的尺寸精度有著極高要求，它們的質(zhì)量會(huì)直接影響到產(chǎn)品的安全系數(shù)和使用壽命O
[0003]目前，工業(yè)界有很多種用于軸徑測量的方法，其中以人工測量、機(jī)械測量和光學(xué)非接觸測量為主。人工測量的精度較差，誤差較大，檢測的數(shù)據(jù)易受到人的身體狀況、工作環(huán)境、掌握的技能所影響。且因?yàn)楣ぷ髁刻?，無法對(duì)每個(gè)零件的軸徑進(jìn)行測量，所以無法滿足大規(guī)模企業(yè)零件加工的要求。機(jī)械測量通過接觸傳感器結(jié)合運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)接觸待測軸類部件，經(jīng)過一系列運(yùn)算反饋待檢測項(xiàng)目軸徑。但這種方法需要用剛性探測頭接觸被測物，容易對(duì)被測物表面造成劃傷，并且結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本較高。
[0004]由于光學(xué)非接觸式測量具有速度快、精度高對(duì)被測物無損害等優(yōu)點(diǎn)，近年來已經(jīng)被較多運(yùn)用到軸徑測量領(lǐng)域。基于非接觸光電檢測的脈沖型軸徑測量系統(tǒng)將帶測量轉(zhuǎn)換為參考板運(yùn)動(dòng)速度、脈沖持續(xù)時(shí)間等參量，對(duì)光源、探測器等器件及光路的要求比其他光強(qiáng)型檢測系統(tǒng)要低，但是它要求參考板勻速直線運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)起來較為困難，因此在精度上有所受限，極不穩(wěn)定。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種脈沖型光電軸徑測量儀器，它能將待測物理量直接轉(zhuǎn)換為光柵周期、脈沖個(gè)數(shù)等參量，從而不需要參考板勻速直線運(yùn)動(dòng)，也不需要接觸待測物體，就能快速、高精度地測量出軸徑。
[0006]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的:一種脈沖型光電軸徑測量系統(tǒng)，包括擴(kuò)束凸透鏡，所述擴(kuò)束凸透鏡前側(cè)焦點(diǎn)處具有光源，后側(cè)依次設(shè)有平行的前參考板和后參考板；所述前參考板的上半部分透光，下半部分刻有第一計(jì)數(shù)光柵；所述后參考板上半部分不透光，并在靠近頂端的位置開有一通光孔，下半部分刻有第二計(jì)數(shù)光柵；所述第一計(jì)數(shù)光柵和第二計(jì)數(shù)光柵結(jié)構(gòu)相同，占空比均為；后參考板的上半部分后側(cè)設(shè)有第一會(huì)聚凸透鏡，在第一會(huì)聚凸透鏡的后側(cè)焦點(diǎn)處設(shè)有第一光電探測器，第一光電探測器的兩端接入第一光電輸入電路，第一光電輸入電路的輸出端與第一與非邏輯門相連；后參考板的下半部分后側(cè)設(shè)有第二會(huì)聚凸透鏡，在第二會(huì)聚凸透鏡的后側(cè)焦點(diǎn)處設(shè)有第二光電探測器，第二光電探測器的兩端接入第二光電輸入電路，第二光電輸入電路的輸出端和第一與非邏輯門的輸出端均接入第二與非邏輯門，第二與非邏輯門的輸出端連接計(jì)數(shù)運(yùn)算器；所述第一光電輸入電路和第二光電輸入電路均由依次串聯(lián)的運(yùn)算放大器和電壓比較器組成；
[0007]待測樣品置于前參考板和后參考板之間的上半空間的通光孔以下的位置，前參考板和待測樣品固定不動(dòng)，當(dāng)沿測長方向移動(dòng)后參考板時(shí)，使得通光孔被由透光狀態(tài)進(jìn)入被待測樣品遮擋區(qū)域，并再次進(jìn)入透光區(qū)域，第一光電輸入電路將依次輸出高電平-低電平-高電平；同時(shí)，當(dāng)?shù)谝挥?jì)數(shù)光柵和第二計(jì)數(shù)光柵通路相重合時(shí)，光能夠通過后參考板的下半部，第二光電輸入電路輸出高電平，當(dāng)?shù)谝挥?jì)數(shù)光柵和第二計(jì)數(shù)光柵錯(cuò)位時(shí)，第二光電輸入電路輸出低電平，如此交錯(cuò)第二光電輸入電路將輸出一系列脈沖；第一光電輸入電路的輸出信號(hào)取“與非”后與第二光電輸入電路的輸出信號(hào)相“與非”，傳入計(jì)數(shù)運(yùn)算器，上升沿觸發(fā)計(jì)數(shù)運(yùn)算器加一，從而得到脈沖的個(gè)數(shù)N ;光柵常數(shù)為d，則可求得待測樣品I的軸徑L 為:L = NXcL
[0008]本發(fā)明的有益效果如下:
[0009]1、高精度、高穩(wěn)度:由于不需要要求參考板勻速運(yùn)動(dòng)，大大提高測量精度和穩(wěn)定性，基本滿足超精密加工過程中的軸徑檢測精度需求。
[0010]2、實(shí)時(shí)測量:由于參考板運(yùn)動(dòng)速度較快，探測器具有較短的反應(yīng)時(shí)間，且測量中無需機(jī)械掃描，可以達(dá)到很快的測量速度，能為加工流程節(jié)省很多時(shí)間。
[0011]3、造價(jià)低廉:裝置簡單，不需要大規(guī)模機(jī)械檢測平臺(tái)，節(jié)省成本。
[0012]4、對(duì)樣品無損傷:非接觸的光學(xué)測量方法對(duì)樣品做到了很好的保護(hù)。
【附圖說明】
[0013]圖1新型脈沖型光電軸徑測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖；
[0014]圖2新型脈沖型光電軸徑測量系統(tǒng)工作原理的波形圖；
[0015]圖中，待測樣品1、通光孔2、第一會(huì)聚凸透鏡3、第一光電探測器4、第一光電輸入電路5、第一與非邏輯門6、第二與非邏輯門7、計(jì)數(shù)運(yùn)算器8、第二光電輸入電路9、第二光電探測器10、第一會(huì)聚凸透鏡11、后參考板12、第一計(jì)數(shù)光柵13、前參考板14、擴(kuò)束凸透鏡15、光源16、第二計(jì)數(shù)光柵17。
【具體實(shí)施方式】
[0016]如圖1所示，本發(fā)明脈沖型光電軸徑測量系統(tǒng)，包括擴(kuò)束凸透鏡15，所述擴(kuò)束凸透鏡15前側(cè)焦點(diǎn)處具有光源16，后側(cè)依次設(shè)有平行的前參考板14和后參考板12 ;所述前參考板14的上半部分透光，下半部分刻有第一計(jì)數(shù)光柵13 ;所述后參考板12上半部分不透光，并在靠近頂端的位置開有一通光孔2，下半部分刻有第二計(jì)數(shù)光柵17 ;所述第一計(jì)數(shù)光柵13和第二計(jì)數(shù)光柵17結(jié)構(gòu)相同，占空比均為I ;后參考板12的上半部分后側(cè)設(shè)有第一會(huì)聚凸透鏡3，在第一會(huì)聚凸透鏡3的后側(cè)焦點(diǎn)處設(shè)有第一光電探測器4，第一光電探測器4的兩端接入第一光電輸入電路5，第一光電輸入電路5的輸出端與第一與非邏輯門6相連；后參考板12的下半部分后側(cè)設(shè)有第二會(huì)聚凸透鏡11，在第二會(huì)聚凸透鏡11的后側(cè)焦點(diǎn)處設(shè)有第二光電探測器10，第二光電探測器10的兩端接入第二光電輸入電路9，第二光電輸入電路9的輸出端和第一與非邏輯門6的輸出端均接入第二與非邏輯門7，第二與非邏輯門7的輸出端連接計(jì)數(shù)運(yùn)算器8。所述第一光電輸入電路5和第二光電輸入電路9均由依次串聯(lián)的運(yùn)算放大器和電壓比較器組成。所述運(yùn)算放大器可采用ICL7650;所述電壓比較器可采用LM339。
[0017]本發(fā)明脈沖型光電軸徑測量系統(tǒng)的工作過程如下:
[0018]首先光源16位于擴(kuò)束凸透鏡15的焦點(diǎn)處以產(chǎn)生平行光，然后將待測樣品I置于前參考板14和后參考板12之間的上半空間的通光孔2以下的位置，保持待測軸徑方向與參考板平行并處于光線主平面內(nèi)。平行光入射時(shí)，前參考板14和待測樣品I固定不動(dòng)，后參考板12可沿測長方向(如附圖1為上下)移動(dòng)，光透過前參考板14的上半部分，當(dāng)通光孔2在透光范圍時(shí)，光通過通光孔2并經(jīng)第一會(huì)聚凸透鏡3聚焦到第一光電探測器4，此時(shí)第一光電輸入電路5輸出高電平；當(dāng)沿測長方向移動(dòng)后參考板12，使得通光孔2被待測樣品I遮擋時(shí)，第一光電探測器4無法接收到光信號(hào)，第一光電輸入電路5輸出低電平。同時(shí)，當(dāng)?shù)谝挥?jì)數(shù)光柵13和第二計(jì)數(shù)光柵17通路相重合時(shí)，光能夠通過后參考板12的下半部，經(jīng)過第二會(huì)聚凸透鏡11匯聚到第二光電探測器10，第二光電輸入電路9輸出高電平，當(dāng)?shù)谝挥?jì)數(shù)光柵13和第二計(jì)數(shù)光柵17錯(cuò)位時(shí)，第二光電輸入電路9輸出低電平。
[0019]如圖2所不，當(dāng)移動(dòng)后參考板12時(shí)，第二光電輸入電路9輸出一系列脈沖，第一光電輸入電路5的輸出信號(hào)取“與非”后與第二光電輸入電路9的輸出信號(hào)相“與非”，傳入計(jì)數(shù)運(yùn)算器8，上升沿觸發(fā)計(jì)數(shù)運(yùn)算器8加一，從而得到脈沖的個(gè)數(shù)N。光柵常數(shù)為d，則可求得待測樣品I的軸徑L為:L = NX d。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種脈沖型光電軸徑測量系統(tǒng)，其特征在于，包括擴(kuò)束凸透鏡(15)，所述擴(kuò)束凸透鏡(15)前側(cè)焦點(diǎn)處具有光源(16)，后側(cè)依次設(shè)有平行的前參考板(14)和后參考板(12)；所述前參考板(14)的上半部分透光，下半部分刻有第一計(jì)數(shù)光柵(13);所述后參考板(12)上半部分不透光，并在靠近頂端的位置開有一通光孔(2)，下半部分刻有第二計(jì)數(shù)光柵(17);所述第一計(jì)數(shù)光柵(13)和第二計(jì)數(shù)光柵(17)結(jié)構(gòu)相同，占空比均為⑴；后參考板(12)的上半部分后側(cè)設(shè)有第一會(huì)聚凸透鏡(3)，在第一會(huì)聚凸透鏡(3)的后側(cè)焦點(diǎn)處設(shè)有第一光電探測器(4)，第一光電探測器(4)的兩端接入第一光電輸入電路(5)，第一光電輸入電路(5)的輸出端與第一與非邏輯門(6)相連；后參考板(12)的下半部分后側(cè)設(shè)有第二會(huì)聚凸透鏡(11)，在第二會(huì)聚凸透鏡(11)的后側(cè)焦點(diǎn)處設(shè)有第二光電探測器(10)，第二光電探測器(10)的兩端接入第二光電輸入電路(9)，第二光電輸入電路(9)的輸出端和第一與非邏輯門(6)的輸出端均接入第二與非邏輯門(7)，第二與非邏輯門(7)的輸出端連接計(jì)數(shù)運(yùn)算器⑶；所述第一光電輸入電路(5)和第二光電輸入電路(9)均由依次串聯(lián)的運(yùn)算放大器和電壓比較器組成； 待測樣品⑴置于前參考板(14)和后參考板(12)之間的上半空間的通光孔(2)以下的位置，前參考板(14)和待測樣品(I)固定不動(dòng)，當(dāng)沿測長方向移動(dòng)后參考板(12)時(shí)，使得通光孔(2)被由透光狀態(tài)進(jìn)入被待測樣品(I)遮擋區(qū)域，并再次進(jìn)入透光區(qū)域，第一光電輸入電路(5)將依次輸出高電平-低電平-高電平；同時(shí)，當(dāng)?shù)谝挥?jì)數(shù)光柵(13)和第二計(jì)數(shù)光柵(17)通路相重合時(shí)，光能夠通過后參考板(12)的下半部，第二光電輸入電路(9)輸出高電平，當(dāng)?shù)谝挥?jì)數(shù)光柵(13)和第二計(jì)數(shù)光柵(17)錯(cuò)位時(shí)，第二光電輸入電路(9)輸出低電平，如此交錯(cuò)第二光電輸入電路(9)將輸出一系列脈沖；第一光電輸入電路(5)的輸出信號(hào)取“與非”后與第二光電輸入電路(9)的輸出信號(hào)相“與非”，傳入計(jì)數(shù)運(yùn)算器(8)，上升沿觸發(fā)計(jì)數(shù)運(yùn)算器(8)加一，從而得到脈沖的個(gè)數(shù)N;光柵常數(shù)為d，則可求得待測樣品(I)的軸徑L為:L = NXdo
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種新型高精度高穩(wěn)度脈沖型光電軸徑測量系統(tǒng)，包括擴(kuò)束凸透鏡，擴(kuò)束凸透鏡前側(cè)焦點(diǎn)處具有光源，后側(cè)依次設(shè)有平行的前參考板和后參考板；前參考板的上半部分透光，下半部分刻有第一計(jì)數(shù)光柵；后參考板上半部分不透光，并在靠近頂端的位置開有一通光孔，下半部分刻有第二計(jì)數(shù)光柵；后參考板的上半部分后側(cè)設(shè)有第一會(huì)聚凸透鏡，在第一會(huì)聚凸透鏡的后側(cè)焦點(diǎn)處設(shè)有第一光電探測器，后參考板的下半部分后側(cè)設(shè)有第二會(huì)聚凸透鏡，在第二會(huì)聚凸透鏡的后側(cè)焦點(diǎn)處設(shè)有第二光電探測器；本發(fā)明不需要要求參考板勻速運(yùn)動(dòng)，大大提高測量精度和穩(wěn)定性，基本滿足超精密加工過程中的軸徑檢測精度需求。
【IPC分類】G01B11-08
【公開號(hào)】CN104776806
【申請?zhí)枴緾N201510160227
【發(fā)明人】汪凱巍, 張鵬, 徐晨, 陸婷
【申請人】浙江大學(xué)
【公開日】2015年7月15日
【申請日】2015年4月7日