专利名称：非接触式换向器片间位移测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电动工具的测量领域，尤其涉及一种非接触式换向器片间位移测
量装置。
背景技术：
在我们日常生活中经常会使用到电动工具、健身器具等产品，由于该类机械运动的产品在使用过程中由于机械防护的无效或不合理的原因，可能会对人身产生危害。为了将此类危害降低至最小，相应的国内外安全标准中都对产品的运动部件制动时间、运动速度、材料变形量都会提出相应的防护要求，由于我们经常会涉及短时运行时间、非接触高速运速度及微小位移变化量的测试，由于该类运动变化量极其微小，并且无法接触测量，如果采用传统的检测方法将无法满足要求。传统的形状轮廓测试仪器如圆度仪、偏摆仪等，其探头通常是采用接触式位称传感器、在一定的测试压力下对被测工件表面进行测量。但是受各种条件限制，如工作表面不允许接触损伤，或者针对柔软、脆性材料及特殊几何形表面(如断续表面、曲率半径小的表面等)、超高精密表面(如半导体膜片、精密光学零件)，此时传统的接触式位移传感器无法满足测试要求，也就无法得到准确的测量数据。传统的换向器片间位移测量装置可以看作是一种轮廓测试仪。测试时，先要保证高精度接触式探头与换向器表面的有效接触，再由电机驱动被测换向器均勻转动，同时采集数据。由于铣槽后的换向器其被测表面的间隔隔槽宽度在0. 2-0. 5mm，还不至于影响到探头的通过。在探头检测出的位移信号出现明显下降和上升的特征时，经软件处理判别出无效的槽口数据并加以剔除，然后便可得出换向器轮廓的有效数据。但对没铣过槽的换向器， 换触式探头便无能为力。目前国内外常用的片间测试仪器基本上采用接触式位移传感器。在2011年《电动工具》中公开一篇由上海电动工具研究所王清瑜等发表的文章 《非接触式换向器片间误差测试仪》，非接触式换向器片向误差测试仪根据换向器铜排与云母片之间金属与非金属之间的区别，将探头和铜板分别视作固定极板和移动极板，有效地解决未铣槽换向器片间误差的测试需求。采用空气介质变距式电容传感器。两个传感器板形成一个平行板电容器，一个电极板固定不变，另一极板距离d响应变化，只要测出电容量的变化，便可测极板间距变化量，由于可通过计算机等进行有效的模数转换，计算出换向器片间位移。这种测试方式虽然有着无磨擦、无磨损和无惰性等特征，但是存在以下缺点首先，该测量出电容量的变化是模拟量，后通过模数转换等再计算出换向器的片间位移，精度不高。随后，现有的测试仪不能针对不同型号、不同直径的换向器提供无缝测量，使用不方便。
实用新型内容本实用新型提供一种非接触式换向器片间位移测量装置，以解决现有技术存在自动化程度低、精度不高的技术问题。一种非接触式换向器片间位移测量装置，包括换向器片间位移测试平台和控制平台，其中换向器片间位移测试平台进一步包括换向器夹持运动和控制装置、CMOS激光传感器和传感器底座夹持装置，换向器夹持运动和控制装置进一步包括调速电机、连接调速电机的夹紧装置和用以获知调速电机转速的光电编码器，夹紧装置固定待测换向器及与其内径一致的轴，CMOS激光传感器设置在传感器底座夹持装置上，所述CMOS激光传感器正对着待测换向器；所述控制平台至少包括控制器和PC机，PC机连接控制器，所述控制器分别电性连接光电编码器和CMOS激光传感器，用以接收CMOS激光传感器传送的信号和光电编码器的发送圆周起始位信息、终止位信号，并通过控制器还原出换向器的轮廓形状，计算出换向器相邻两片径向跳动差的最大值。较佳地，所述传感器底座夹持装置上分别设置至少一种或几种调整装置上下调整装置、左右调整装置及前后调整装置。较佳地，夹紧装置可活动固定不同内径的轴，所述轴的内径对应一种规格的换向器。与现有技术相比，本实用新型具有以下优点本实用新型不仅提供了一种非接触式换向器片间位移测量的方式，而且从测量至输出都采用数字量来处理，精度非常高。在该位移测量系统的控制及数据采集方面，通过位移传感器实现各种不同规格凹槽深度、小距离位移量、以及物理量的测量。适用标准有JB/T10107《电动工具换向器》等。 在换向器片间位移测试平台上安装好测试用换向器，进入检测状态后，测试平台用电机开始勻速旋转，HLC开始循环扫描采集数据(由位移传感器采集数据)，数据同时保存到控制器进行运算分析，通过0MR0N编码器得出圆周的终止位，停止数据采集后控制器发出数据给上位机，上位机根据数据二次拟合为所对应图形，并且输出结果。整个过程自动化程度高，使用方便等优点。
图1为一种非接触式换向器片间位移测量装置的原理图；图2为一种非接触式换向器片间位移测量装置的实例图；图3为换向器轮廓示意图。
具体实施方式
以下结合附图详细描述本实用新型。请参阅图1，一种非接触式换向器片间位移测量装置的原理实例图。它包括换向器片间位移测试平台1和控制平台2，其中控制平台2包括上位机21和控制器22。上位机21 (或称PC机):选用触摸式平板电脑。上位机完成人机界面、数据通信和数据处理功能。[0024]控制器22 控制器完成系统监控和数据采集、运算功能。输入接口 由于运动信号及位移的采集要求速度快、精度高，因此选用激光传感器作为本项目数据输入器件。输出接口 选用固态继电器，完成系统数据控制功能。换向器片间位移测试平台1进一步包括换向器夹持运动和控制装置13、CMOS激光传感器34和传感器底座夹持装置35 (34和35可以合并为激光传感器及夹持部件14)， 换向器夹持运动和控制装置13进一步包括调速电机31、连接调速电机的夹紧装置32和用以获知调速电机转速的光电编码器33，夹紧装置32固定待测换向器及与其内径一致的轴， CMOS激光传感器34设置在传感器底座夹持装置35上，CMOS激光传感器34正对着待测换向器.控制器分别电性连接光电编码器33和CMOS激光传感器35，用以接收CMOS激光传感器35传送的信号和光电编码器的发送圆周起始位信息、终止位信号，并通过PC机还原出换向器的轮廓形状，计算出换向器相邻两片径向跳动差的最大值。光电编码器33，是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。这是目前应用最多的传感器，光电编码器是由光栅盘和光电检测装置组成。光栅盘是在一定直径的圆板上等分地开通若干个长方形孔。由于光电码盘与电动机同轴，电动机旋转时，光栅盘与电动机同速旋转，经发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号；通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反映当前电动机的转速。此外，为判断旋转方向，码盘还可提供相位相差90度的两路脉冲信号。光电编码器是一种角度(角速度)检测装置，它将输入给轴的角度量，利用光电转换原理转换成相应的电脉冲或数字量，具有体积小，精度高，工作可靠，接口数字化等优点。它广泛应用于数控机床、回转台、伺服传动、机器人、雷达、军事目标测定等需要检测角度的装置和设备中。本实例中，光电编码器33本课题选用日本0MR0N公司生产的分辩率为1000的E6B2-CWZ1X型光电编码器，以满足检测的要求。CMOS激光传感器34应用了三角原理的测量方法，跟待测换向器之间的距离有变化时，受光素子的位置也会发生变化。受光量是用CMOS来检测。距离和受光量的组合，解决了到现在为止比较困难的多重反射物体检测问题，可以很稳定地检测。CMOS是带有多个整齐排列的光线接收元件的设备。 本实施例中，CMOS激光传感器34选用日本KVEL0CE公司生产的LV系列数字长距离激光传感器，以满足检测的要求。LV系列数字长距离激光传感器由LV-H32数字长距离激光传感器感测头及 LV-21A放大器二部分组成。利用半导体作为光源可使LV系列产品即使在远距离也可生成强烈的聚束光点。甚至当远离目标时，LV系列产品也能精确地检测和辨别，而利用发光二极管作为光源的传感器不可能达到这一点。LV-H32具有以下的特点LV-H32充分发挥超大功率激光的作用，检测的距离最远可达1000mm，比任何一种传统的传感器高出30倍。即使目标为黑色，只能反射少量的激光光束，也能进行稳定检测。射束光点可以被聚焦在一个很小的目标上。无论检测距离的远近如何，都可以根据待测换向器的尺寸大小通过旋转调焦旋钮来调整光点的直径。[0036]当换向器在转动时，PLC利用数字长距离激光传感器(即CMOS激光传感器35) 检测出激光传感器的基准点至换向器其被测表面的距离，并通过接收光电编码器33测得的电机转速，还原出如图3所示的换向器轮廓图。换向器片间位移测试平台1可以做成如图2所示的结构，一基座6，在基座6上设置用于夹持CMOS激光传感器35的传感器底座夹持装置34，传感器底座夹持装置34上分别设置至少一种或几种调整装置上下调整装置、左右调整装置及前后调整装置，以便能全方位调整CMOS激光传感器，能够调整光点对至换向。在基座6上还可以设置一换向器夹持运动和控制装置13，在该装置13中调整电机31的输出轴显示在外，以便能够通过夹持装置夹持待测换向器7。调整电机31可以通过设置在外的调整按钮8来调整电机的转速，并且调整电机31还连接光电编码器33，以便光电编码器32能够很好的检测出电机的转速。以下具体说明换向器片向位移的测量方法1)准备试验该试验需选用如下试验设备自主研发的换向器片间位移测试平台1台，HL-C2位移传感器1个，连接换向器用联接头1个2)测试过程将待测换向器配备与其内径一样的轴，并用夹紧装置将它们固定。随后上外圆磨床打磨，需打磨至标准所要求的换向器表面光洁度，用光洁度等级对比纸加以验证。接着进行室温下/热态下的超速实验并冷却。最后将换向器连同内轴，通过联接头一同装夹到换向器检测平台的电动机出轴上。连通SUNX公司的HL-C2位移传感器的电源，调整其高低左右的位置，使换向器被检测铜片的平面与传感器的激光射线保持90度夹角，并使传感器上的RANGE指示灯为黄色状态。打开测试平台的电源开关，通过旋转测试平台上的调速按钮，调整带动换向器旋转的变频电机的转速，一般将其转速调整为最大转速的50%以上。运行软件进行换向器片间位移的测试，如果检测失败，则需要检查换向器装夹情况和传感器放置位置，并调整检测平台上的速度控制按钮将旋转速度加大后重新进行检测。以上公开的仅为本申请的几个具体实施例，但本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本申请的保护范围内。
权利要求1.一种非接触式换向器片间位移测量装置，其特征在于，包括换向器片间位移测试平台和控制平台，其中换向器片间位移测试平台进一步包括换向器夹持运动和控制装置、CMOS激光传感器和传感器底座夹持装置，换向器夹持运动和控制装置进一步包括调速电机、连接调速电机的夹紧装置和用以获知调速电机转速的光电编码器，夹紧装置固定待测换向器及与其内径一致的轴，CMOS激光传感器设置在传感器底座夹持装置上，所述CMOS激光传感器正对着待测换向器；所述控制平台至少包括控制器和PC机，PC机连接控制器，所述控制器分别电性连接光电编码器和CMOS激光传感器。
2.如权利要求1所述的非接触式换向器片间位移测量装置，其特征在于，所述传感器底座夹持装置上分别设置至少一种或几种调整装置上下调整装置、左右调整装置及前后调整装置。
3.如权利要求1所述的非接触式换向器片间位移测量装置，其特征在于，夹紧装置可活动固定不同内径的轴，所述轴的内径对应一种规格的换向器。
专利摘要一种非接触式换向器片间位移测量装置，其特征在于，包括换向器片间位移测试平台和控制平台，换向器片间位移测试平台进一步包括换向器夹持运动和控制装置、CMOS激光传感器和传感器底座夹持装置，换向器夹持运动和控制装置进一步包括调速电机、连接调速电机的夹紧装置和用以获知调速电机转速的光电编码器；在该装置的控制及数据采集方面，通过位移传感器实现各种不同规格凹槽深度、小距离位移量、以及物理量的测量。在换向器片间位移测试平台上安装好测试用换向器，进入检测状态后，测试平台用电机开始匀速旋转，HLC开始循环扫描采集数据(由位移传感器采集数据)，数据同时保存到控制器进行运算分析，通过OMRON编码器得出圆周的终止位，停止数据采集后控制器发出数据给上位机，上位机根据数据二次拟合为所对应图形，并且输出结果。整个过程自动化程度高，精度高、使用方便等优点。
文档编号G08C19/00GK202101650SQ20112019956
公开日2012年1月4日 申请日期2011年6月14日 优先权日2011年6月14日
发明者吴燎兰, 张继红, 裘文阳 申请人:上海出入境检验检疫局机电产品检测技术中心