一種直線和角度位移傳感器測量系統(tǒng)及其測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及測量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種直線和角度位移傳感器測量系統(tǒng)及其測量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在工業(yè)應(yīng)用中，通常會大量使用直線運動和旋轉(zhuǎn)運動位移傳感器，這些傳感器有基于變阻器式的電子尺和角度傳感器、磁致伸縮式位移傳感器、電感式的差動變壓器、基于光電編碼盤的角度傳感器等，這些位移傳感器使用一定時間后需要重新標(biāo)定和檢測，獲得位移傳感器的靜態(tài)特性和動態(tài)特性，而這種檢測需要專用儀器設(shè)備。同時，在教學(xué)實踐過程中，也需專用儀器設(shè)備開展實驗教學(xué)對位移傳感器進行標(biāo)定來講解靜態(tài)標(biāo)定過程，增強靈敏度、分辨率、線性度和回程誤差等特性的理解，同時需要通過動態(tài)標(biāo)定來理解傳感器的動態(tài)特性;但通常采用需要直線位移傳感器和角度位移傳感器兩套儀器來實現(xiàn)，增加了成本和占地空間，檢測難度較大、步驟復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提出一種降低成本和節(jié)約占地空間的直線和角度位移傳感器測量系統(tǒng)。
[0004]本發(fā)明的另一個目的在于提出一種可以同時測量直線和角度位移傳感器的測量方法。
[0005]為達此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0006]—種直線和角度位移傳感器測量系統(tǒng)，包括伺服電機、滾珠絲杠、螺母滑塊、絲杠固定座、聯(lián)軸器、角度位移傳感器、標(biāo)準(zhǔn)光柵尺和被測直線位移傳感器；
[0007]所述滾珠絲杠穿過所述螺母滑塊，且兩端分別安裝所述絲杠固定座，所述伺服電機和所述角度位移傳感器通過所述聯(lián)軸器分別安裝于所述絲杠固定座上，所述滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)帶動所述角度位移傳感器同步運動;所述標(biāo)準(zhǔn)光柵尺和所述被測直線位移傳感器分別通過連接磁鐵的磁力而被所述螺母滑塊驅(qū)動。
[0008]進一步說明，所述被測角度傳感器一端的所述絲杠固定座和所述連接磁鐵之間設(shè)有擋塊，所述擋塊可放過所述螺母滑塊但將所述連接磁鐵限位。
[0009]進一步說明，所述絲杠傳動桿兩端的所述絲杠固定座分別安裝接近開關(guān)，當(dāng)所述螺母滑塊接近任一所述接近開關(guān)時，所述接近開關(guān)發(fā)出信號控制伺服電機急停。
[0010]進一步說明，所述直線和角度位移傳感器測量系統(tǒng)通過A/D和D/A轉(zhuǎn)換器連接計算機，所述計算機設(shè)有控制器。
[0011]進一步說明，所述直線和角度位移傳感器測量系統(tǒng)外圍還有臺架。
[0012]優(yōu)選的，所述標(biāo)準(zhǔn)光柵尺的長為0.4-0.6m。
[0013]進一步說明，所述滾珠絲杠為雙絲杠螺母墊片調(diào)隙式結(jié)構(gòu)。
[0014]進一步說明，所述伺服電機通過計算機和所述控制器發(fā)出的控制指令驅(qū)動產(chǎn)生不同速度和不同波形的運動。
[0015]進一步說明，所述標(biāo)準(zhǔn)光柵尺、所述被檢測直線位移傳感器和所述角度位移傳感器的輸出在線顯示和繪圖于計算機系統(tǒng)的界面上;所述被檢測直線位移和角度位移傳感器的性能測試結(jié)果通過計算機顯示和存儲。
[0016]使用上述的一種直線和角度位移傳感器測量系統(tǒng)的測量方法，包括如下步驟:
[0017](I)所述伺服電機轉(zhuǎn)動，通過所述聯(lián)軸器帶動所述滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)；
[0018](2)所述滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)帶動所述螺母滑塊直線運動；
[0019](3)所述螺母滑塊通過連接磁鐵的磁力驅(qū)動所述標(biāo)準(zhǔn)光柵尺的檢測頭，檢測所述角度位移傳感器的運動;或所述螺母滑塊通過連接磁鐵的磁力驅(qū)動所述標(biāo)準(zhǔn)光柵尺和所述被測直線位移傳感器的檢測頭，檢測所述被測直線位移傳感器的運動。
[0020](4)所述角度位移傳感器、所述標(biāo)準(zhǔn)光柵尺和所述被測直線位移傳感器的輸出經(jīng)過A/D和D/A轉(zhuǎn)換器進入計算機，對關(guān)于所述角度位移傳感器或所述被測直線位移傳感器的測試數(shù)據(jù)進行保存、繪圖、計算、擬合、性能分析。
[0021](5)通過所述計算機和所述控制器發(fā)出的控制指令驅(qū)動所述伺服電機產(chǎn)生不同速度和不同波形的運動，實現(xiàn)對所述角度位移傳感器或所述被測直線位移傳感器的靜態(tài)測試和動態(tài)測試。
[0022]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明通過應(yīng)用所述標(biāo)準(zhǔn)光柵尺7作為標(biāo)準(zhǔn)直線位移傳感器，結(jié)合伺服電機I和滾珠絲杠2的運動控制形式，建立綜合性能的直線位移和角度位移傳感器的測量系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)高精度和高分辨率的測量通用直線位移傳感器和角度位移傳感器，其測量精度為0.1級，測量分辨率為I微米，測量速度可以達到10米/分鐘，同時降低成本和節(jié)約占地空間。
【附圖說明】
[0023]圖1是本發(fā)明一個實施例的一種直線和角度位移傳感器測量系統(tǒng)的原理圖；
[0024]圖2是本發(fā)明一個實施例的雙絲杠螺母墊片調(diào)隙式結(jié)構(gòu)；
[0025]其中:伺服電機I，滾珠絲杠2，螺母滑塊3，絲杠固定座4，擋塊41，接近開關(guān)42，聯(lián)軸器5，角度位移傳感器6，標(biāo)準(zhǔn)光柵尺7，被測直線位移傳感器8，連接磁鐵9，轉(zhuǎn)換器1，計算機11，臺架12，螺母a，墊片S。
【具體實施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖并通過【具體實施方式】來進一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0027]如圖1所示，一種直線和角度位移傳感器測量系統(tǒng)，包括伺服電機1、滾珠絲杠2、螺母滑塊3、絲杠固定座4、聯(lián)軸器5、角度位移傳感器6、標(biāo)準(zhǔn)光柵尺7和被測直線位移傳感器8;
[0028]所述滾珠絲杠2穿過所述螺母滑塊3，且兩端分別安裝所述絲杠固定座4，所述伺服電機I和所述角度位移傳感器6通過所述聯(lián)軸器5分別安裝于所述絲杠固定座4上，所述滾珠絲杠2旋轉(zhuǎn)帶動所述角度位移傳感器6同步運動;所述標(biāo)準(zhǔn)光柵尺7和所述被測直線位移傳感器8分別通過連接磁鐵9的磁力而被所述螺母滑塊3驅(qū)動。
[0029]本發(fā)明由所述伺服電機I旋轉(zhuǎn)通過所述聯(lián)軸器5帶動所述滾珠絲杠2旋轉(zhuǎn)，使所述螺母滑塊3沿絲杠方向作直線運動，所述標(biāo)準(zhǔn)光柵尺7和所述被測直線位移傳感器8的檢測頭分別通過連接磁鐵9的磁力而被所述螺母滑塊3驅(qū)動同步運動，檢測所述被測直線位移傳感器8的運動，當(dāng)所述伺服電機I以一定的低速運動，則可測量被測直線位移傳感器8的靜態(tài)特性，進行對其的靜態(tài)標(biāo)定，而伺服電機I以不同的高速運動，則可測量所述被測直線位移傳感器8的動態(tài)特性，對其進行動態(tài)標(biāo)定。
[0030]另外，以伺服電機I的不同速度的旋轉(zhuǎn)帶動所述滾珠絲杠2旋轉(zhuǎn)，使所述螺母滑塊3沿絲杠方向作直線運動;所述滾珠絲杠2旋轉(zhuǎn)帶動所述角度位移傳感器6同步運動，所述螺母滑塊3通過連接磁鐵9的磁力驅(qū)動所述標(biāo)準(zhǔn)光柵尺7的檢測頭，檢測所述角度位移傳感器6的運動。即通過所述標(biāo)準(zhǔn)光柵尺7測量螺母滑塊3的直線位移，將所述角度位移傳感器6的旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動，即將角度位移α轉(zhuǎn)化為直線位移X，根據(jù)如下式:α = 2πχ/λ，即標(biāo)準(zhǔn)光柵尺的直線位移除以絲杠導(dǎo)程即可獲得被檢測角度位移傳感器的角度α。參照直線位移傳感器的檢測相應(yīng)地進行性能檢測和分析、標(biāo)定和性能分析、重復(fù)特性和回程誤差的檢測，實現(xiàn)所述角度傳感器6的靜態(tài)標(biāo)定和動態(tài)標(biāo)定。
[0031]因此本發(fā)明通過應(yīng)用所述標(biāo)準(zhǔn)光柵尺7作為標(biāo)準(zhǔn)直線位移傳感器，結(jié)合伺服電機I和滾珠絲杠2的運動控制形式，建立綜合性能的直線位移和角度位移傳感器的測量系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)高精度和高分辨率的測量通用直線位移傳感器和角度位移傳感器，其測量精度為
0.1級，測量分辨率為I微米，測量速度可以達到10米/分鐘，同時降低成本和節(jié)約占地空間。
[0032]所述連接磁鐵9作為連接元件將連接所述被檢測直線位移和角度位移傳感器與所述標(biāo)準(zhǔn)光柵尺連接一起。當(dāng)所述連接磁鐵9與所述螺母滑塊3沿所述滾珠絲杠2的方向作同步的直線運動時，可使所述標(biāo)準(zhǔn)光柵尺7與所述被測直線位移傳感器8的直線位移保持相對應(yīng)，提高測量的準(zhǔn)確度。所述直線和角度位移傳感器測量系統(tǒng)可通過同一個所述標(biāo)準(zhǔn)光柵尺7，分別檢測所述被測直線位移傳感器8和所述角度位移傳感器6，使對兩者的測量更加準(zhǔn)確方便。
[0033]進一步說明，所述被測角度傳感器6—端的所述絲杠固定座4和所述連接磁鐵9之間設(shè)有擋塊41，所述擋塊41可放過所述螺母滑塊3但將所述連接磁鐵9限位。
[0034]由于所述標(biāo)準(zhǔn)光柵尺7和所述被測直線位移傳感器8的動尺頭通過所述連接磁鐵9于所述螺母滑塊3連接在一起，并隨之沿所述滾珠絲杠2的方向同步運動，設(shè)置所述擋塊41，所述兩塊擋塊41間距等于或大于所述螺母滑塊3的寬度，小于所述標(biāo)準(zhǔn)光柵尺7與所述被測直線位移傳感器8的間距；則當(dāng)所述伺服電機I運行帶動所述螺母滑塊3超過所述標(biāo)準(zhǔn)光柵尺7和被測直線位移傳感器8的行程極限時，則所述連接磁鐵9能及時受到所述擋塊41的阻隔而停止，使其與所述螺母滑塊3分離，即使伺服電機I帶動所述螺母滑塊3向前運動，而所述螺母滑塊3與所述動尺頭已經(jīng)脫開，從而保障兩個位移傳感器的安全。因此所述擋塊41和連接磁鐵9一起起到保護位移傳感器的作用，此外所述連接磁鐵9還起到導(dǎo)桿和連接的作用，同時具有方便連接和拆卸作用。
[0035]進一步說明，所述絲杠傳動桿2兩端的所述絲杠固定座4分別安裝接近開關(guān)42，當(dāng)所述螺母滑塊3接近任一所述接近開關(guān)42時，所述接近開關(guān)42發(fā)出信號控制伺服電機I急停，起到保護電機和整個測量裝置的作用。
[0036]在所述計算機11可根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)直線位移傳感器的量程范圍設(shè)置伺服電機I的運動極限，并在所述絲杠固定座4設(shè)有對應(yīng)的接近開關(guān)42，因此當(dāng)計算機11檢測異常時，可通過接近開關(guān)42的感應(yīng)檢測，發(fā)出信號控制伺服電機I急停，即強行停止伺服電機轉(zhuǎn)動，從而保證行程極限的安全，不損壞位移傳感器。