新型高精度高稳度脉冲型光电轴径测量系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种脉冲型光电轴径测量系统，尤其涉及一种对待测轴表面没有损伤，且不需要参考板匀速运动的高精度高稳定性脉冲型光电轴径测量系统。
【背景技术】
[0002]轴类零件是五金配件中经常遇到的典型零件之一，它们在机器中用来支承齿轮、带轮等传动零件，以传递转矩和承受载荷。由于轴类零件被使用的广泛性和普遍性，在轴径测量时对它们的尺寸精度有着极高要求，它们的质量会直接影响到产品的安全系数和使用寿命O
[0003]目前，工业界有很多种用于轴径测量的方法，其中以人工测量、机械测量和光学非接触测量为主。人工测量的精度较差，误差较大，检测的数据易受到人的身体状况、工作环境、掌握的技能所影响。且因为工作量太大，无法对每个零件的轴径进行测量，所以无法满足大规模企业零件加工的要求。机械测量通过接触传感器结合运动机构接触待测轴类部件，经过一系列运算反馈待检测项目轴径。但这种方法需要用刚性探测头接触被测物，容易对被测物表面造成划伤，并且结构复杂、成本较高。
[0004]由于光学非接触式测量具有速度快、精度高对被测物无损害等优点，近年来已经被较多运用到轴径测量领域。基于非接触光电检测的脉冲型轴径测量系统将带测量转换为参考板运动速度、脉冲持续时间等参量，对光源、探测器等器件及光路的要求比其他光强型检测系统要低，但是它要求参考板匀速直线运动，实现起来较为困难，因此在精度上有所受限，极不稳定。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种脉冲型光电轴径测量仪器，它能将待测物理量直接转换为光栅周期、脉冲个数等参量，从而不需要参考板匀速直线运动，也不需要接触待测物体，就能快速、高精度地测量出轴径。
[0006]本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:一种脉冲型光电轴径测量系统，包括扩束凸透镜，所述扩束凸透镜前侧焦点处具有光源，后侧依次设有平行的前参考板和后参考板；所述前参考板的上半部分透光，下半部分刻有第一计数光栅；所述后参考板上半部分不透光，并在靠近顶端的位置开有一通光孔，下半部分刻有第二计数光栅；所述第一计数光栅和第二计数光栅结构相同，占空比均为；后参考板的上半部分后侧设有第一会聚凸透镜，在第一会聚凸透镜的后侧焦点处设有第一光电探测器，第一光电探测器的两端接入第一光电输入电路，第一光电输入电路的输出端与第一与非逻辑门相连；后参考板的下半部分后侧设有第二会聚凸透镜，在第二会聚凸透镜的后侧焦点处设有第二光电探测器，第二光电探测器的两端接入第二光电输入电路，第二光电输入电路的输出端和第一与非逻辑门的输出端均接入第二与非逻辑门，第二与非逻辑门的输出端连接计数运算器；所述第一光电输入电路和第二光电输入电路均由依次串联的运算放大器和电压比较器组成；
[0007]待测样品置于前参考板和后参考板之间的上半空间的通光孔以下的位置，前参考板和待测样品固定不动，当沿测长方向移动后参考板时，使得通光孔被由透光状态进入被待测样品遮挡区域，并再次进入透光区域，第一光电输入电路将依次输出高电平-低电平-高电平；同时，当第一计数光栅和第二计数光栅通路相重合时，光能够通过后参考板的下半部，第二光电输入电路输出高电平，当第一计数光栅和第二计数光栅错位时，第二光电输入电路输出低电平，如此交错第二光电输入电路将输出一系列脉冲；第一光电输入电路的输出信号取“与非”后与第二光电输入电路的输出信号相“与非”，传入计数运算器，上升沿触发计数运算器加一，从而得到脉冲的个数N ;光栅常数为d，则可求得待测样品I的轴径L 为:L = NXcL
[0008]本发明的有益效果如下:
[0009]1、高精度、高稳度:由于不需要要求参考板匀速运动，大大提高测量精度和稳定性，基本满足超精密加工过程中的轴径检测精度需求。
[0010]2、实时测量:由于参考板运动速度较快，探测器具有较短的反应时间，且测量中无需机械扫描，可以达到很快的测量速度，能为加工流程节省很多时间。
[0011]3、造价低廉:装置简单，不需要大规模机械检测平台，节省成本。
[0012]4、对样品无损伤:非接触的光学测量方法对样品做到了很好的保护。
【附图说明】
[0013]图1新型脉冲型光电轴径测量系统的结构原理图；
[0014]图2新型脉冲型光电轴径测量系统工作原理的波形图；
[0015]图中，待测样品1、通光孔2、第一会聚凸透镜3、第一光电探测器4、第一光电输入电路5、第一与非逻辑门6、第二与非逻辑门7、计数运算器8、第二光电输入电路9、第二光电探测器10、第一会聚凸透镜11、后参考板12、第一计数光栅13、前参考板14、扩束凸透镜15、光源16、第二计数光栅17。
【具体实施方式】
[0016]如图1所示，本发明脉冲型光电轴径测量系统，包括扩束凸透镜15，所述扩束凸透镜15前侧焦点处具有光源16，后侧依次设有平行的前参考板14和后参考板12 ;所述前参考板14的上半部分透光，下半部分刻有第一计数光栅13 ;所述后参考板12上半部分不透光，并在靠近顶端的位置开有一通光孔2，下半部分刻有第二计数光栅17 ;所述第一计数光栅13和第二计数光栅17结构相同，占空比均为I ;后参考板12的上半部分后侧设有第一会聚凸透镜3，在第一会聚凸透镜3的后侧焦点处设有第一光电探测器4，第一光电探测器4的两端接入第一光电输入电路5，第一光电输入电路5的输出端与第一与非逻辑门6相连；后参考板12的下半部分后侧设有第二会聚凸透镜11，在第二会聚凸透镜11的后侧焦点处设有第二光电探测器10，第二光电探测器10的两端接入第二光电输入电路9，第二光电输入电路9的输出端和第一与非逻辑门6的输出端均接入第二与非逻辑门7，第二与非逻辑门7的输出端连接计数运算器8。所述第一光电输入电路5和第二光电输入电路9均由依次串联的运算放大器和电压比较器组成。所述运算放大器可采用ICL7650;所述电压比较器可采用LM339。
[0017]本发明脉冲型光电轴径测量系统的工作过程如下:
[0018]首先光源16位于扩束凸透镜15的焦点处以产生平行光，然后将待测样品I置于前参考板14和后参考板12之间的上半空间的通光孔2以下的位置，保持待测轴径方向与参考板平行并处于光线主平面内。平行光入射时，前参考板14和待测样品I固定不动，后参考板12可沿测长方向(如附图1为上下)移动，光透过前参考板14的上半部分，当通光孔2在透光范围时，光通过通光孔2并经第一会聚凸透镜3聚焦到第一光电探测器4，此时第一光电输入电路5输出高电平；当沿测长方向移动后参考板12，使得通光孔2被待测样品I遮挡时，第一光电探测器4无法接收到光信号，第一光电输入电路5输出低电平。同时，当第一计数光栅13和第二计数光栅17通路相重合时，光能够通过后参考板12的下半部，经过第二会聚凸透镜11汇聚到第二光电探测器10，第二光电输入电路9输出高电平，当第一计数光栅13和第二计数光栅17错位时，第二光电输入电路9输出低电平。
[0019]如图2所不，当移动后参考板12时，第二光电输入电路9输出一系列脉冲，第一光电输入电路5的输出信号取“与非”后与第二光电输入电路9的输出信号相“与非”，传入计数运算器8，上升沿触发计数运算器8加一，从而得到脉冲的个数N。光栅常数为d，则可求得待测样品I的轴径L为:L = NX d。
【主权项】
1.一种脉冲型光电轴径测量系统，其特征在于，包括扩束凸透镜(15)，所述扩束凸透镜(15)前侧焦点处具有光源(16)，后侧依次设有平行的前参考板(14)和后参考板(12)；所述前参考板(14)的上半部分透光，下半部分刻有第一计数光栅(13);所述后参考板(12)上半部分不透光，并在靠近顶端的位置开有一通光孔(2)，下半部分刻有第二计数光栅(17);所述第一计数光栅(13)和第二计数光栅(17)结构相同，占空比均为⑴；后参考板(12)的上半部分后侧设有第一会聚凸透镜(3)，在第一会聚凸透镜(3)的后侧焦点处设有第一光电探测器(4)，第一光电探测器(4)的两端接入第一光电输入电路(5)，第一光电输入电路(5)的输出端与第一与非逻辑门(6)相连；后参考板(12)的下半部分后侧设有第二会聚凸透镜(11)，在第二会聚凸透镜(11)的后侧焦点处设有第二光电探测器(10)，第二光电探测器(10)的两端接入第二光电输入电路(9)，第二光电输入电路(9)的输出端和第一与非逻辑门(6)的输出端均接入第二与非逻辑门(7)，第二与非逻辑门(7)的输出端连接计数运算器⑶；所述第一光电输入电路(5)和第二光电输入电路(9)均由依次串联的运算放大器和电压比较器组成； 待测样品⑴置于前参考板(14)和后参考板(12)之间的上半空间的通光孔(2)以下的位置，前参考板(14)和待测样品(I)固定不动，当沿测长方向移动后参考板(12)时，使得通光孔(2)被由透光状态进入被待测样品(I)遮挡区域，并再次进入透光区域，第一光电输入电路(5)将依次输出高电平-低电平-高电平；同时，当第一计数光栅(13)和第二计数光栅(17)通路相重合时，光能够通过后参考板(12)的下半部，第二光电输入电路(9)输出高电平，当第一计数光栅(13)和第二计数光栅(17)错位时，第二光电输入电路(9)输出低电平，如此交错第二光电输入电路(9)将输出一系列脉冲；第一光电输入电路(5)的输出信号取“与非”后与第二光电输入电路(9)的输出信号相“与非”，传入计数运算器(8)，上升沿触发计数运算器(8)加一，从而得到脉冲的个数N;光栅常数为d，则可求得待测样品(I)的轴径L为:L = NXdo
【专利摘要】本发明公开了一种新型高精度高稳度脉冲型光电轴径测量系统，包括扩束凸透镜，扩束凸透镜前侧焦点处具有光源，后侧依次设有平行的前参考板和后参考板；前参考板的上半部分透光，下半部分刻有第一计数光栅；后参考板上半部分不透光，并在靠近顶端的位置开有一通光孔，下半部分刻有第二计数光栅；后参考板的上半部分后侧设有第一会聚凸透镜，在第一会聚凸透镜的后侧焦点处设有第一光电探测器，后参考板的下半部分后侧设有第二会聚凸透镜，在第二会聚凸透镜的后侧焦点处设有第二光电探测器；本发明不需要要求参考板匀速运动，大大提高测量精度和稳定性，基本满足超精密加工过程中的轴径检测精度需求。
【IPC分类】G01B11-08
【公开号】CN104776806
【申请号】CN201510160227
【发明人】汪凯巍, 张鹏, 徐晨, 陆婷
【申请人】浙江大学
【公开日】2015年7月15日
【申请日】2015年4月7日