專利名稱：非接觸式換向器片間位移測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電動工具的測量領(lǐng)域，尤其涉及一種非接觸式換向器片間位移測
量裝置。
背景技術(shù)：
在我們?nèi)粘Ｉ钪薪?jīng)常會使用到電動工具、健身器具等產(chǎn)品，由于該類機(jī)械運(yùn)動的產(chǎn)品在使用過程中由于機(jī)械防護(hù)的無效或不合理的原因，可能會對人身產(chǎn)生危害。為了將此類危害降低至最小，相應(yīng)的國內(nèi)外安全標(biāo)準(zhǔn)中都對產(chǎn)品的運(yùn)動部件制動時(shí)間、運(yùn)動速度、材料變形量都會提出相應(yīng)的防護(hù)要求，由于我們經(jīng)常會涉及短時(shí)運(yùn)行時(shí)間、非接觸高速運(yùn)速度及微小位移變化量的測試，由于該類運(yùn)動變化量極其微小，并且無法接觸測量，如果采用傳統(tǒng)的檢測方法將無法滿足要求。傳統(tǒng)的形狀輪廓測試儀器如圓度儀、偏擺儀等，其探頭通常是采用接觸式位稱傳感器、在一定的測試壓力下對被測工件表面進(jìn)行測量。但是受各種條件限制，如工作表面不允許接觸損傷，或者針對柔軟、脆性材料及特殊幾何形表面(如斷續(xù)表面、曲率半徑小的表面等)、超高精密表面(如半導(dǎo)體膜片、精密光學(xué)零件)，此時(shí)傳統(tǒng)的接觸式位移傳感器無法滿足測試要求，也就無法得到準(zhǔn)確的測量數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)的換向器片間位移測量裝置可以看作是一種輪廓測試儀。測試時(shí)，先要保證高精度接觸式探頭與換向器表面的有效接觸，再由電機(jī)驅(qū)動被測換向器均勻轉(zhuǎn)動，同時(shí)采集數(shù)據(jù)。由于銑槽后的換向器其被測表面的間隔隔槽寬度在0. 2-0. 5mm，還不至于影響到探頭的通過。在探頭檢測出的位移信號出現(xiàn)明顯下降和上升的特征時(shí)，經(jīng)軟件處理判別出無效的槽口數(shù)據(jù)并加以剔除，然后便可得出換向器輪廓的有效數(shù)據(jù)。但對沒銑過槽的換向器， 換觸式探頭便無能為力。目前國內(nèi)外常用的片間測試儀器基本上采用接觸式位移傳感器。在2011年《電動工具》中公開一篇由上海電動工具研究所王清瑜等發(fā)表的文章 《非接觸式換向器片間誤差測試儀》，非接觸式換向器片向誤差測試儀根據(jù)換向器銅排與云母片之間金屬與非金屬之間的區(qū)別，將探頭和銅板分別視作固定極板和移動極板，有效地解決未銑槽換向器片間誤差的測試需求。采用空氣介質(zhì)變距式電容傳感器。兩個(gè)傳感器板形成一個(gè)平行板電容器，一個(gè)電極板固定不變，另一極板距離d響應(yīng)變化，只要測出電容量的變化，便可測極板間距變化量，由于可通過計(jì)算機(jī)等進(jìn)行有效的模數(shù)轉(zhuǎn)換，計(jì)算出換向器片間位移。這種測試方式雖然有著無磨擦、無磨損和無惰性等特征，但是存在以下缺點(diǎn)首先，該測量出電容量的變化是模擬量，后通過模數(shù)轉(zhuǎn)換等再計(jì)算出換向器的片間位移，精度不高。隨后，現(xiàn)有的測試儀不能針對不同型號、不同直徑的換向器提供無縫測量，使用不方便。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型提供一種非接觸式換向器片間位移測量裝置，以解決現(xiàn)有技術(shù)存在自動化程度低、精度不高的技術(shù)問題。一種非接觸式換向器片間位移測量裝置，包括換向器片間位移測試平臺和控制平臺，其中換向器片間位移測試平臺進(jìn)一步包括換向器夾持運(yùn)動和控制裝置、CMOS激光傳感器和傳感器底座夾持裝置，換向器夾持運(yùn)動和控制裝置進(jìn)一步包括調(diào)速電機(jī)、連接調(diào)速電機(jī)的夾緊裝置和用以獲知調(diào)速電機(jī)轉(zhuǎn)速的光電編碼器，夾緊裝置固定待測換向器及與其內(nèi)徑一致的軸，CMOS激光傳感器設(shè)置在傳感器底座夾持裝置上，所述CMOS激光傳感器正對著待測換向器；所述控制平臺至少包括控制器和PC機(jī)，PC機(jī)連接控制器，所述控制器分別電性連接光電編碼器和CMOS激光傳感器，用以接收CMOS激光傳感器傳送的信號和光電編碼器的發(fā)送圓周起始位信息、終止位信號，并通過控制器還原出換向器的輪廓形狀，計(jì)算出換向器相鄰兩片徑向跳動差的最大值。較佳地，所述傳感器底座夾持裝置上分別設(shè)置至少一種或幾種調(diào)整裝置上下調(diào)整裝置、左右調(diào)整裝置及前后調(diào)整裝置。較佳地，夾緊裝置可活動固定不同內(nèi)徑的軸，所述軸的內(nèi)徑對應(yīng)一種規(guī)格的換向器。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)本實(shí)用新型不僅提供了一種非接觸式換向器片間位移測量的方式，而且從測量至輸出都采用數(shù)字量來處理，精度非常高。在該位移測量系統(tǒng)的控制及數(shù)據(jù)采集方面，通過位移傳感器實(shí)現(xiàn)各種不同規(guī)格凹槽深度、小距離位移量、以及物理量的測量。適用標(biāo)準(zhǔn)有JB/T10107《電動工具換向器》等。 在換向器片間位移測試平臺上安裝好測試用換向器，進(jìn)入檢測狀態(tài)后，測試平臺用電機(jī)開始勻速旋轉(zhuǎn)，HLC開始循環(huán)掃描采集數(shù)據(jù)(由位移傳感器采集數(shù)據(jù))，數(shù)據(jù)同時(shí)保存到控制器進(jìn)行運(yùn)算分析，通過0MR0N編碼器得出圓周的終止位，停止數(shù)據(jù)采集后控制器發(fā)出數(shù)據(jù)給上位機(jī)，上位機(jī)根據(jù)數(shù)據(jù)二次擬合為所對應(yīng)圖形，并且輸出結(jié)果。整個(gè)過程自動化程度高，使用方便等優(yōu)點(diǎn)。

圖1為一種非接觸式換向器片間位移測量裝置的原理圖；圖2為一種非接觸式換向器片間位移測量裝置的實(shí)例圖；圖3為換向器輪廓示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖詳細(xì)描述本實(shí)用新型。請參閱圖1，一種非接觸式換向器片間位移測量裝置的原理實(shí)例圖。它包括換向器片間位移測試平臺1和控制平臺2，其中控制平臺2包括上位機(jī)21和控制器22。上位機(jī)21 (或稱PC機(jī)):選用觸摸式平板電腦。上位機(jī)完成人機(jī)界面、數(shù)據(jù)通信和數(shù)據(jù)處理功能。[0024]控制器22 控制器完成系統(tǒng)監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集、運(yùn)算功能。輸入接口 由于運(yùn)動信號及位移的采集要求速度快、精度高，因此選用激光傳感器作為本項(xiàng)目數(shù)據(jù)輸入器件。輸出接口 選用固態(tài)繼電器，完成系統(tǒng)數(shù)據(jù)控制功能。換向器片間位移測試平臺1進(jìn)一步包括換向器夾持運(yùn)動和控制裝置13、CMOS激光傳感器34和傳感器底座夾持裝置35 (34和35可以合并為激光傳感器及夾持部件14)， 換向器夾持運(yùn)動和控制裝置13進(jìn)一步包括調(diào)速電機(jī)31、連接調(diào)速電機(jī)的夾緊裝置32和用以獲知調(diào)速電機(jī)轉(zhuǎn)速的光電編碼器33，夾緊裝置32固定待測換向器及與其內(nèi)徑一致的軸， CMOS激光傳感器34設(shè)置在傳感器底座夾持裝置35上，CMOS激光傳感器34正對著待測換向器.控制器分別電性連接光電編碼器33和CMOS激光傳感器35，用以接收CMOS激光傳感器35傳送的信號和光電編碼器的發(fā)送圓周起始位信息、終止位信號，并通過PC機(jī)還原出換向器的輪廓形狀，計(jì)算出換向器相鄰兩片徑向跳動差的最大值。光電編碼器33，是一種通過光電轉(zhuǎn)換將輸出軸上的機(jī)械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感器。這是目前應(yīng)用最多的傳感器，光電編碼器是由光柵盤和光電檢測裝置組成。光柵盤是在一定直徑的圓板上等分地開通若干個(gè)長方形孔。由于光電碼盤與電動機(jī)同軸，電動機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，光柵盤與電動機(jī)同速旋轉(zhuǎn)，經(jīng)發(fā)光二極管等電子元件組成的檢測裝置檢測輸出若干脈沖信號；通過計(jì)算每秒光電編碼器輸出脈沖的個(gè)數(shù)就能反映當(dāng)前電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。此外，為判斷旋轉(zhuǎn)方向，碼盤還可提供相位相差90度的兩路脈沖信號。光電編碼器是一種角度(角速度)檢測裝置，它將輸入給軸的角度量，利用光電轉(zhuǎn)換原理轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電脈沖或數(shù)字量，具有體積小，精度高，工作可靠，接口數(shù)字化等優(yōu)點(diǎn)。它廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床、回轉(zhuǎn)臺、伺服傳動、機(jī)器人、雷達(dá)、軍事目標(biāo)測定等需要檢測角度的裝置和設(shè)備中。本實(shí)例中，光電編碼器33本課題選用日本0MR0N公司生產(chǎn)的分辯率為1000的E6B2-CWZ1X型光電編碼器，以滿足檢測的要求。CMOS激光傳感器34應(yīng)用了三角原理的測量方法，跟待測換向器之間的距離有變化時(shí)，受光素子的位置也會發(fā)生變化。受光量是用CMOS來檢測。距離和受光量的組合，解決了到現(xiàn)在為止比較困難的多重反射物體檢測問題，可以很穩(wěn)定地檢測。CMOS是帶有多個(gè)整齊排列的光線接收元件的設(shè)備。 本實(shí)施例中，CMOS激光傳感器34選用日本KVEL0CE公司生產(chǎn)的LV系列數(shù)字長距離激光傳感器，以滿足檢測的要求。LV系列數(shù)字長距離激光傳感器由LV-H32數(shù)字長距離激光傳感器感測頭及 LV-21A放大器二部分組成。利用半導(dǎo)體作為光源可使LV系列產(chǎn)品即使在遠(yuǎn)距離也可生成強(qiáng)烈的聚束光點(diǎn)。甚至當(dāng)遠(yuǎn)離目標(biāo)時(shí)，LV系列產(chǎn)品也能精確地檢測和辨別，而利用發(fā)光二極管作為光源的傳感器不可能達(dá)到這一點(diǎn)。LV-H32具有以下的特點(diǎn)LV-H32充分發(fā)揮超大功率激光的作用，檢測的距離最遠(yuǎn)可達(dá)1000mm，比任何一種傳統(tǒng)的傳感器高出30倍。即使目標(biāo)為黑色，只能反射少量的激光光束，也能進(jìn)行穩(wěn)定檢測。射束光點(diǎn)可以被聚焦在一個(gè)很小的目標(biāo)上。無論檢測距離的遠(yuǎn)近如何，都可以根據(jù)待測換向器的尺寸大小通過旋轉(zhuǎn)調(diào)焦旋鈕來調(diào)整光點(diǎn)的直徑。[0036]當(dāng)換向器在轉(zhuǎn)動時(shí)，PLC利用數(shù)字長距離激光傳感器(即CMOS激光傳感器35) 檢測出激光傳感器的基準(zhǔn)點(diǎn)至換向器其被測表面的距離，并通過接收光電編碼器33測得的電機(jī)轉(zhuǎn)速，還原出如圖3所示的換向器輪廓圖。換向器片間位移測試平臺1可以做成如圖2所示的結(jié)構(gòu)，一基座6，在基座6上設(shè)置用于夾持CMOS激光傳感器35的傳感器底座夾持裝置34，傳感器底座夾持裝置34上分別設(shè)置至少一種或幾種調(diào)整裝置上下調(diào)整裝置、左右調(diào)整裝置及前后調(diào)整裝置，以便能全方位調(diào)整CMOS激光傳感器，能夠調(diào)整光點(diǎn)對至換向。在基座6上還可以設(shè)置一換向器夾持運(yùn)動和控制裝置13，在該裝置13中調(diào)整電機(jī)31的輸出軸顯示在外，以便能夠通過夾持裝置夾持待測換向器7。調(diào)整電機(jī)31可以通過設(shè)置在外的調(diào)整按鈕8來調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速，并且調(diào)整電機(jī)31還連接光電編碼器33，以便光電編碼器32能夠很好的檢測出電機(jī)的轉(zhuǎn)速。以下具體說明換向器片向位移的測量方法1)準(zhǔn)備試驗(yàn)該試驗(yàn)需選用如下試驗(yàn)設(shè)備自主研發(fā)的換向器片間位移測試平臺1臺，HL-C2位移傳感器1個(gè)，連接換向器用聯(lián)接頭1個(gè)2)測試過程將待測換向器配備與其內(nèi)徑一樣的軸，并用夾緊裝置將它們固定。隨后上外圓磨床打磨，需打磨至標(biāo)準(zhǔn)所要求的換向器表面光潔度，用光潔度等級對比紙加以驗(yàn)證。接著進(jìn)行室溫下/熱態(tài)下的超速實(shí)驗(yàn)并冷卻。最后將換向器連同內(nèi)軸，通過聯(lián)接頭一同裝夾到換向器檢測平臺的電動機(jī)出軸上。連通SUNX公司的HL-C2位移傳感器的電源，調(diào)整其高低左右的位置，使換向器被檢測銅片的平面與傳感器的激光射線保持90度夾角，并使傳感器上的RANGE指示燈為黃色狀態(tài)。打開測試平臺的電源開關(guān)，通過旋轉(zhuǎn)測試平臺上的調(diào)速按鈕，調(diào)整帶動換向器旋轉(zhuǎn)的變頻電機(jī)的轉(zhuǎn)速，一般將其轉(zhuǎn)速調(diào)整為最大轉(zhuǎn)速的50%以上。運(yùn)行軟件進(jìn)行換向器片間位移的測試，如果檢測失敗，則需要檢查換向器裝夾情況和傳感器放置位置，并調(diào)整檢測平臺上的速度控制按鈕將旋轉(zhuǎn)速度加大后重新進(jìn)行檢測。以上公開的僅為本申請的幾個(gè)具體實(shí)施例，但本申請并非局限于此，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員能思之的變化，都應(yīng)落在本申請的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種非接觸式換向器片間位移測量裝置，其特征在于，包括換向器片間位移測試平臺和控制平臺，其中換向器片間位移測試平臺進(jìn)一步包括換向器夾持運(yùn)動和控制裝置、CMOS激光傳感器和傳感器底座夾持裝置，換向器夾持運(yùn)動和控制裝置進(jìn)一步包括調(diào)速電機(jī)、連接調(diào)速電機(jī)的夾緊裝置和用以獲知調(diào)速電機(jī)轉(zhuǎn)速的光電編碼器，夾緊裝置固定待測換向器及與其內(nèi)徑一致的軸，CMOS激光傳感器設(shè)置在傳感器底座夾持裝置上，所述CMOS激光傳感器正對著待測換向器；所述控制平臺至少包括控制器和PC機(jī)，PC機(jī)連接控制器，所述控制器分別電性連接光電編碼器和CMOS激光傳感器。
2.如權(quán)利要求1所述的非接觸式換向器片間位移測量裝置，其特征在于，所述傳感器底座夾持裝置上分別設(shè)置至少一種或幾種調(diào)整裝置上下調(diào)整裝置、左右調(diào)整裝置及前后調(diào)整裝置。
3.如權(quán)利要求1所述的非接觸式換向器片間位移測量裝置，其特征在于，夾緊裝置可活動固定不同內(nèi)徑的軸，所述軸的內(nèi)徑對應(yīng)一種規(guī)格的換向器。
專利摘要一種非接觸式換向器片間位移測量裝置，其特征在于，包括換向器片間位移測試平臺和控制平臺，換向器片間位移測試平臺進(jìn)一步包括換向器夾持運(yùn)動和控制裝置、CMOS激光傳感器和傳感器底座夾持裝置，換向器夾持運(yùn)動和控制裝置進(jìn)一步包括調(diào)速電機(jī)、連接調(diào)速電機(jī)的夾緊裝置和用以獲知調(diào)速電機(jī)轉(zhuǎn)速的光電編碼器；在該裝置的控制及數(shù)據(jù)采集方面，通過位移傳感器實(shí)現(xiàn)各種不同規(guī)格凹槽深度、小距離位移量、以及物理量的測量。在換向器片間位移測試平臺上安裝好測試用換向器，進(jìn)入檢測狀態(tài)后，測試平臺用電機(jī)開始勻速旋轉(zhuǎn)，HLC開始循環(huán)掃描采集數(shù)據(jù)(由位移傳感器采集數(shù)據(jù))，數(shù)據(jù)同時(shí)保存到控制器進(jìn)行運(yùn)算分析，通過OMRON編碼器得出圓周的終止位，停止數(shù)據(jù)采集后控制器發(fā)出數(shù)據(jù)給上位機(jī)，上位機(jī)根據(jù)數(shù)據(jù)二次擬合為所對應(yīng)圖形，并且輸出結(jié)果。整個(gè)過程自動化程度高，精度高、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號G08C19/00GK202101650SQ20112019956
公開日2012年1月4日 申請日期2011年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月14日
發(fā)明者吳燎蘭, 張繼紅, 裘文陽 申請人:上海出入境檢驗(yàn)檢疫局機(jī)電產(chǎn)品檢測技術(shù)中心