一种非接触式高精度回转体零件直径自动测量仪的制作方法

本发明涉及电子技术领域，具体涉及一种非接触式高精度回转体零件直径自动测量仪。

背景技术：

目前，在机械加工的时候，会对一些不规则的回转体机械零件进行测量，目前采用的方法基本为接触式测量，大部分采用的还是传统的人工测量，接触式测量会容易破坏零件表面，形成刮痕，影响零件的质量；同时，采用人工进行测量，效率低，测量精度有限，由于零件的不规则性，测量难度大。

技术实现要素：

本发明的目的在于：提供一种非接触式高精度回转体零件直径自动测量仪，解决了采用非接触式测量方式测量不规则回转零件的直径时测量精度低的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种非接触式高精度回转体零件直径自动测量仪，包括机架，所述机架上设置有升降机构及其驱动装置步进电机，所述升降机构下方同一水平面上固定设置有光电开关和激光扫描测径仪，所述机架上还设置有竖直放置待测零件的夹持装置，所述光电开关以及激光扫描测径仪在竖直方向上的移动范围大于零件的竖直放置的高度，所述步进电机通过驱动电路连接单片机，所述光电开关和激光扫描测径仪均连接单片机。

进一步的，所述驱动电路的具体结构如下：

单片机的p0.0端通过反相器u3分别连接电阻r1的一端和三极管q1的基极，所述电阻r1的另一端连接5v电源，所述三极管q1的集电极通过电阻r2连接5v电源，所述三极管q1的发射极连接光电隔离芯片u1a的1端，所述光电隔离芯片u1a的2端接地，所述光电隔离芯片u1a的3端通过电阻r3连接25v电源，所述光电隔离芯片u1a的4端连接三极管q2的基极，所述三极管q2的发射极接地，所述三极管q2的集电极分别连接电阻r5的一端、电容c1的一端和电阻r7的一端，所述电阻r5的另一端连接分别连接电阻r6的一端和电容c1的另一端，所述电阻r6的另一端通过步进电机中的电感l1连接25v电源，所述r7的另一端连接二极管d1的阳极，所述二极管d2的阴极连接25v电源；

所述单片机的p2.1反相器u4分别连接电阻r8的一端和三极管q3的基极，所述电阻r8的另一端连接5v电源，所述三极管q3的集电极通过电阻r9连接5v电源，所述三极管q3的发射极连接光电隔离芯片u2a的1端，所述光电隔离芯片u2a的2端接地，所述光电隔离芯片u2a的3端通过电阻r10连接25v电源，所述光电隔离芯片u2a的4端连接三极管q2的基极，所述三极管q2的发射极接地，所述三极管q4的集电极分别连接电阻r12的一端、电容c2的一端和电阻r14的一端，所述电阻r12的另一端连接分别连接电阻r13的一端和电容c2的另一端，所述电阻r13的另一端通过步进电机中的电感l4连接25v电源，所述r14的另一端连接二极管d4的阳极，所述二极管d4的阴极连接25v电源。

进一步的，所述升降机构包括固定螺杆，所述固定螺杆上段配合设置有固定螺母，所述固定螺杆下段配合设置有活动螺母，所述活动螺母与滑块固定连接，所述机架上设置有导轨，所述滑块在所述导轨上滑动，所述滑块上固定连接光电开关和激光扫描测径仪。

进一步的，所述激光扫描测径仪包括激光发射端和激光接收端，所述激光发射端和激光接收端相对设置，所述待测零件设置在激光发射端和激光接收端之间。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1.该测量仪采用非接触式测量方法，不对零件表面产生任何损伤，通过控制步进电机，可控制仪器进行自动测量，减少人工测量带来的麻烦。

2.采用该步进电机驱动电路，使步进电机在单片机的控制下，随不同脉冲信号实现正转、反转、加速、减速和停止等动作，控制精度高，控制灵敏。

3.该升降机构采用的是差动螺旋传动的方式，螺杆分别与活动螺母和固定螺母组成两个螺旋副，固定螺母不能移动，活动螺母不能旋转而只能带动滑块在导轨上做升降运动，螺杆每转动1圈，活动螺母实际移动距离为两段螺纹导程之差，当螺距选择恰当且螺距差较小时，通过活动螺母就能够实现竖直方向上的微小移动，实现难度小，定位精度高。

4.采用激光扫描测径仪，不需要遵守阿贝原则，测量方便。

5.单片机控制步进电机带动升降机构向下运动，使光电开关在竖直方向上向下移动，当光电开关光束刚好移动到工件顶端时，光束被遮挡，光电开关将信号传给单片机，单片机根据测量需求(例如测量离端面3mm处的直径)，控制步进电机继续向下移动，到达测量位置后停止移动，并控制激光扫描测径仪进行测量；测量精度高。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的整体结构图；

图3是本发明驱动电路的电路图；

附图标记：1-机架，2-步进电机，3-螺杆，4-固定螺母，5-活动螺母，6-导轨，7-滑块，8-激光发射端，9-激光接收端，10-光电开关，11-连接臂，12-待测零件，13-夹持装置。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

下面结合图1-3对本发明作详细说明。

具体实施例1

一种非接触式高精度回转体零件直径自动测量仪，包括机架1，机架1包括水平放置的机座和竖直放置的支撑结构，升降机构及其驱动装置设置在支撑结构上，驱动机构采用步进电机2驱动；所述升降机构下方同一水平面上固定设置有光电开关10和激光扫描测径仪，所述机座上还设置有竖直放置待测零件12的夹持装置，所述光电开关10以及激光扫描测径仪在竖直方向上的移动范围大于零件的竖直放置的高度，所述步进电机通过驱动电路连接单片机，所述光电开关和激光扫描测径仪均连接单片机。

该仪器最重要的两部分——定位和测量，定位主要采用升降装置(差动螺旋传动)和光电开关10配合，由步进电机2带动螺杆3转动，螺杆3带动可动螺母运动，从而带动滑块7在导轨6上运动，使光电开关10和激光扫描测径仪到达指定的位置，以完成定位；测量采用的是激光扫描测径仪，该方法是非接触测量，而且测量精度很高。整台仪器尺寸为300mm×260mm×340mm，属于小型的测量仪器。待测零件12是竖直摆放的，所以仪器整个运动部件的运动方向也是竖直的。

具体实施例2

驱动电路的为：单片机采用的型号为：at89c2051，晶振频率为22mhz，单片机的p0.0端通过反相器u3分别连接电阻r1的一端和三极管q1的基极，反相器采用的信号为74ls14，所述电阻r1的另一端连接5v电源，所述三极管q1的集电极通过电阻r2连接5v电源，所述三极管q1的发射极连接光电隔离芯片u1a的1端，所述光电隔离芯片u1a的2端接地，所述光电隔离芯片u1a的3端通过电阻r3连接25v电源，所述光电隔离芯片u1a的型号为tpls21-1，所述光电隔离芯片u1a的4端连接三极管q2的基极，所述三极管q2的发射极接地，所述三极管q2的集电极分别连接电阻r5的一端、电容c1的一端和电阻r7的一端，所述电阻r5的另一端连接分别连接电阻r6的一端和电容c1的另一端，所述电阻r6的另一端通过步进电机中的电感l1连接25v电源，所述r7的另一端连接二极管d1的阳极，所述二极管d2的阴极连接25v电源；

所述单片机的p2.1反相器u4分别连接电阻r8的一端和三极管q3的基极，所述电阻r8的另一端连接5v电源，所述三极管q3的集电极通过电阻r9连接5v电源，所述三极管q3的发射极连接光电隔离芯片u2a的1端，所述光电隔离芯片u2a的2端接地，所述光电隔离芯片u2a的3端通过电阻r10连接25v电源，所述光电隔离芯片u2a的4端连接三极管q2的基极，所述三极管q2的发射极接地，所述三极管q4的集电极分别连接电阻r12的一端、电容c2的一端和电阻r14的一端，所述电阻r12的另一端连接分别连接电阻r13的一端和电容c2的另一端，所述电阻r13的另一端通过步进电机中的电感l4连接25v电源，所述r14的另一端连接二极管d4的阳极，所述二极管d4的阴极连接25v电源；所述反相器u4和光电隔离芯片u2a的型号分别与反相器u1和光电隔离芯片u1a的型号相同。

工作原理：单片机将脉冲从p0.0和p2.1端口输出，经反相器反相后输入三极管后控制光电开关，光电隔离后，由光电隔离芯片中的功率管将脉冲信号进行电压和电流的放大，驱动步进电机的各相绕组。

r6和r13为步进电机绕组的电阻，电阻r5和r12为外接电阻，起限流作用，同时改善回路时间常数，二极管d1和d4为续流二极管，使电机绕组产生的反电动势通过续流二极管衰减掉，从而保护功率管不受损坏。

电容c1和c4可以改善注入步进电机绕组的电流脉冲前沿，提高步进电机的高频性能。

具体实施例3

所述升降机构包括固定螺杆3，所述固定螺杆3上段配合设置有固定螺母4，固定螺母4固定设置在机架1上，所述固定螺杆3下段配合设置有活动螺母5，所述活动螺母5与滑块7固定连接，所述机架1上设置有导轨6，所述滑块7在所述导轨6上滑动，所述滑块7上固定连接光电开关10和激光扫描测径仪；所述激光扫描测径仪包括激光发射端8和激光接收端9，所述激光发射端8和激光接收端9通过连接臂11相对设置，所述待测零件12设置在激光发射端8和激光接收端9之间。

具体实施例4

由于被测零件的截面为圆形，因此夹持装置采用圆形的夹持台，将待测零件12放入夹持台，夹持台上设置有调节螺母，用于将待测零件12进行固定。

本发明的工作原理为：

根据工件的长短，将测量部分移至相应的高度(该高度需大于工件长度)；夹持好工件后，单片机控制步进电机，使光电开关在竖直方向向下移动，当光电开关光束刚好移动到被测零件顶端时，光束被遮挡，光电开关将信号发送至单片机，单片机根据测量需求(例如测量离端面3mm处的直径)，控制步进电机继续向下移动，到达测量位置后停止移动，由于激光扫描测径仪和光电开关发出的光束需要在同一水平面，所以现在停止的水平面即为激光扫描测径仪的工作平面，从而测得固定位置上的直径的大小。