小孔測(cè)量中傳感器的自動(dòng)對(duì)中系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種小孔測(cè)量中傳感器的自動(dòng)對(duì)中系統(tǒng)，包括一個(gè)底座，所述的底座上面設(shè)有一個(gè)支撐座，在所述的支撐座的上面設(shè)有一個(gè)能在三維坐標(biāo)X,Y方向上來(lái)回滑動(dòng)的工作臺(tái)；所述的工作臺(tái)的中心位置設(shè)有一個(gè)電容探針，在工作臺(tái)的X、Y方向各固定兩個(gè)相互對(duì)稱的支桿，在相互對(duì)稱的支桿上面，其中一個(gè)支桿設(shè)有激光發(fā)射裝置，另一個(gè)支桿上面設(shè)有激光接收裝置；在工作臺(tái)的一側(cè)三維坐標(biāo)Z向設(shè)有一個(gè)Z向步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的絲杠III，在所述的絲杠III的螺母上連接一個(gè)滑臺(tái)，所述的滑臺(tái)連接一個(gè)用于支撐工件的光桿；所述的電容探針用于測(cè)量工件上的孔徑，且所述的電容探針與信號(hào)處理裝置相連。該系統(tǒng)具有很高的測(cè)量精度，響應(yīng)快速。
【專利說(shuō)明】小孔測(cè)量中傳感器的自動(dòng)對(duì)中系統(tǒng)
[0001]
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明具體公開(kāi)了一種小孔直徑測(cè)量中傳感器探針與被測(cè)孔的中心線的自動(dòng)對(duì)中系統(tǒng)?！颈尘凹夹g(shù)】
[0003]接觸測(cè)量和非接觸測(cè)量的研究日趨成熟。對(duì)于直徑小于幾個(gè)毫米以下的小孔內(nèi)徑的測(cè)量，特別是要測(cè)量出小孔的中心軸線，目前還沒(méi)有十分完美的測(cè)量手段和方法。對(duì)于這種小孔徑的測(cè)量，英國(guó)早在80年代曾經(jīng)生產(chǎn)過(guò)一種小孔測(cè)量?jī)x，這種測(cè)量?jī)x用微小的玻璃球作為探針，接觸測(cè)量小孔的直徑。但是由于控制操作比較麻煩，尤其是前端的探針很容易損壞，不適合高精度的測(cè)量，所以這種儀器很快就被淘汰了。在我國(guó)的電容傳感器技術(shù)的發(fā)展過(guò)程中，天津大學(xué)精密測(cè)試技術(shù)及儀器國(guó)家重點(diǎn)試驗(yàn)室里的很多老師對(duì)不同的電容傳感器都有獨(dú)到的研究，他們合作制作了許多基于電容作傳感器的測(cè)量?jī)x器，應(yīng)用在現(xiàn)代生產(chǎn)中。國(guó)內(nèi)的許多高校、廠家以及科研單位從事傳感器的研制和開(kāi)發(fā)，跟隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展的水平。電容傳感器存在許多的優(yōu)點(diǎn)，其中包括靈敏度高、精度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等典型的優(yōu)點(diǎn)，就是這些在測(cè)量方面的優(yōu)點(diǎn)，在很早的時(shí)候其就被利用來(lái)測(cè)量位移、內(nèi)徑、厚度、溫度、振動(dòng)等。但是由于當(dāng)時(shí)的制造水平和電容傳感器本身存在一些缺陷，科學(xué)技術(shù)發(fā)展不夠成熟，它在測(cè)量領(lǐng)域的應(yīng)用受到了很大限制。最近幾十年來(lái)，隨著電子科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，制造水平的提高。電容傳感器開(kāi)始凸現(xiàn)其優(yōu)越性，微型元件的出現(xiàn)，使得電子線路能夠盡可能的靠近傳感器，這就為利用傳感器實(shí)現(xiàn)測(cè)量帶來(lái)了可能，進(jìn)一步提高了精度和測(cè)量的靈敏度。
[0004]小孔測(cè)量中傳感器探針的自動(dòng)對(duì)中技術(shù)，在國(guó)外甚受重視，許多廠家都研制了各種各有特色的自動(dòng)對(duì)中裝置，其中有一些已在生產(chǎn)中應(yīng)用。目前在自動(dòng)對(duì)中系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì)中，以德國(guó)的產(chǎn)品最為成熟，激光對(duì)中儀的到來(lái)使得設(shè)備的維護(hù)人員可以更方便、更快、更精確的對(duì)機(jī)器實(shí)現(xiàn)更好的對(duì)中，實(shí)現(xiàn)了安裝簡(jiǎn)單，偏差自動(dòng)顯示，而且還可以自動(dòng)的計(jì)算軸的移動(dòng)角度和移動(dòng)量。由于自動(dòng)對(duì)中系統(tǒng)設(shè)計(jì)精確度的要求較高,而主要的生產(chǎn)設(shè)備主要來(lái)自國(guó)外，像德國(guó)、日本、美國(guó)等，所以這類設(shè)備的購(gòu)買價(jià)格較高，而我國(guó)在這方面的研究起步相對(duì)較晚，技術(shù)相對(duì)落后，在在自主化生產(chǎn)過(guò)程中在傳感器的自動(dòng)對(duì)中系統(tǒng)的應(yīng)用中要受到國(guó)外高額設(shè)備的限制。
[0005]我國(guó)90年代初開(kāi)始高價(jià)從國(guó)外購(gòu)進(jìn)激光對(duì)中儀來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì)中和進(jìn)行自動(dòng)對(duì)中系統(tǒng)的研究和設(shè)計(jì)，激光對(duì)中儀是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì)中的快速方法，它被利用在多個(gè)領(lǐng)域，而在小孔測(cè)量中傳感器的自動(dòng)對(duì)中系統(tǒng)中也得到很好的應(yīng)用。國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和其它行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步迫切要求信息化在工業(yè)方面得到廣泛的應(yīng)用，特別是需要新技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，因此工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)得以很快發(fā)展，利用工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，提高自動(dòng)化、智能化、信息化水平，增強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)能力，是一項(xiàng)非常迫切的任務(wù)。隨著工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的迅速發(fā)展，自動(dòng)化控制系統(tǒng)的水平在不斷提高。從單機(jī)控制發(fā)展到分布式控制系統(tǒng)(DCS),隨著可編程控制器(PLC)性能不斷完善，在DCS中得到了廣泛的應(yīng)用。
[0006]在發(fā)動(dòng)機(jī)的現(xiàn)代化生產(chǎn)過(guò)程中，能否快速準(zhǔn)確的確定小孔中心軸線的位置，已成為企業(yè)實(shí)現(xiàn)有效的生產(chǎn)競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵技術(shù)，它不但會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，更能直接的影響發(fā)動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)效率，影響企業(yè)的生產(chǎn)力。近幾十年來(lái)，隨著制造業(yè)的發(fā)展，機(jī)械加工的精度越來(lái)越高，已達(dá)到了微米量級(jí)，尤其在精密和超精密加工領(lǐng)域。
[0007]如果小孔裝置對(duì)中不良，會(huì)造成聯(lián)軸節(jié)摩擦增大、軸承過(guò)早損壞、轉(zhuǎn)軸發(fā)生往復(fù)移動(dòng)等一系列的問(wèn)題，從而提高機(jī)器的運(yùn)行成本，大大縮短機(jī)器的使用壽命，降低機(jī)器的能源利用效率。除此之外，對(duì)中不良會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)軸的密封性產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，而更換密封器件的費(fèi)用有的時(shí)候時(shí)可以達(dá)到購(gòu)買機(jī)器價(jià)格的20%。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為了解決孔類裝置對(duì)中不良對(duì)中粗度大產(chǎn)生的對(duì)聯(lián)軸節(jié)轉(zhuǎn)軸、軸承造成的不利影響，降低機(jī)器的運(yùn)行的成本，降低維護(hù)的成本，延長(zhǎng)機(jī)器的使用的壽命，提高機(jī)器的能源的利用效率，本發(fā)明提供了一種小孔測(cè)量中傳感器的自動(dòng)對(duì)中系統(tǒng)。
[0009]本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
小孔測(cè)量中傳感器的自動(dòng)對(duì)中系統(tǒng)，包括一個(gè)底座，所述的底座上面設(shè)有一個(gè)支撐座，在所述的支撐座的上面設(shè)有一個(gè)能在三維坐標(biāo)X，Y方向上來(lái)回滑動(dòng)的工作臺(tái)；所述的工作臺(tái)的中心位置設(shè)有一個(gè)電容探針，在工作臺(tái)的X、Y方向各固定兩個(gè)相互對(duì)稱的支桿，且相對(duì)稱的支桿的中心線與電容探針的中心線在一條直線上，在相互對(duì)稱的支桿上面，其中一個(gè)支桿設(shè)有激光發(fā)射裝置，另一個(gè)支桿上面設(shè)有激光接收裝置(即光纖傳感器)；在工作臺(tái)的一側(cè)三維坐標(biāo)Z向設(shè)有一個(gè)Z向步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的絲杠III，在所述的絲杠III的螺母上連接一個(gè)滑臺(tái)，所述的滑臺(tái)連接一個(gè)用于支撐工件的光桿；所述的電容探針用于測(cè)量工件上的孔徑，且所述的電容探針與信號(hào)處理裝置相連。
[0010]所述的工作臺(tái)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括X向步進(jìn)電機(jī)和Y向步進(jìn)電機(jī)，所述的X向步進(jìn)電機(jī)的輸出端連接齒輪傳動(dòng)減速系統(tǒng)I，齒輪減速系統(tǒng)I的輸出端帶動(dòng)絲杠I轉(zhuǎn)動(dòng)，絲杠I上的螺母I帶動(dòng)安裝于其上的支架系統(tǒng)一起在X向左右移動(dòng)，在所述的支架系統(tǒng)上設(shè)有能沿其前后運(yùn)動(dòng)的工作臺(tái)；所述的Y向步進(jìn)電機(jī)輸出端連接齒輪傳動(dòng)減速系統(tǒng)II，齒輪減速系統(tǒng)II的輸出端帶動(dòng)絲杠II轉(zhuǎn)動(dòng)，絲杠II上的螺母II帶動(dòng)安裝于其上的工作臺(tái)一起在Y向前后移動(dòng)。
[0011]所述的Z向步進(jìn)電機(jī)的輸出端連接齒輪傳動(dòng)減速系統(tǒng)III，齒輪減速系統(tǒng)III的輸出端帶動(dòng)絲杠III轉(zhuǎn)動(dòng)，絲杠III上的螺母III帶動(dòng)與其連接的滑臺(tái)在Z方向運(yùn)動(dòng)，所述的滑臺(tái)設(shè)于一個(gè)與絲杠III平行的導(dǎo)桿上，且滑臺(tái)能沿著導(dǎo)桿來(lái)回滑動(dòng)。
[0012]所述的激光發(fā)射裝置為發(fā)射光纖，激光接收裝置為接收光纖，且接收光纖為2個(gè)；且兩個(gè)接收光纖相對(duì)于電容探針的中心線對(duì)稱排列。當(dāng)激光通過(guò)電容探針后，若兩個(gè)光纖傳感器接收的光強(qiáng)一樣，說(shuō)明電容探針在該方向上是居中的。若光纖接收的光強(qiáng)不一致，那么說(shuō)明電容探針與孔中心線不一致，啟動(dòng)X或Y向電機(jī)帶動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)，直到光纖傳感器的光強(qiáng)一致。
[0013]所述的電容探針與被測(cè)小孔之間形成的電容、標(biāo)準(zhǔn)電容與放大器相連，分別作為放大器的反饋電容和輸入電容；所述的放大器與振蕩器相連，振蕩器為其提供標(biāo)準(zhǔn)的振蕩信號(hào)；放大器的輸出端與精密整流電路相連，所述的精密整流電路與濾波器相連，所述的濾波器結(jié)合穩(wěn)壓電源、調(diào)零電路與數(shù)字表頭或計(jì)算機(jī)相連，計(jì)算機(jī)對(duì)測(cè)量的信號(hào)進(jìn)行處理。
[0014]所述的X向步進(jìn)電機(jī)、Y向步進(jìn)電機(jī)和Z向步進(jìn)電機(jī)由驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)，且分別各自與一個(gè)光柵編碼器相連，所述的光柵編碼器將采集的信號(hào)發(fā)送給運(yùn)動(dòng)控制卡，所述的運(yùn)動(dòng)控制卡控制驅(qū)動(dòng)器。
[0015]所述的Z軸光柵編碼器選用L325型光柵尺，標(biāo)尺長(zhǎng)度325〃--,測(cè)量長(zhǎng)度320遞? ；X>Y軸的光柵編碼器選用L30型光柵尺，標(biāo)尺長(zhǎng)度30〃?，測(cè)量長(zhǎng)度25〃?，選用M1550S-40型讀數(shù)頭，電路進(jìn)行20細(xì)分。
[0016]在發(fā)明所測(cè)的小孔直徑為l_7mm。
[0017]本發(fā)明的工作過(guò)程如下:
激光光纖測(cè)量裝置安裝在二維工作臺(tái)上，事先將其與孔的中心線調(diào)整為一致。測(cè)量孔徑之前，先用激光光纖測(cè)量裝置對(duì)電容探針對(duì)中，若發(fā)現(xiàn)不對(duì)中，則啟動(dòng)XY向電機(jī)動(dòng)作，帶動(dòng)二維工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)，使其上的小孔運(yùn)動(dòng)，達(dá)到對(duì)中。探針與孔的中心線對(duì)中后，再啟動(dòng)Z向電機(jī)向下帶動(dòng)探針進(jìn)行孔徑測(cè)量，測(cè)得的電容通過(guò)信號(hào)處理裝置進(jìn)行處理。
[0018]本發(fā)明的有益效果是:
新型電容式小孔測(cè)量傳感器依據(jù)非接觸式測(cè)量原理，測(cè)量時(shí)對(duì)傳感器無(wú)測(cè)量力的影響；采用等位環(huán)消除了電容傳感器的邊緣效應(yīng)，采用驅(qū)動(dòng)電纜技術(shù)減弱了雜散電容的影響，利用二維微調(diào)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)傳感器與被測(cè)孔的精密同軸定位，在計(jì)算機(jī)的控制下，電容探針深入小孔內(nèi)部進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量，因此，電容式非接觸小孔測(cè)量系統(tǒng)具有很高的測(cè)量精度，響應(yīng)快速，該系統(tǒng)有效解決了現(xiàn)有小深孔各截面內(nèi)徑尺寸測(cè)量的難題。 【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1本發(fā)明的主視圖；
圖2本發(fā)明的俯視圖；
圖3本發(fā)明的俯視圖；
圖4圖1中I部分的結(jié)構(gòu)放大圖；
圖5電容探針部分的信號(hào)處理圖；
圖6測(cè)量系統(tǒng)控制組成框圖；
圖中:1 X向步進(jìn)電機(jī)，2絲杠I，3支桿，4電容探針，5絲杠III，6光桿，7導(dǎo)桿，8絲杠II，9滑臺(tái)，10 Z向步進(jìn)電機(jī)，11支撐座，12底座，13支座，14工作臺(tái)，15 Y向步進(jìn)電機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明:
如圖1-圖6所示，小孔測(cè)量中傳感器的自動(dòng)對(duì)中系統(tǒng)，包括一個(gè)底座12，所述的底座12上面設(shè)有一個(gè)支撐座11，在所述的支撐座11的上面設(shè)有一個(gè)能在X，Y方向上來(lái)回滑動(dòng)的工作臺(tái)14 ;所述的工作臺(tái)14的中心位置設(shè)有一個(gè)電容探針4，在工作臺(tái)14的X、Y方向各固定兩個(gè)相互對(duì)稱的支桿3，且相對(duì)稱的支桿3的中心線與電容探針4的中心線在一條直線上，在相互對(duì)稱的支桿3上面，其中一個(gè)支桿3設(shè)有激光發(fā)射裝置，另一個(gè)支桿上面設(shè)有光纖傳感器作為激光接收裝置；在工作臺(tái)14的一側(cè)設(shè)有一個(gè)Z向步進(jìn)電機(jī)10驅(qū)動(dòng)的絲杠1115，在所述的絲杠III5的螺母上連接一個(gè)滑臺(tái)9，所述的滑臺(tái)9連接一個(gè)用于支撐工件的光桿6 ;所述的電容探針4用于測(cè)量工件上的孔徑，電容探針4通過(guò)支座13固定在工作臺(tái)14。
[0021]工作臺(tái)14的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括X向步進(jìn)電機(jī)I和Y向步進(jìn)電機(jī)15，所述的X向步進(jìn)電機(jī)I的輸出端連接齒輪傳動(dòng)減速系統(tǒng)I，齒輪減速系統(tǒng)I的輸出端帶動(dòng)絲杠12轉(zhuǎn)動(dòng)，絲杠12上的螺母I帶動(dòng)安裝于其上的支架系統(tǒng)一起在X向左右移動(dòng)，在所述的支架系統(tǒng)上設(shè)有能沿其前后運(yùn)動(dòng)的工作臺(tái)；所述的Y向步進(jìn)電機(jī)15輸出端連接齒輪傳動(dòng)減速系統(tǒng)II，齒輪減速系統(tǒng)II的輸出端帶動(dòng)絲杠118轉(zhuǎn)動(dòng)，絲杠118上的螺母II帶動(dòng)安裝于其上的工作臺(tái)一起在Y向前后移動(dòng)。
[0022]所述的Z向步進(jìn)電機(jī)10的輸出端連接齒輪傳動(dòng)減速系統(tǒng)III，齒輪減速系統(tǒng)III的輸出端帶動(dòng)絲杠III5轉(zhuǎn)動(dòng)，絲杠III5上的螺母III帶動(dòng)與其連接的滑臺(tái)9在Z方向運(yùn)動(dòng)，所述的滑臺(tái)設(shè)于一個(gè)與絲杠III5平行的導(dǎo)桿上，且滑臺(tái)能沿著導(dǎo)桿7來(lái)回滑動(dòng)。
[0023]所述的激光發(fā)射裝置為發(fā)射光纖，激光接收裝置為接收光纖，且接收光纖為2個(gè)；且兩個(gè)接收光纖相對(duì)于電容探針的中心線對(duì)稱排列。當(dāng)激光通過(guò)電容探針后，若兩個(gè)光纖傳感器接收的光強(qiáng)一樣，說(shuō)明電容探針在該方向上是居中的。若光纖接收的光強(qiáng)不一致，那么說(shuō)明電容探針與孔中心線不一致，啟動(dòng)X或Y向電機(jī)帶動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)，直到光纖傳感器的光強(qiáng)一致。
[0024]所述的電容探針與被測(cè)小孔之間形成的電容、標(biāo)準(zhǔn)電容與放大器相連，分別作為放大器的反饋電容和輸入電容；所述的放大器與振蕩器相連，振蕩器為其提供標(biāo)準(zhǔn)的振蕩信號(hào)；放大器的輸出端與精密整流電路相連，所述的精密整流電路與濾波器相連，所述的濾波器結(jié)合穩(wěn)壓電源、調(diào)零電路與數(shù)字表頭或計(jì)算機(jī)相連，計(jì)算機(jī)對(duì)測(cè)量的信號(hào)進(jìn)行處理。
[0025]由于電容傳感器的探針需要深入到小孔的不同深度進(jìn)行探測(cè)，同時(shí)，電容傳感器需要進(jìn)行測(cè)量前的精密對(duì)中調(diào)整，因此，測(cè)量系統(tǒng)需要X、Y、Z三個(gè)方向的精密運(yùn)動(dòng)控制。其中，X、Y方向的運(yùn)動(dòng)由二維微動(dòng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)，Z方向的運(yùn)動(dòng)由Z向步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng),運(yùn)動(dòng)控制模塊包括步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器、步進(jìn)電機(jī)控制卡、脈沖信號(hào)發(fā)生器和光柵編碼器，其中脈沖信號(hào)發(fā)生器用于手動(dòng)控制步進(jìn)電機(jī)，計(jì)算機(jī)+運(yùn)動(dòng)控制卡用于自動(dòng)控制步進(jìn)電機(jī)。
[0026]在二維導(dǎo)軌兩個(gè)軸向分別配有28BYG步進(jìn)電機(jī)，通過(guò)基于PCI總線技術(shù)的PC1-1240型4軸控制卡進(jìn)行精確運(yùn)動(dòng)控制，步進(jìn)距離僅為3~5〃?，步進(jìn)電機(jī)控制Χ、Υ軸運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)電容式測(cè)孔傳感器測(cè)頭與被測(cè)工件的精密對(duì)中，步進(jìn)精度直接影響到孔徑測(cè)量精度。因此，通過(guò)驅(qū)動(dòng)器對(duì)Χ、Υ軸步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行32細(xì)分，其分辨率達(dá)到，對(duì)Z軸步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行8細(xì)分，其分辨率達(dá)到。
[0027]為防止步進(jìn)電機(jī)丟步現(xiàn)象,并進(jìn)一步提高Χ、Υ、Ζ軸的定位精度,分別采用Micro-E光柵編碼器與步進(jìn)電機(jī)構(gòu)成閉環(huán)控制模式，以光柵編碼器的返回值作為控制電機(jī)運(yùn)動(dòng)的有效信息，X、Y、Z軸測(cè)量范圍，Z軸選用L325型光柵尺，標(biāo)尺長(zhǎng)度325〃?，測(cè)量長(zhǎng)度320.;Χ、Y軸選用L30型光柵尺，標(biāo)尺長(zhǎng)度30〃?，測(cè)量長(zhǎng)度25〃?，選用M1550S-40型讀數(shù)頭，電路進(jìn)行20細(xì)分，故光柵尺分辨率可達(dá)到。將光柵尺貼在Z軸測(cè)量臂上及Χ、Υ 二維微動(dòng)滑臺(tái)導(dǎo)軌上，并且在合適位置處安放測(cè)量頭支架，傳感器測(cè)量頭通過(guò)安裝螺釘固定于支架上，利用光柵編碼器自帶的Smart Signal調(diào)直工具調(diào)整光柵尺與讀數(shù)頭之間的間隙和角度，保證光柵編碼器可正常工作，由此大大提高了步進(jìn)電機(jī)的定位精度，從而保證了測(cè)量精度的要求。
[0028]圖4為對(duì)電容傳感器的微弱測(cè)量信號(hào)進(jìn)行放大處理和數(shù)據(jù)采集的結(jié)構(gòu)框圖，其中運(yùn)算式電容測(cè)微儀主要包括精密穩(wěn)幅振蕩器、高增益主放大器、精密整流、低通濾波器、調(diào)零電路、穩(wěn)壓電源等。本儀器采用了其幅值穩(wěn)定在PPm級(jí)的文氏橋穩(wěn)幅振蕩器，頻率為15-22kHz。由于傳感器探針與被測(cè)孔的間距值很小，電容量很高，故要求前級(jí)放大器的輸入阻抗很高以及有足夠的放大增益(一般在80—95dB)，由于采用了獨(dú)特的設(shè)計(jì)和驅(qū)動(dòng)電纜新技術(shù)，將其一個(gè)輸入極為懸浮地，很好地解決了雜散電容和寄生電容等的影響。
[0029]本系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集模塊利用KEITHLEY 182型號(hào)的七位半數(shù)字電壓表進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，精度可達(dá)到級(jí)別，并且通過(guò)NI公司的GPIB-USB接口將數(shù)字量傳入計(jì)算機(jī)中以進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及控制。GPIB-USB用于高速USB2.0的GPIB控制器；標(biāo)準(zhǔn)傳輸速率高達(dá)1.8MB/s ;即插即用式安裝，方便與電容測(cè)微儀連接使用。
【權(quán)利要求】
1.小孔測(cè)量中傳感器的自動(dòng)對(duì)中系統(tǒng)，其特征在于:包括一個(gè)底座，所述的底座上面設(shè)有一個(gè)支撐座，在所述的支撐座的上面設(shè)有一個(gè)能在三維坐標(biāo)X，Y方向上來(lái)回滑動(dòng)的工作臺(tái)；所述的工作臺(tái)的中心位置設(shè)有一個(gè)電容探針，在工作臺(tái)的X、Y方向各固定兩個(gè)相互對(duì)稱的支桿，且相對(duì)稱的支桿的中心線與電容探針的中心線在一條直線上，在相互對(duì)稱的支桿上面，其中一個(gè)支桿設(shè)有激光發(fā)射裝置，另一個(gè)支桿上面設(shè)有激光接收裝置；在工作臺(tái)的一側(cè)三維坐標(biāo)Z向設(shè)有一個(gè)Z向步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的絲杠III，在所述的絲杠III的螺母上連接一個(gè)滑臺(tái)，所述的滑臺(tái)連接一個(gè)用于支撐工件的光桿；所述的電容探針用于測(cè)量工件上的孔徑，且所述的電容探針與信號(hào)處理裝置相連。
2.如權(quán)利要求1所述的自動(dòng)對(duì)中系統(tǒng)，其特征在于:所述的工作臺(tái)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括X向步進(jìn)電機(jī)和Y向步進(jìn)電機(jī)，所述的X向步進(jìn)電機(jī)的輸出端連接齒輪傳動(dòng)減速系統(tǒng)I，齒輪減速系統(tǒng)I的輸出端帶動(dòng)絲杠I轉(zhuǎn)動(dòng)，絲杠I上的螺母I帶動(dòng)安裝于其上的支架系統(tǒng)一起在X向左右移動(dòng)，在所述的支架系統(tǒng)上設(shè)有能沿其前后運(yùn)動(dòng)的工作臺(tái)；所述的Y向步進(jìn)電機(jī)輸出端連接齒輪傳動(dòng)減速系統(tǒng)II，齒輪減速系統(tǒng)II的輸出端帶動(dòng)絲杠II轉(zhuǎn)動(dòng)，絲杠II上的螺母II帶動(dòng)安裝于其上的工作臺(tái)一起在Y向前后移動(dòng)。
3.如權(quán)利要求1所述的自動(dòng)對(duì)中系統(tǒng)，其特征在于:所述的Z向步進(jìn)電機(jī)的輸出端連接齒輪傳動(dòng)減速系統(tǒng)III，齒輪減速系統(tǒng)III的輸出端帶動(dòng)絲杠III轉(zhuǎn)動(dòng)，絲杠III上的螺母III帶動(dòng)與其連接的滑臺(tái)在Z方向運(yùn)動(dòng)，所述的滑臺(tái)設(shè)于一個(gè)與絲杠III平行的導(dǎo)桿上，且滑臺(tái)能沿著導(dǎo)桿來(lái)回滑動(dòng)。
4.如權(quán)利要求1所述的自動(dòng)對(duì)中系統(tǒng)，其特征在于:所述的激光發(fā)射裝置為發(fā)射光纖，激光接收裝置為接收光纖，且接收光纖為2個(gè)；兩個(gè)接收光纖相對(duì)于電容探針的中心線對(duì)稱排列。
5.如權(quán)利要求1所述的自動(dòng)對(duì)中系統(tǒng)，其特征在于:所述的電容探針與被測(cè)小孔之間形成的電容、標(biāo)準(zhǔn)電容與放大器相連，分別作為放大器的反饋電容和輸入電容；所述的放大器與振蕩器相連，振蕩器為其提 供標(biāo)準(zhǔn)的振蕩信號(hào)；放大器的輸出端與精密整流電路相連，所述的精密整流電路與濾波器相連，所述的濾波器結(jié)合穩(wěn)壓電源、調(diào)零電路與數(shù)字表頭或計(jì)算機(jī)相連，計(jì)算機(jī)對(duì)測(cè)量的信號(hào)處理。
6.如權(quán)利要求1所述的自動(dòng)對(duì)中系統(tǒng)，其特征在于:所述的X向步進(jìn)電機(jī)、Y向步進(jìn)電機(jī)和Z向步進(jìn)電機(jī)由驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)，且分別各自與一個(gè)光柵編碼器相連，所述的光柵編碼器將采集的信號(hào)發(fā)送給運(yùn)動(dòng)控制卡，所述的運(yùn)動(dòng)控制卡控制驅(qū)動(dòng)器。
7.如權(quán)利要求1所述的自動(dòng)對(duì)中系統(tǒng)，其特征在于:所述的Z軸光柵編碼器選用L325型光柵尺，標(biāo)尺長(zhǎng)度325.，測(cè)量長(zhǎng)度320.;X、Y軸的光柵編碼器選用L30型光柵尺，標(biāo)尺長(zhǎng)度30遞?，測(cè)量長(zhǎng)度25膽，選用M1550S-40型讀數(shù)頭，電路進(jìn)行20細(xì)分。
【文檔編號(hào)】G05D3/20GK103513664SQ201310433292
【公開(kāi)日】2014年1月15日 申請(qǐng)日期:2013年9月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月22日
【發(fā)明者】馬玉真, 孫選, 王新華, 董全成, 王曉琴, 劉民靜, 王成林, 徐增法 申請(qǐng)人:濟(jì)南大學(xué)