專利名稱：一種高精度滾動(dòng)位移檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高精度滾動(dòng)位移檢測裝置，它可以精確檢測并輸出滾動(dòng)產(chǎn)生的位 移，可廣泛應(yīng)用于工業(yè)掃描成像設(shè)備、高精度傳動(dòng)設(shè)備等工業(yè)與控制領(lǐng)域，屬于信息處理、 工業(yè)控制領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
運(yùn)動(dòng)位移檢測是工業(yè)和控制領(lǐng)域中的重要技術(shù)，精確的滾動(dòng)位移檢測是工業(yè)產(chǎn)品 中精確控制的關(guān)鍵。如在高速精確掃描中，掃描成像部件或掃描區(qū)域必須快速運(yùn)動(dòng)才能產(chǎn) 生掃描成像所需的成像范圍，是掃描成像的關(guān)鍵技術(shù)。然而，掃描成像部件或掃描區(qū)域的運(yùn) 動(dòng)通常會(huì)帶動(dòng)相關(guān)軸承固定部件的轉(zhuǎn)動(dòng)從而產(chǎn)生滾動(dòng)位移。而對滾動(dòng)位移的測量可以直接 得出掃描運(yùn)動(dòng)的位移甚至運(yùn)動(dòng)速度和加速度等，能夠?yàn)楦咚倬_掃描成像的控制系統(tǒng)提供 精確的控制所需信息。而且在需要檢測大位移運(yùn)動(dòng)的設(shè)備中，為了能夠隨時(shí)檢測大位移的 產(chǎn)生、加速以及位移值，常需要在運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)安裝位移檢測傳感器。但在很多特殊環(huán)境(高 精度掃描成像、高速平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)等)或惡劣環(huán)境(如高溫、腐蝕等)下，直接在運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)安 裝位移檢測傳感器可能無法實(shí)現(xiàn)，這就需要將運(yùn)動(dòng)位移轉(zhuǎn)換成滾動(dòng)位移并通過檢測滾動(dòng)位 移達(dá)到檢測運(yùn)動(dòng)位移的目的。因此，高精度滾動(dòng)位移的檢測在很多工業(yè)和控制領(lǐng)域的應(yīng)用 非常廣泛，有時(shí)甚至是必需的。高精度滾動(dòng)位移檢測裝置通常是整個(gè)設(shè)備的附加部件，因此，要求該裝置位移檢 測精確，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便。而通過滾動(dòng)輪將滾動(dòng)位移傳輸給外部滾動(dòng)位移檢測傳感器， 然后通過滾動(dòng)位移檢測傳感器檢測滾動(dòng)相關(guān)的物理量并將之轉(zhuǎn)化為所需的運(yùn)動(dòng)位移，可以 簡單有效的檢測滾動(dòng)位移，并且在選用高精度傳感器的情況下可以檢測高精度的滾動(dòng)位 移。為此，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種高精度滾動(dòng)位移檢測裝置，它可以有效解決高精度位移 檢測的相關(guān)問題，實(shí)現(xiàn)快速高精度位移檢測。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種高精度滾動(dòng)位移檢測裝置，用于解決工業(yè)和控制領(lǐng)域 對高精度位移檢測的需求，實(shí)現(xiàn)快速高精度位移檢測，為民用、軍事和航空航天提供有效的 位移檢測工具。本發(fā)明的技術(shù)方案為本發(fā)明一種高精度滾動(dòng)位移檢測裝置，其特征在于它由以下五部分構(gòu)成滾動(dòng) 輪輥、滾動(dòng)軸承、摩擦輪、碼盤和位移輸出部件。它們之間的位置連接關(guān)系是滾動(dòng)輪輥與滾 動(dòng)軸承和摩擦輪連接，在滾動(dòng)軸承的支撐下帶動(dòng)摩擦輪轉(zhuǎn)動(dòng)；摩擦輪前方通過滾動(dòng)軸承與 滾動(dòng)輪輥的小軸部分相連接，后方與碼盤相連接，并以摩擦力的形式傳遞輸出滾動(dòng)位移給 碼盤；碼盤與摩擦輪和位移輸出部件通過信號線相連接；滾動(dòng)輪輥、滾動(dòng)軸承、摩擦輪之間 的連接通過滾動(dòng)輪輥的小軸部分實(shí)現(xiàn)。
(1)滾動(dòng)輪輥該滾動(dòng)輪輥是一根實(shí)心的臺(tái)階軸。它為本裝置的滾動(dòng)位移輸入件，它與滾動(dòng)軸承 和摩擦輪連接，在滾動(dòng)軸承的支撐下帶動(dòng)摩擦輪轉(zhuǎn)動(dòng)。任何運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)該滾動(dòng)輪輥將產(chǎn)生滾 動(dòng)位移。(2)滾動(dòng)軸承該滾動(dòng)軸承選用常用的市購滾珠軸承，它與滾動(dòng)輪輥的小軸部分靜配合連接，用 于支撐滾動(dòng)輪輥并保證轉(zhuǎn)動(dòng)的平穩(wěn)性。(3)摩擦輪該摩擦輪的結(jié)構(gòu)形狀是中心帶孔的圓環(huán)形件，圓周中部設(shè)置有兩個(gè)相互垂直的螺 釘通孔，圓周外部邊緣倒角，其前方通過滾動(dòng)軸承與滾動(dòng)輪輥的小軸部分相連接，后方與碼 盤相連接，通過摩擦力傳遞的形式輸出滾動(dòng)位移給碼盤，這樣，就可以簡單、有效、精確地輸 出滾動(dòng)位移。(4)碼盤該碼盤是滾動(dòng)位移檢測傳感器，它與摩擦輪和位移輸出部件相連接，以脈沖信號 的形式通過摩擦輪檢測滾動(dòng)輪輥旋轉(zhuǎn)圈數(shù)，并把檢測數(shù)值輸出給位移輸出部件用于計(jì)算最 終位移輸出。(5)位移輸出部件該位移輸出部件是可編程邏輯控制器(PLC)單元，市購產(chǎn)品，用戶通過編程并將 程序?qū)懭隤LC，將滾動(dòng)圈數(shù)轉(zhuǎn)換為位移輸出，實(shí)現(xiàn)高精度滾動(dòng)位移檢測。其中，該滾動(dòng)輪輥大軸部分的直徑尺寸范圍是16 18mm，長度尺寸范圍是300 500mm,小軸部分的尺寸與滾動(dòng)軸承相配。其中，該碼盤為E6A2-CS5C旋轉(zhuǎn)編碼器，每轉(zhuǎn)輸出360個(gè)脈沖。本發(fā)明一種高精度滾動(dòng)位移檢測裝置的工作流程為整個(gè)裝置接通電源后，外部 動(dòng)力位移運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)滾動(dòng)輪輥在旋轉(zhuǎn)軸承的支撐下旋轉(zhuǎn)，將旋轉(zhuǎn)位移傳遞給摩擦輪，摩擦輪 帶動(dòng)碼盤，碼盤以信號脈沖的形式檢測摩擦輪旋轉(zhuǎn)，并將脈沖個(gè)數(shù)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)圈數(shù)由位移 輸出裝置通過程序?qū)⑿D(zhuǎn)圈數(shù)轉(zhuǎn)換成位移后輸出。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及功效是利用滾動(dòng)輪輥將任意形式的位移轉(zhuǎn)化為滾動(dòng)位移，縮小 了裝置正常運(yùn)轉(zhuǎn)所需的空間；采用常用的標(biāo)準(zhǔn)滾動(dòng)軸承，簡化了整個(gè)裝置的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)； 采用碼盤作為位移檢測裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的檢測；而可編程邏輯控制器單元可以通過 編程實(shí)現(xiàn)位移檢測最終輸出量的靈活有效控制。因此，該裝置可以在有限空間內(nèi)檢測任意 大小的位移，且檢測精度很高，而且結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格便宜，兼顧了低成本和快速高精度的特 點(diǎn)ο


圖1為本發(fā)明一種高精度滾動(dòng)位移檢測裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明一種高精度滾動(dòng)位移檢測裝置中滾動(dòng)輪輥的示意圖；圖3a為本發(fā)明一種高精度滾動(dòng)位移檢測裝置中摩擦輪的主視圖；圖北為本發(fā)明一種高精度滾動(dòng)位移檢測裝置中摩擦輪的剖面圖；圖4為本發(fā)明一種高精度滾動(dòng)位移檢測裝置的工作流程圖。
具體實(shí)施例方式為了更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式
詳細(xì)介紹本發(fā) 明。本發(fā)明一種高精度滾動(dòng)位移檢測裝置，其整體結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。該裝置主 要包括以下幾個(gè)部分滾動(dòng)輪輥、滾動(dòng)軸承、摩擦輪、碼盤和位移輸出部件。它們之間的位 置連接關(guān)系是滾動(dòng)輪輥與滾動(dòng)軸承和摩擦輪連接，在滾動(dòng)軸承的支撐下帶動(dòng)摩擦輪轉(zhuǎn)動(dòng)； 摩擦輪前方通過滾動(dòng)軸承與滾動(dòng)輪輥的小軸部分相連接，后方與碼盤相連接，并以摩擦力 的形式傳遞輸出滾動(dòng)位移給碼盤；碼盤與摩擦輪和位移輸出部件通過信號線相連接；滾動(dòng) 輪輥、滾動(dòng)軸承、摩擦輪之間的連接通過滾動(dòng)輪輥的小軸部分實(shí)現(xiàn)。(1)滾動(dòng)輪輥滾動(dòng)輪輥是本裝置的滾動(dòng)位移輸入部件，與滾動(dòng)軸承和摩擦輪連接，在滾動(dòng)軸承 的支撐下帶動(dòng)摩擦輪轉(zhuǎn)動(dòng)。任何運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)該輪輥滾動(dòng)將產(chǎn)生滾動(dòng)位移。本發(fā)明中，滾動(dòng)輪 輥的材料是鋁質(zhì)材料，形狀是臺(tái)階軸，具體形狀請參見圖2，其大軸部分的直徑是17mm，長 度是340mm，小軸部分的尺寸與滾動(dòng)軸承相配。選用鋁質(zhì)可以減輕整個(gè)裝置的重量并降低加 工費(fèi)用。如果輸出位移時(shí)的力矩較大，可以加大圓柱體半徑或采用鋼質(zhì)材質(zhì)。同時(shí)為了進(jìn) 一步降低整個(gè)裝置的重量和成本，可以減小圓柱體半徑或采用工程塑料材質(zhì)。(2)滾動(dòng)軸承滾動(dòng)軸承與滾動(dòng)輪輥連接，用于支撐滾動(dòng)輪輥并保證轉(zhuǎn)動(dòng)的平穩(wěn)性。由于滾動(dòng)輪 輥質(zhì)量較小，因此，選用普通的滾珠軸承完全可以滿足要求。在設(shè)計(jì)和應(yīng)用時(shí)應(yīng)注意滾動(dòng)軸 承的潤滑和有效工作參數(shù)。這里選用滾珠軸承的規(guī)格型號是GB/T276-199462M。(3)摩擦輪摩擦輪前方與滾動(dòng)輪輥相連接、后方與碼盤相連接，主要以摩擦力的形式傳遞輸 出滾動(dòng)位移給碼盤。該摩擦輪的形狀是圓柱形，其結(jié)構(gòu)是圓柱形主體外部邊緣棱角處倒角， 圓周中部設(shè)有兩個(gè)相互垂直的螺釘通孔N.該摩擦輪的具體尺寸為厚度H = 6mm，外徑A = 12mm,中心孔M的內(nèi)徑Φ = 3mm，兩個(gè)相互垂直的螺釘通孔N的內(nèi)徑Φ = 3mm，具體示意圖 請見圖3a、圖北；在輸出力矩較大的情況下，摩擦力傳遞不會(huì)產(chǎn)生滑動(dòng)，可以簡單、有效、精 確地輸出滾動(dòng)位移。在輸出力矩較小的情況下，摩擦力較小，可能會(huì)產(chǎn)生滑動(dòng)，引起滾動(dòng)位 移測量的不精確。此時(shí)，可以用標(biāo)準(zhǔn)齒輪部件代替摩擦輪。在本發(fā)明應(yīng)用的設(shè)備中，采用摩 擦輪的形式已完全可以滿足簡單、有效、精確測量的要求。(4)碼盤本發(fā)明采用碼盤作為滾動(dòng)位移檢測傳感器，前方與摩擦輪連接，感知摩擦輪輸出 的滾動(dòng)位移；后方與位移輸出部件相連接，以脈沖信號的形式檢測滾動(dòng)輪輥旋轉(zhuǎn)圈數(shù)。假 設(shè)碼盤每秒鐘輸出的脈沖數(shù)為n，每轉(zhuǎn)輸出脈沖數(shù)為P，每秒鐘滾動(dòng)輪輥旋轉(zhuǎn)圈數(shù)為m，則碼 盤的檢測精度為m/np。選用合適的碼盤可以精確檢測滾動(dòng)輪輥的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)，并把檢測數(shù)值 輸出給位移輸出部件用于計(jì)算最終位移輸出。本發(fā)明所選用的碼盤為E6A2-CS5C旋轉(zhuǎn)編碼 器，可每轉(zhuǎn)輸出360個(gè)脈沖。(5)位移輸出部件位移輸出部件以可編程邏輯控制器(PLC)單元為基礎(chǔ)并通過編程實(shí)現(xiàn)最終檢測位移的轉(zhuǎn)換和輸出。可在程序單元內(nèi)部將滾動(dòng)圈數(shù)轉(zhuǎn)換為位移輸出，實(shí)現(xiàn)高精度滾動(dòng) 位移檢測。假設(shè)滾動(dòng)輪輥旋轉(zhuǎn)圈數(shù)為m，滾動(dòng)輪輥的半徑為r，則最終的檢測位移輸出為 mXrX6. 28。同時(shí)，由于檢測位移所對應(yīng)的時(shí)間可通過碼盤脈沖數(shù)獲得，因此位移輸出部件還 可以同時(shí)輸出運(yùn)動(dòng)速度、加速度等運(yùn)動(dòng)參量以供各種應(yīng)用需要。該單元是市購西門子PLC產(chǎn)品 ο一種高精度滾動(dòng)位移檢測裝置的工作流程如圖4所示。整個(gè)裝置接通電源后，首 先外部位移運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)滾動(dòng)輪輥在旋轉(zhuǎn)軸承的支撐下旋轉(zhuǎn)，將旋轉(zhuǎn)位移傳遞給摩擦輪；然后， 摩擦輪運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)碼盤；其次，碼盤以信號脈沖的形式檢測摩擦輪旋轉(zhuǎn)，并將脈沖個(gè)數(shù)轉(zhuǎn)換為 旋轉(zhuǎn)圈數(shù)；最后，位移輸出裝置通過程序?qū)⑿D(zhuǎn)圈數(shù)轉(zhuǎn)換成位移后輸出。本發(fā)明可以精確檢 測并輸出滾動(dòng)產(chǎn)生的位移，可廣泛應(yīng)用于工業(yè)掃描成像設(shè)備、高精度傳動(dòng)設(shè)備等工業(yè)與控 制領(lǐng)域。
權(quán)利要求
1.一種高精度滾動(dòng)位移檢測裝置，其特征在于它是由滾動(dòng)輪輥、滾動(dòng)軸承、摩擦輪、 碼盤和位移輸出部件構(gòu)成；滾動(dòng)輪輥與滾動(dòng)軸承和摩擦輪連接，在滾動(dòng)軸承的支撐下帶動(dòng) 摩擦輪轉(zhuǎn)動(dòng)；摩擦輪前方通過滾動(dòng)軸承與滾動(dòng)輪輥的小軸部分相連接，后方與碼盤相連接， 并以摩擦力的形式傳遞輸出滾動(dòng)位移給碼盤；碼盤與摩擦輪和位移輸出部件通過信號線相 連接；滾動(dòng)輪輥、滾動(dòng)軸承、摩擦輪之間的連接通過滾動(dòng)輪輥的小軸部分實(shí)現(xiàn)；所述滾動(dòng)輪輥是一根實(shí)心的臺(tái)階軸，它為本裝置的滾動(dòng)位移輸入件，它與滾動(dòng)軸承和 摩擦輪連接，在滾動(dòng)軸承的支撐下帶動(dòng)摩擦輪轉(zhuǎn)動(dòng)并隨之滾動(dòng)位移；所述滾動(dòng)軸承選用標(biāo)準(zhǔn)滾珠軸承，它與滾動(dòng)輪輥的小軸部分靜配合連接，用于支撐滾 動(dòng)輪輥并保證轉(zhuǎn)動(dòng)的平穩(wěn)性；所述摩擦輪的結(jié)構(gòu)形狀是中心帶孔的圓環(huán)形件，圓周中部設(shè)置有兩個(gè)相互垂直的螺釘 通孔，圓周外部邊緣倒角，其前方通過滾動(dòng)軸承與滾動(dòng)輪輥的小軸部分相連接，后方與碼盤 相連接，并通過摩擦力傳遞的形式輸出滾動(dòng)位移給碼盤；所述碼盤是滾動(dòng)位移檢測傳感器，它與摩擦輪和位移輸出部件相連接，以脈沖信號的 形式通過摩擦輪檢測滾動(dòng)輪輥旋轉(zhuǎn)圈數(shù)，并把檢測數(shù)值輸出給位移輸出部件用于計(jì)算最終 位移輸出；所述位移輸出部件是可編程邏輯控制器，即PLC單元，用戶通過編程并將程序?qū)懭?PLC,將滾動(dòng)圈數(shù)轉(zhuǎn)換為位移輸出，實(shí)現(xiàn)高精度滾動(dòng)位移檢測。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高精度滾動(dòng)位移檢測裝置，其特征在于該滾動(dòng)輪輥大 軸部分的直徑尺寸范圍是16 18mm，長度尺寸范圍是300 500mm，小軸部分的尺寸與滾 動(dòng)軸承相配。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高精度滾動(dòng)位移檢測裝置，其特征在于該碼盤為 E6A2-CS5C旋轉(zhuǎn)編碼器，每轉(zhuǎn)輸出360個(gè)脈沖。
全文摘要
一種高精度滾動(dòng)位移檢測裝置，它是由滾動(dòng)輪輥、滾動(dòng)軸承、摩擦輪、碼盤和位移輸出部件構(gòu)成；滾動(dòng)輪輥與滾動(dòng)軸承和摩擦輪連接，在滾動(dòng)軸承的支撐下帶動(dòng)摩擦輪轉(zhuǎn)動(dòng)；摩擦輪前方通過滾動(dòng)軸承與滾動(dòng)輪輥的小軸部分相連接，后方與碼盤相連接，并以摩擦力的形式傳遞輸出滾動(dòng)位移給碼盤；碼盤與摩擦輪和位移輸出部件通過信號線相連接；滾動(dòng)輪輥、滾動(dòng)軸承、摩擦輪之間的連接通過滾動(dòng)輪輥的小軸部分實(shí)現(xiàn)；該裝置構(gòu)思科學(xué)，構(gòu)造簡單，采用碼盤以脈沖方式檢測滾動(dòng)位移，兼顧了低成本和快速高精度的特點(diǎn)。本發(fā)明可應(yīng)用于工業(yè)掃描成像設(shè)備、高精度傳動(dòng)設(shè)備等工業(yè)與控制領(lǐng)域，具有廣闊的市場前景與應(yīng)用價(jià)值。
文檔編號G01B21/06GK102095394SQ20101054384
公開日2011年6月15日 申請日期2010年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月15日
發(fā)明者吳金中, 周付根, 孟偲, 張曉振, 白相志, 龔幼平 申請人:北京航空航天大學(xué)