一种物体间距测量装置及测量方法与流程

[0001]
本发明涉及汽车检测设备技术领域，尤其涉及一种物体间距测量装置，相应的，还提供基于该物体间距测量装置的测量方法。


背景技术：

[0002]
在汽车制造的装配工艺中，车门的匹配间隙直接影响着汽车的外观和nvh(noise、vibration、harshness噪声、振动与声振粗糙度)性能，如果车门制造工艺粗糙、车身精度差，会导致车门密封条在手动装配时出现接触面不平整、胶条堆积，产生波浪现象。而密封胶条安装不到位会直接影响车门开门的声学品质和高速行驶时的nvh品质，如果缝隙较大不均匀，形成了声学泄露孔，风噪和胎噪就会明显地传入车体内部，影响乘员的舒适性。因此测量车门止口边与侧围匹配面的间隙是控制nvh性能的重要内容。
[0003]
为了能够检查车门间隙，传统的测量方式是采用塞尺、橡皮泥等方式测量、监控，但该方法的效率低、误差较大、且重复测量的一致性较差、操作复杂，容易受到测量操作人员的水平影响。且测量时操作姿态困难，人机工程差，测量速度慢，耗时较长，不利于快速发现问题和计算制造过程的尺寸稳定性。还有部分经济实力较强的企业使用进口测量工具，其核心技术为滑动变阻器，价格昂贵且使用寿命不长，容易坏。
[0004]
为了解决传统测量方法的问题，有人提出了采用容栅传感器测量间隙，该种方案输出的信号弱、输出阻抗高、带负载能力差，因此需要采用放大电路处理信号，由于放大电路需要变压器等器件，导致整个测量装置体积大，结构复杂。
[0005]
还有人提出了采用磁性探针进行测量，该种测量设备较重，且必须人工手持，操作不方便，不能实现多点同时测量，且输出端是机械指针式，会受操作人员影响。


技术实现要素：

[0006]
本发明要解决的技术问题在于，提供一种物体间距测量装置，结构简单，轻便，操作容易，使用寿命长。
[0007]
本发明要解决的技术问题还在于，提供一种测量方法，提高测量效率、测量便捷性以及测量数据的精准度。
[0008]
为了解决上述技术问题，本发明提供一种物体间距测量装置，包括：间距测量传感器、与所述间距测量传感器串联的振荡电路，以及间距计算模块，其中，
[0009]
所述间距测量传感器用于将两个物体之间的距离转化为电容信号；
[0010]
所述振荡电路用于在所述电容信号的激励下产生振荡频率信号；
[0011]
所述间距计算模块用于根据所述振荡频率信号计算两个物体之间的距离。
[0012]
优选地，所述间距测量传感器包括：基座、与所述基座相连接的滑动测量头、位于所述基座与所述滑动测量头之间的弹性支撑件、固定于所述基座上的定极电容元件以及固定于所述滑动测量头上的动极电容元件；
[0013]
所述定极电容元件与所述滑动测量头之间形成第一间隙；
[0014]
所述动极电容元件与所述基座之间形成第二间隙；
[0015]
所述定极电容元件与动极电容元件为同轴圆柱状壳体结构，二者之间形成电容。
[0016]
优选地，所述基座与所述滑动测量头相互平行，所述弹性支撑件包括可伸缩支撑柱和套设于所述可伸缩支撑柱上的弹簧。
[0017]
优选地，所述弹性支撑件呈环状均匀分布于所述定极电容元件的周围。
[0018]
优选地，所述动极电容元件和所述定极电容元件的高度均小于所述弹性支撑件未压缩状态时的长度；
[0019]
所述定极电容元件设于所述动极电容元件的外周，在所述定极电容元件的内表面与所述动极电容元件的外表面之间形成电容。
[0020]
优选地，所述定极电容元件末端设有第一绝缘环，所述动极电容元件末端设有第二绝缘环。
[0021]
一种物体间距测量方法，包括以下步骤：
[0022]
将间距测量传感器置于两个物体的间隙中，获取此时所述间距测量传感器的电容信号c
x
；
[0023]
将所述电容信号c
x
作为振荡电路的激励信号，并获取所述振荡电路在所述电容信号c
x
的激励下产生的振荡频率信号f1；
[0024]
根据所述振荡频率信号f1计算两个物体之间的距离d0。
[0025]
优选地，所述间距测量传感器包括：基座、与所述基座相连接的滑动测量头、位于所述基座与所述滑动测量头之间的弹性支撑件、固定于所述基座上的定极电容元件以及固定于所述滑动测量头上的动极电容元件，所述定极电容元件、动极电容元件为同轴圆柱状壳体结构，二者之间形成电容；
[0026]
将间距测量传感器置于两个物体的间隙中，获取此时所述间距测量传感器的电容信号c
x
具体为：
[0027]
根据下式得到电容信号cx：
[0028][0029]
其中，ε是介质介电常数，dx是电极筒重叠区域的长度，d1是定极筒的内侧直径，d2是动极筒的外侧直径；
[0030]
所述获取所述振荡电路在所述电容信号c
x
的激励下产生的振荡频率信号f1具体为：
[0031]
根据下式得到振荡频率f1：
[0032][0033]
其中，c0是耦合和寄生电容之和，l是振荡电路的电感；
[0034]
所述根据所述振荡频率信号f1计算所述两个物体之间的距离d0具体为：
[0035]
根据下式得到所述两个物体之间的距离d0：
[0036][0037]
其中，d1是定极筒的长度，d2是动极筒的长度。
[0038]
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
[0039]
本发明提供的物体间距测量装置，利用定极电容元件与动极电容元件的相对运动引起电容变化，通过振荡电路将电容变化转变为振荡频率变化，再根据振荡频率计算得到被测量的物体之间的距离，无需采用信号放大电路，使得整个装置结构简单、紧凑且测量效率高。
附图说明
[0040]
图1为本发明物体间距测量装置的结构示意图；
[0041]
图2为本发明间距测量传感器的剖面结构示意图；
[0042]
图3为本发明间距测量传感器的另一视角的剖面结构示意图；
[0043]
图4为本发明测量方法的流程图；
[0044]
图5为本发明间距测量传感器的各部件的长度关系结构示意图。
具体实施方式
[0045]
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和优选实施例对本发明作进一步的详细说明。
[0046]
如图1所示，一种物体间距测量装置，包括：间距测量传感器10、与所述间距测量传感器10串联的振荡电路20，以及间距计算模块30，其中，
[0047]
所述间距测量传感器10用于将两个物体之间的距离转化为电容信号；
[0048]
所述振荡电路20用于在所述电容信号的激励下产生振荡频率信号；
[0049]
所述间距计算模块30用于根据所述振荡频率信号计算两个物体之间的距离。
[0050]
如图2-3所示，所述间距测量传感器10用于将两个物体之间的距离转化为电容信号，其包括基座1、与所述基座1相连接的滑动测量头2、位于所述基座1与所述滑动测量头2之间的弹性支撑件3、固定于所述基座1上的定极电容元件4以及固定于所述滑动测量头2上的动极电容元件5；
[0051]
所述定极电容元件4与所述滑动测量头2之间形成第一间隙；
[0052]
所述动极电容元件5与所述基座1之间形成第二间隙；
[0053]
所述定极电容元件与动极电容元件为同轴圆柱状壳体结构，二者之间形成电容。
[0054]
所述基座1用于固定安装所述间距测量传感器10，将其安装于物体间隙中，进行测量。为了便于所述基座1的固定，所述基座1内设有磁性吸附块11，以将所述基座吸附于物体上，进行测量，拆装方便快捷，可以同时安装多个间距测量传感器10，提高测量效率。
[0055]
所述滑动测量头2与所述基座1相互平行设置，且其与所述基座1之间通过弹性支撑件3相连接，故可以在外力的作用下，使得所述滑动测量头2与所述基座1之间产生相对位移，从而达到测量的目的。
[0056]
所述弹性支撑件3的一端与所述基座1相连接，另一端与所述滑动测量头2相连接。
具体的，所述弹性支撑件3的数量为至少三个，其均匀分布于所述定极电容元件4的周围。本实施例中，所述弹性支撑件3呈环状均匀分布于所述定极电容元件4的周围，使得所述定极电容元件4和动极电容元件5同心运动，保证测量结果的准确性。
[0057]
所述弹性支撑件3包括可伸缩支撑柱31和套设于所述可伸缩支撑柱31上的弹簧32，所述可伸缩支撑柱31为气缸等结构，便于通过外力实现所述弹性支撑件3的伸缩。
[0058]
所述定极电容元件4由金属材料制成，固定于所述基座1上，其呈圆柱状壳体结构，且为了便于测量，所述定极电容元件4的高度小于所述弹性支撑件3未压缩状态时的长度，即所述所述定极电容元件4与所述滑动测量头2之间形成第一间隙。
[0059]
所述动极电容元件5由金属材料制成，固定于所述滑动测量头2上，其呈圆柱状壳体结构，且所述动极电容元件与所述定极电容元件为同轴圆柱状壳体结构，二者之间形成电容。为了便于测量，所述动极电容元件5的高度小于所述弹性支撑件3未压缩状态时的长度，即所述动极电容元件5与所述基座1之间形成第二间隙，且所述定极电容元件4设于所述动极电容元件5的外周，即在所述定极电容元件4的内表面与所述动极电容元件5的外表面之间形成电容，当所述定极电容元件4与所述动极电容元件5产生相对位移时，所述定极电容元件4与所述动极电容元件5之间的重叠部分的面积发生变化，从而导致电容发生变化。
[0060]
需要说明的是，由于电容电场存在边缘效应，即电荷分布不均匀，在定极电容元件4和/或动极电容元件5的端部存在尖端，从而导致电源附近形成电场畸形，使得使用该传感器的间距测量装置工作不稳定，非线性误差加大，为了解决这一问题，所述定极电容元件4的末端还设有第一保护环6和第一绝缘环7、所述第一绝缘环7位于所述第一保护环5和定极电容元件4之间。所述动极电容元件5的末端还设有第二保护环8和第二绝缘环9，所述第二绝缘环9位于所述第二保护环8和动极电容元件5之间，用以使得电荷均匀分布与所述定极电容元件4和动极电容元件5的表面，消除电场畸形，提高测量精度。
[0061]
本发明提供的物体间距测量传感器，定极电容元件与动极电容元件采用同轴圆柱状壳体结构，定极电容元件与动极电容元件之间形成圆柱形的电容结构，使用时根据圆柱形电容的中心点即可实现准确定位，测得目标位置点的物体间隙，测量效率高。
[0062]
所述振荡电路用于在电容信号的激励下产生振荡频率信号，保证间距计算模块能够根据该振荡频率信号计算两个物体之间的距离，实现物体之间的间距测量。
[0063]
所述间距计算模块为现有的能够实现计算功能的单元，如计算机、单片机等，具体根据实际需要，选择所述间距计算模块。
[0064]
本发明通过间距测量传感器内定极电容元件4与动极电容元件5之间的面积变化，引起电容变化，产生电容信号，电容信号在振荡电路中产生振荡频率信号，间距计算模块根据振荡频率信号计算两个物体之间的距离，测量时可以同时安装多个间距测量传感器10，测量效率高，方便快捷，降低操作人员的劳动强度。
[0065]
相应的，如图4所示，本发明还提供基于上述物体间距测量装置测量间隙的方法，包括以下步骤：
[0066]
将间距测量传感器置于两个物体的间隙中，获取此时所述间距测量传感器的电容信号c
x
；
[0067]
将所述电容信号c
x
作为振荡电路的激励信号，并获取所述振荡电路在所述电容信号c
x
的激励下产生的振荡频率信号f1；
[0068]
根据所述振荡频率信号f1计算两个物体之间的距离d0。
[0069]
其中通过间距计算模块计算两个物体之间的距离d0[0070]
具体的，间距计算模块的计算过程为：
[0071]
如图5所示，间距计算模块具体的计算原理是：
[0072]
将间距测量传感器置于两个物体的间隙中，获取此时所述间距测量传感器的电容信号c
x
具体为：
[0073]
根据下式得到电容信号cx：
[0074][0075]
其中，ε是介质介电常数，dx是电极筒重叠区域的长度，d1是定极筒的内侧直径，d2是动极筒的外侧直径；
[0076]
所述获取所述振荡电路在所述电容信号c
x
的激励下产生的振荡频率信号f1具体为：
[0077]
根据下式得到振荡频率f1：
[0078][0079]
其中，c0是耦合和寄生电容之和，l是振荡电路的电感；
[0080]
所述根据所述振荡频率信号f1计算所述两个物体之间的距离d0具体为：
[0081]
根据下式得到所述两个物体之间的距离d0：
[0082][0083]
其中，d1是定极筒的长度，d2是动极筒的长度。
[0084]
本发明提供的基于该间距测量装置的测量方法，直接将间距测量传感器10安放于物体上后，即可直接通过间距计算模块直接计算出两个物体之间的间隙距离，且可以同时进行多处测量，测量方便快捷，效率高，测量数据精准，且可以在同时安装多个间距测量传感器进行测量，测量效率高。
[0085]
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。