專利名稱：運動物體長度和直徑在線檢測系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及測量設備技術領域，尤其是一種用于測量沿軸向運動的圓柱形物 體的長度和直徑的檢測系統(tǒng)。
背景技術：
目前，市場上對于物體的測量大多是在物體處于靜止的狀態(tài)下測量的。專利 (200810244346. 0)提出一種對運動中的工件進行同時測量其高度和直徑的測量系統(tǒng)，但該 系統(tǒng)要求工件沿軸向直立作徑向移動，且高度測量采用接觸式方法，若測量設備體積很小， 就不能對較高工件進行測量。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型提供一種測量沿軸向運動圓柱形物體的長度及直徑的檢測系統(tǒng)。本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是一種測量沿軸向運動圓柱形 物體的長度及直徑的檢測系統(tǒng)，它由感知運動物體進入和離開測量區(qū)的光發(fā)射器和光接收 器、與物體運動方向成一定傾角的滾珠絲杠、裝在滾珠絲杠上的移動抱緊裝置、固定多輥傳 送帶裝置、伺服電機及其驅動器和可編程控制器PLC及監(jiān)控設備等組成。伺服電機驅動器、 光發(fā)射器和光接收器與PLC相連接；PLC通過總線向監(jiān)控設備發(fā)送檢測數(shù)據(jù)。電控系統(tǒng)連接圖如

圖1所示。電控系統(tǒng)主要分成兩部分長度測量部分和直徑測 量部分。光接收器和光發(fā)射器檢測到運動物體進出測量區(qū)，發(fā)出一數(shù)字信號使PLC獲知運 動物體通過測量區(qū)時間，然后PLC根據(jù)傳送帶的速度和測量時間計算出運動物體長度，此 為長度測量部分；由伺服電機驅動移動抱緊裝置，編碼器記錄伺服電機行進位移，然后以高 速脈沖的形式告知伺服驅動器，伺服驅動器將其轉換成長度形式傳給PLC，PLC經(jīng)過程序計 算可知直徑。此為直徑測量部分。最后PLC將結果通過通信方式傳給監(jiān)控設備供使用處理。長度測量方案和直徑測量方案的機械裝置如圖2、圖3、圖4和圖5所示。電機支 架上裝有一伺服電機，伺服電機通過聯(lián)軸器與滾珠絲杠相連，滾珠絲杠位置與X軸方向成 一定傾角Θ。滾珠絲杠的另一端與軸承座里面的軸承相連，軸承座由軸承座支架支撐。移 動抱緊裝置裝在滾珠絲杠上，并隨滾珠絲杠的轉動而沿滾珠絲杠移動，為便于抱緊，它的下 部加工成與夾緊時固定多輥傳送帶裝置和移動物體接觸的一側平行的平面。被測物體放置 在傳送帶上，并隨傳送帶勻速移動。PLC通過伺服驅動器控制伺服電機速度使電機速度沿X 軸和Y軸分解后，沿Y軸速度Vy和物體運動速度相等，這樣當抱緊裝置和運動物體接觸時 二者相對靜止不會產(chǎn)生相對運動影響抱緊效果。移動抱緊裝置以Vx速度驅動移動物體向 固定多輥傳送帶裝置靠攏并抱緊，固定多輥傳送帶裝置位于傳送帶遠離伺服電機的一側， 固定多輥傳送帶裝置上的傳送帶以Vy和運動物體同方向運動，這樣抱緊時可認為上的傳送 帶和運動物體相對靜止；多輥的目的是使固定多輥傳送帶裝置具有一定剛度，在運動物體 擠壓過程中不會變形太大。長度測量的技術方案是光發(fā)射器和光接收器分別裝在運動物體所在的傳送帶兩
3側，光發(fā)射器所射出的光線應正對光接收器，光發(fā)射器所射出的光線與運動物體運動方向 即y軸垂直，光線高度小于物體直徑。光發(fā)射器和光接收器均與PLC相連且受PLC控制。 當光接收器能接收到光發(fā)射器發(fā)出的光時，PLC不動作。當光路上有運動物體通過而遮蔽 光線時，光接收器就收不到光，然后光接收器給PLC發(fā)一數(shù)字信號告訴PLC有物體通過測量 區(qū)，PLC啟動定時器工作開始計時。當光路上沒有物體通過時，光接收器就能接收到光發(fā)射 器發(fā)送的光，光接收器再發(fā)一數(shù)字信號給PLC，使PLC停止定時并計算定時時間。然后PLC 根據(jù)傳送帶的速度和測量時間算出運動物體長度。計算出長度后上傳至監(jiān)控設備供進一步 處理。直徑測量方案有兩個。直徑測量方案之一具體內(nèi)容闡述如下。光發(fā)射器和接收器 獲知運動物體進入后，發(fā)一數(shù)字信號給PLC，PLC通過驅動器驅動伺服電機開始轉動。勻速 轉動的伺服電機帶動滾珠絲杠勻速轉動。勻速轉動的滾珠絲杠帶動移動抱緊裝置沿滾珠絲 杠向運動物體移動。當移動抱緊裝置速度減緩轉矩增大后，伺服電機的工作電流會變大，當 伺服電機電流達到到達預先設置的電流容限后伺服驅動器可感知該變化并知抱緊。當判斷 抱緊后，PLC通過驅動器使伺服電機瞬間松開反轉，離開運動物體，然后伺服驅動器將編碼 器的脈沖轉換成位移傳給PLC。由圖6知當抱緊后，移動抱緊裝置距固定多輥傳送帶裝置的 初始位置距離L已知，移動抱緊裝置在滾珠絲杠上的移動距離1可通過伺服電機編碼器脈 沖計算獲得，運動物體直徑D為L-Icos θ。運算過程由PLC通過程序完成。直徑測量方案之二所不同的是在移動抱緊裝置上裝一壓電傳感器，具體闡述如 下。光發(fā)射器和接收器獲知運動物體進入后，發(fā)一數(shù)字信號給PLC，PLC通過驅動器驅動伺 服電機開始轉動。勻速轉動的伺服電機帶動滾珠絲杠勻速轉動。勻速轉動的滾珠絲杠帶動 移動抱緊裝置沿滾珠絲杠向運動物體移動。當移動抱緊裝置接觸運動物體后，壓力逐漸增 大，當壓力超過壓電傳感器預設的容限后伺服驅動器即知抱緊。當判斷抱緊后，PLC通過驅 動器使伺服電機瞬間松開反轉，離開運動物體，伺服驅動器將編碼器的脈沖轉換成位移傳 給PLC。由圖6知當抱緊后，固定多輥傳送帶裝置距伺服電機初始位置側距離L已知，移動 抱緊裝置在滾珠絲杠上的移動距離1可通過伺服電機編碼器脈沖計算獲得，運動物體直徑 D為L-Icos θ。運算過程由PLC通過程序完成。本實用新型的有益效果是，可對沿軸向移動的圓柱物體的長度和直徑進行測量， 還可測量運動中截面是方形的矩形物體。該測量系統(tǒng)具有制作工藝簡單、制造成本低、測量 準確、自動化程度高、調(diào)節(jié)容易等優(yōu)點。
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型進一步說明。圖1是本實用新型的電控系統(tǒng)連接圖。圖2是本實用新型的機械裝置連接圖。圖3是圖2的主視圖。圖4是圖2的左視圖。圖5是圖2的俯視圖。圖6是初始狀態(tài)和抱緊狀態(tài)下的位置示意圖。圖中1.伺服電機，2.聯(lián)軸器，3.移動抱緊裝置，4.滾珠絲杠，5.軸承，6.軸承座，7.軸承座支架，8.傳送帶裝置，9.電機支架，10.固定多輥傳送帶裝置，11.光發(fā)射器， 12.運動物體，13.光接收器，14.傳送帶。
具體實施方式
本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是一種測量沿軸向移動圓柱形物 體的長度及直徑的測量系統(tǒng)，它由感知運動物體12進入和離開測量區(qū)的光發(fā)射器11和光 接收器13、與物體運動方向成一定傾角的滾珠絲杠4、裝在滾珠絲杠4上的移動抱緊裝置3、 伺服電機1及其驅動器和可編程控制器PLC及其監(jiān)控設備等組成。伺服電機驅動器、光發(fā) 射器11和光接收器13與PLC相連接；PLC通過總線向監(jiān)控設備發(fā)送檢測數(shù)據(jù)。電控系統(tǒng)連接圖如圖1所示。電控系統(tǒng)主要分成兩部分長度測量部分和直徑測 量部分。光接收器13和光發(fā)射器11檢測到運動物體12進出測量區(qū)，發(fā)射一數(shù)字信號使PLC 獲知運動物體12通過測量區(qū)時間，然后PLC根據(jù)傳送帶14的速度和測量時間計算出運動 物體12長度，此為長度測量部分；由伺服電機1驅動移動抱緊裝置3，編碼器記錄伺服電機 1行進位移，然后以高速脈沖的形式告知伺服驅動器，伺服驅動器將其轉換成長度形式傳給 PLC，PLC經(jīng)過程序計算可知直徑。最后PLC將結果通過通信方式傳給監(jiān)控設備供使用處理。 此為直徑測量部分。長度測量方案和直徑測量方案的機械裝置如圖2、圖3、圖4和圖5所示。電機支 架9上裝有一伺服電機1，伺服電機1通過聯(lián)軸器2與滾珠絲杠4相連，滾珠絲杠4位置與 χ軸方向成一定傾角θ。滾珠絲杠4的另一端與軸承座6里面的軸承5相連，軸承座6由 軸承座支架7支撐。移動抱緊裝置3裝在滾珠絲杠4上，并隨滾珠絲杠4的轉動而沿滾珠 絲杠4移動，為便于抱緊，它的下部加工成與夾緊時固定多輥傳送帶裝置10和移動物體接 觸的一側平行的平面。被測物體放置在傳送帶14上，并隨傳送帶14勻速移動。PLC通過伺 服驅動器控制伺服電機1速度使電機速度沿X軸和Y軸分解后，沿Y軸速度Vy和物體運動 速度相等。移動抱緊裝置3以Vx速度驅動運動物體12向固定多輥傳送帶裝置10靠攏并 抱緊。固定多輥傳送帶裝置10位于傳送帶14遠離伺服電機1的一側，固定多輥傳送帶裝 置10上的傳送帶以Vy和運動物體12同方向運動，這樣抱緊時可認為固定多輥傳送帶裝置 上10的傳送帶和運動物體12相對靜止。長度測量的技術方案是光發(fā)射器11和光接收器13分別裝在運動物體12所在的 傳送帶兩側，光發(fā)射器11所射出的光線應正對光接收器13，光發(fā)射器11所射出的光線與 運動物體12運動方向即y軸垂直，光線高度小于物體直徑。光發(fā)射器11和光接收器13均 與PLC相連且受PLC控制。當光接收器13能接收到光發(fā)射器11發(fā)出的光時，PLC不動作。 當光路上有運動物體12通過而遮蔽光線時，光接收器13就收不到光，然后光接收器13給 PLC發(fā)一數(shù)字信號告訴PLC有物體通過測量區(qū)，PLC啟動定時器工作開始計時。當光路上沒 有物體通過時，光接收器13就能接收到光發(fā)射器11發(fā)送的光，光接收器13再發(fā)一數(shù)字信 號給PLC，使PLC停止定時并計算定時時間。使PLC停止定時并計算定時時間。然后PLC根 據(jù)傳送帶14的速度和測量時間算出運動物體12長度。計算出長度后上傳至監(jiān)控設備供進 一步處理。直徑測量方案有兩個。直徑測量方案之一具體內(nèi)容闡述如下。由光發(fā)射器11和接 收器13獲知運動物體12進入后，發(fā)一數(shù)字信號給PLC，PLC通過驅動器驅動伺服電機1開
5始轉動。勻速轉動的伺服電機1帶動滾珠絲杠4勻速轉動。勻速轉動的滾珠絲杠4帶動移 動抱緊裝置3沿滾珠絲杠4向運動物體12移動。當移動抱緊裝置3速度減緩轉矩增大后， 伺服電機1的工作電流會變大，當伺服電機1電流達到到達預先設置的電流容限后伺服驅 動器可感知該變化并知抱緊。當判斷抱緊后，PLC通過驅動器使伺服電機1瞬間松開反轉， 離開運動物體12，然后伺服驅動器將編碼器的脈沖轉換成位移傳給PLC。由圖6知當抱緊 后，移動抱緊裝置3距固定多輥傳送帶10裝置的初始位置距離L已知，移動抱緊裝置3在 滾珠絲杠4上的移動距離1可通過伺服電機1編碼器脈沖計算獲得，運動物體12直徑D為 L-Icos θ。運算過程由PLC通過程序完成。 直徑測量方案之二所不同的是在移動抱緊裝置3上裝一壓電傳感器，具體闡述如 下。在由光發(fā)射器11和接收器獲知運動物體12進入后，發(fā)一數(shù)字信號給PLC，PLC通過驅 動器驅動伺服電機1開始轉動。勻速轉動的伺服電機1帶動滾珠絲杠4勻速轉動。勻速轉 動的滾珠絲杠4帶動移動抱緊裝置3沿滾珠絲杠4向運動物體12移動。當移動抱緊裝置3 接觸運動物體12后，壓力逐漸增大，當壓力超過壓電傳感器預設的容限后伺服驅動器即知 抱緊。當判斷抱緊后，PLC通過驅動器使伺服電機1瞬間松開反轉，離開運動物體12，伺服 驅動器將編碼器的脈沖轉換成位移傳給PLC。由圖6知當抱緊后，固定多輥傳送帶裝置10 距伺服電機1初始位置側距離L已知，移動抱緊裝置3在滾珠絲杠4上的移動距離1可通 過伺服電機1編碼器脈沖計算獲得，運動物體12直徑D為L-Icos θ。運算過程由PLC通過 程序完成。
權利要求一種測量沿軸向運動圓柱形物體的長度及直徑的檢測系統(tǒng)，其特征是它由感知運動物體進入和離開測量區(qū)的光發(fā)射器和光接收器、與物體運動方向成一定傾角的滾珠絲杠、裝在滾珠絲杠上的移動抱緊裝置、固定多輥傳送帶裝置、伺服電機及其驅動器和可編程控制器PLC及監(jiān)控設備組成；伺服電機驅動器、光發(fā)射器和光接收器與PLC相連接；PLC通過總線向監(jiān)控設備發(fā)送檢測數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權利要求1所述的測量沿軸向運動圓柱形物體的長度及直徑的檢測系統(tǒng)，其 特征是電機支架上裝有一伺服電機，伺服電機通過聯(lián)軸器與滾珠絲杠相連，滾珠絲杠位置 與軸方向成一定傾角θ，滾珠絲杠的另一端與軸承座里面的軸承相連，軸承座由軸承座支 架支撐，移動抱緊裝置裝在滾珠絲杠上，并隨滾珠絲杠的轉動而沿滾珠絲杠移動，它的下部 加工成與夾緊時固定抱緊裝置和移動物體接觸的一側平行的平面，被測物體放置在傳送帶 上，并隨傳送帶勻速移動，PLC通過伺服驅動器控制伺服電機速度使電機速度沿X軸和Y軸 分解后，沿Y軸速度Vy和物體運動速度相等，固定多輥傳送帶裝置位于傳送帶遠離伺服電 機的一側，固定多輥傳送帶裝置上的傳送帶以Vy和運動物體同方向運動，移動抱緊裝置以 vx速度驅動移動物體向固定多輥傳送帶裝置靠攏并抱緊。
3.根據(jù)權利要求1所述的測量沿軸向運動圓柱形物體的長度及直徑的檢測系統(tǒng)，其特 征是光發(fā)射器和光接收器分別裝在運動物體所在的傳送帶兩側，光發(fā)射器所射出的光線 應正對光接收器，光發(fā)射器所射出的光線與運動物體運動方向即Y軸垂直，光線高度小于 物體直徑，光發(fā)射器和光接收器均與PLC相連且受PLC控制，PLC根據(jù)光發(fā)射器和光接收器 被物體遮擋時間和傳送帶速度計算物體長度。
4.根據(jù)權利要求1所述的測量沿軸向運動圓柱形物體的長度及直徑的檢測系統(tǒng)，其特 征是PLC通過驅動器驅動伺服電機開始轉動，勻速轉動的伺服電機帶動滾珠絲杠勻速轉 動，勻速轉動的滾珠絲杠帶動移動抱緊裝置沿滾珠絲杠向運動物體移動，當伺服電機電流 達到到達預先設置的電流容限后伺服驅動器可感知該變化并知抱緊，PLC通過驅動器使伺 服電機瞬間松開反轉，離開運動物體。
5.根據(jù)權利要求1所述的測量沿軸向運動圓柱形物體的長度及直徑的檢測系統(tǒng)，其特 征是PLC通過驅動器驅動伺服電機開始轉動，勻速轉動的伺服電機帶動滾珠絲杠勻速轉 動，勻速轉動的滾珠絲杠帶動移動抱緊裝置沿滾珠絲杠向運動物體移動，當壓力超過壓電 傳感器預設的容限后伺服驅動器即知抱緊，PLC通過驅動器使伺服電機瞬間松開反轉，離開 運動物體。
專利摘要本實用新型提供一種測量沿軸向運動圓柱形物體的長度及直徑的在線檢測系統(tǒng)。它由感知運動物體進入和離開測量區(qū)的光發(fā)射器和光接收器、與物體運動方向成一定傾角的滾珠絲杠、裝在滾珠絲杠上的移動抱緊裝置、固定多輥傳送帶裝置、伺服電機及其驅動器和可編程控制器PLC及監(jiān)控設備等組成。通過傳送帶速度和遮擋光發(fā)射器和光接收器的時間差可計算出運動物體長度；由移動抱緊裝置距固定多輥傳送帶裝置的初始位置距離及抱緊時移動抱緊裝置在滾珠絲杠上的移動距離可計算出運動物體直徑。本實用新型還可測量運動中截面是方形的矩形物體。該測量系統(tǒng)具有制作工藝簡單、制造成本低、測量準確、自動化程度高、調(diào)節(jié)容易等優(yōu)點。
文檔編號G01B11/10GK201680822SQ20092025477
公開日2010年12月22日 申請日期2009年11月27日 優(yōu)先權日2009年11月27日
發(fā)明者王海軍, 董彩云, 陳志旺 申請人:燕山大學