專利名稱:電腦快速測平儀的制作方法
本實(shí)用新型與機(jī)械量測量有關(guān)，尤其與電子技術(shù)在直線度，平面度誤差測量與評定中的應(yīng)用有關(guān)。
在機(jī)械制造業(yè)中經(jīng)常測量工件的直線度，平面度。在廣泛應(yīng)用的間斷測量有限點(diǎn)的直接測量法中，以測微法簡便易行，能直接獲得實(shí)際線(面)的座標(biāo)值Z。測直線度誤差時，常常以標(biāo)準(zhǔn)平板或平尺作測量基準(zhǔn)。當(dāng)指示計(jì)在測量基準(zhǔn)上沿著一定方向移動時，指示計(jì)測頭劃過被測表面，同時在指示計(jì)上反映出被測表面相對于測量基準(zhǔn)的變化狀況，可以獲得一系列的數(shù)據(jù)，也可在被測表面上首先布置好測點(diǎn)，只在各測點(diǎn)用指示計(jì)測取數(shù)據(jù)。測量平面度誤差時，通常用精密平臺作為測量基準(zhǔn)，被測零件用支承置于平臺上，按被測面上三點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整，分別使兩對角點(diǎn)調(diào)整到與平臺等高。指示計(jì)就以平臺作為測量基準(zhǔn)，按要求對被測表面進(jìn)行測量。如果采用對角線布點(diǎn)法來評定平面度誤差，則應(yīng)接上述方法分別調(diào)整被測件相對于平臺的正確位置，此時指示計(jì)反映的最大讀數(shù)與最小讀數(shù)之差即為被測面的平面度誤差。需要頻繁檢測相同尺寸工件的平直度時可采用專用表橋。表橋下面固定三個球形支承點(diǎn)，表橋上等距分布一排百分表，在標(biāo)準(zhǔn)平尺或平板上對零后，就可用來測量。測量時，將表橋放在被測實(shí)際線上，直接測量出各測點(diǎn)的坐標(biāo)值Z。按對角線布點(diǎn)，由各條線的坐標(biāo)值Z組成對某個基面的坐標(biāo)值Z，由Z可求出平面度誤差值。
在機(jī)械制造業(yè)中，有大量的工件需要測量，測量中，需要基準(zhǔn)，工件需相對于基準(zhǔn)作調(diào)整，需人工逐點(diǎn)移動，操縱測量儀表，用目測讀數(shù)，人工記錄，無論是直線度或平面度測量，由于測量基準(zhǔn)位置不同或所要求的理想平面方向與測量基準(zhǔn)不一致，經(jīng)常有大量的數(shù)據(jù)需處理。使用對角線布點(diǎn)法或網(wǎng)格布點(diǎn)法測量一個平板或機(jī)床工作臺面，需要幾十個至幾百個測試點(diǎn)，要人工移動儀器，測試、記錄幾十次到幾百次。即使用計(jì)算機(jī)處理所得數(shù)據(jù)，也需人工將數(shù)據(jù)由鍵盤輸入，沒有解決費(fèi)工費(fèi)時的根本問題。所用的測量儀表大多也是鐘表式百分表，千分表，桿杠齒輪百分表，機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高，易磨損，測量誤差大，靠指針讀數(shù)，既不方便也增加過失誤差。
本實(shí)用新型的目的是用電子測微儀器取代傳統(tǒng)的指示針，從而大大提高測試精度，由微型電子計(jì)算機(jī)控制，操縱整個測量過程，實(shí)現(xiàn)自動測量，自動選點(diǎn)，自動數(shù)據(jù)記錄，數(shù)據(jù)處理，顯示測試處理結(jié)果以及打印誤差坐標(biāo)曲線和誤差分布表格，大大提高功效并避免人工引入的過失誤差。測頭能自動指明工件上誤差值較大的點(diǎn)，便于針對加工。本實(shí)用新型還有一個目的是取消被測量工件相對于基準(zhǔn)的調(diào)整，簡化測量工序。
本實(shí)用新型由測頭傳感器，電壓放大電路，A／D模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，微型電子計(jì)算機(jī)，測頭驅(qū)動裝置，傳動裝置，機(jī)架組成。測頭傳感器由垂直安裝的測桿和一水平安裝的一端固定的懸臂彈性元件組成，電阻阻應(yīng)變片R1、R2和R3、R4分別貼于彈性元件上，下表面連成電橋，電橋有內(nèi)電源。測桿與彈性元件非固定端下表面接觸，為了能測出負(fù)偏差，測桿應(yīng)使彈性元件預(yù)撓曲。測桿的另一端與被測工具表面接觸，當(dāng)測桿由于工件表面的形位誤差而產(chǎn)生位移，彈性元件產(chǎn)生相應(yīng)撓曲，電阻R1、R2和R3、R4發(fā)生量相同而極性相反的應(yīng)變從而電阻發(fā)生變化，電橋輸出電壓發(fā)生相應(yīng)改化。電壓放大電路將傳感器電橋的電壓變化量放大，A／D模數(shù)轉(zhuǎn)換電路將放大后的測頭電壓信號轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)字電壓信號，并將數(shù)字電壓信號送到微型電子計(jì)算機(jī)處理。微型計(jì)算機(jī)有三根脈沖輸出線分別和步進(jìn)電機(jī)三相繞組驅(qū)動電路相聯(lián)。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路的作用是將計(jì)算機(jī)發(fā)出的步進(jìn)脈沖加以放大，使其能推動步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動。
本實(shí)用新型的電阻應(yīng)變片為半導(dǎo)體應(yīng)變片。電壓放大電路由兩個電壓跟隨器作輸入極，提高電壓輸入阻抗。并以同相輸入方式和差分運(yùn)算放大器聯(lián)接，整個電阻處于高輸入阻抗，高共模抑制比的工作狀態(tài)。由于測頭處于預(yù)應(yīng)力狀態(tài)，有調(diào)零電阻將預(yù)應(yīng)力輸出電壓調(diào)到標(biāo)準(zhǔn)值。A／D模數(shù)轉(zhuǎn)換器為12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，微型計(jì)算機(jī)由中央處理器CPU，只讀存貯器ROM，隨機(jī)讀寫存貯器RAM，時鐘電路，鍵盤，輸入輸出接口PIOA，PIOB以及LED或液晶數(shù)碼管組成。ROM存放預(yù)先編制好的所有程序如自學(xué)習(xí)程序，對角線算法程序，網(wǎng)格算法程序，采集數(shù)據(jù)程序，驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)子程序，顯示誤差程序，打印誤差坐標(biāo)極限曲線程序，打印誤差表格程序，驅(qū)動測頭到各最大誤差點(diǎn)停頓程序以及由操作員控制的測平監(jiān)控程序。RAM存貯器用于存放采集到的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理時的中間數(shù)據(jù)和最后計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)。數(shù)碼管用于顯示各最大誤差點(diǎn)的偏差值以及操作員所需的其它各種數(shù)據(jù)。鍵盤是人和計(jì)算機(jī)聯(lián)系的主要通道。操作員通過鍵盤來掌握和使用測平監(jiān)控程序，管理上述ROM存放的所有程序，指揮全機(jī)工作。打印機(jī)可打印各種數(shù)據(jù)、曲線、表格。驅(qū)動電路由信號隔離電路，功放電路，推動電路組成。信號隔離電路隔開強(qiáng)電和弱電的聯(lián)系，保護(hù)計(jì)算機(jī)不致?lián)p壞。功放電路和推動電路采用了高、低壓驅(qū)動功放線路，提高步進(jìn)電機(jī)起步轉(zhuǎn)矩，提高快速性，同時降低線路功耗。
本實(shí)用新型的機(jī)座上水平裝有相互平行的表橋，齒條，滑軸，步進(jìn)電機(jī)套裝于滑軸，其輸出軸與滑軸垂直，軸上裝有傳動齒輪，齒輪與齒條嚙合，表橋上有V型滑槽，測頭滑塊與滑槽配合，測頭固裝于滑塊上，與電機(jī)輸出軸同一走向的傳動桿與測頭滑塊接觸，可使測頭滑塊在滑槽上運(yùn)動，機(jī)座上有六個步進(jìn)電機(jī)繞組接線柱。計(jì)算機(jī)三根脈沖輸出線給出的脈沖個數(shù)直接控制步進(jìn)電機(jī)移動的步距角數(shù)，從而控制了測頭的移動距離。
本實(shí)用新型使用電阻應(yīng)變片傳感器檢測形位誤差，一個甚微小的形位變化，都會通過測桿的上、下位移，使彈性元件發(fā)生相應(yīng)應(yīng)變，使電阻應(yīng)變片產(chǎn)生應(yīng)變效應(yīng)，傳感器輸出相應(yīng)的電壓信號，實(shí)現(xiàn)機(jī)械量到電量的轉(zhuǎn)換。此種電測方式不受環(huán)境因素的影響，靈敏度很高，輸出幅值大。使用微型計(jì)算機(jī)控制整個測量過程，消除了過失誤差，與傳統(tǒng)測微儀相比測試精度可提高1－2個數(shù)量級。
本實(shí)用新型采用計(jì)算機(jī)控制整個測試過程，自動化程度較高。能自動布點(diǎn)，自動檢測，自動采集數(shù)據(jù)，處理數(shù)據(jù)，自動顯示和打印，幾分鐘就可完成一個大平臺的全部測試工作，提高工效幾十倍。
本實(shí)用新型使用十分方便，在實(shí)用中隨時可在基準(zhǔn)平面上自學(xué)習(xí)，自校正。測量時工件不必在基準(zhǔn)平面上調(diào)整，簡化測試程序。
本實(shí)用新型具備多種功能，能顯示測試處理結(jié)果，打印誤差坐標(biāo)曲線，誤差分布表格，計(jì)算超標(biāo)準(zhǔn)誤差點(diǎn)并驅(qū)動測頭逐一移到各超標(biāo)準(zhǔn)誤差點(diǎn)。便于針對加工。本實(shí)用新型使形位誤差測量技術(shù)取得重大進(jìn)步。
圖1為本實(shí)用新型的立體圖圖2為控制箱后蓋圖3為控制箱水平剖視圖，表現(xiàn)機(jī)板。
圖4為圖1的A－A剖視圖圖5為測頭剖視圖圖6為計(jì)算機(jī)接口與步進(jìn)電機(jī)聯(lián)接框圖圖7為本實(shí)用新型電路框圖圖8為本實(shí)用新型電路原理圖如下是本實(shí)用新型的實(shí)施例本實(shí)用新型有機(jī)架1，機(jī)架上有接線柱6，齒條3，圓軸11。表橋14相互平行地固連于機(jī)架。機(jī)架上有三支承2，步進(jìn)電機(jī)4輸出軸上有傳動齒輪5與齒條齒合，電機(jī)4的機(jī)座8套裝于圓軸11，可在圓軸上滑動。圓軸上有滑線環(huán)7。測頭滑塊12與表橋14的V型滑槽相配合。測頭13固裝于滑塊12上。固裝于機(jī)座8的傳動桿9可使滑塊滑動。
機(jī)箱15通過導(dǎo)線10與機(jī)架上的接線柱6聯(lián)接。機(jī)箱上有電源開關(guān)17，電位器18，鍵盤16，打印機(jī)紙孔20，數(shù)顯管19，機(jī)箱管蓋板21上有接線柱22，接步進(jìn)電機(jī)繞組和測頭傳感器。220伏電源插座23。機(jī)箱內(nèi)機(jī)板上有步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路和放大器電路板24，電源電路板25，A／D轉(zhuǎn)換器27，TP801單板機(jī)26。
測頭13有表殼28，彈片30.4半導(dǎo)體應(yīng)變片29分別貼于彈片上、下表面連成電橋。上測桿31可旋入下測桿36螺孔內(nèi)，整個測桿長度可調(diào)，有鎖緊螺母35。彈簧32裝于表殼套筒內(nèi)，有頂緊螺母33使其預(yù)壓縮。底蓋螺母34可使彈片預(yù)撓曲。
電橋電源工作電壓為5伏。電橋輸出端接入電壓放大電路。電壓放大電路有F3140電壓跟隨器37，38，電位器19，F(xiàn)741運(yùn)算放大器39，電阻R5、R6、R7、R8。電壓放大器的作用是將測頭傳感器測桿的位移量產(chǎn)生的電橋輸出電壓變化量進(jìn)行放大。
電壓放大電路輸出一端接地，一端接12位ADC1210 A／D 轉(zhuǎn)換器27。A／D轉(zhuǎn)換器的作用是將放大后的電壓信號轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)字電壓信號，并將信號送到TP801單板機(jī)26處理。單板機(jī)有中央處理器Z－80CPU，只續(xù)存貯器2716ROM，隨機(jī)讀寫存貯器2114RAM，時鐘電路，鍵盤打印機(jī)，LED6位數(shù)顯管，PIOA和PIOB組成的輸入輸出接口40。A／D轉(zhuǎn)換器的D0－D7端與PIO40的PA0－PA7連接。A／D轉(zhuǎn)換器的D8－D11端與PIO 的PB0－PB3 端連接。經(jīng)過A／D轉(zhuǎn)換后的所有數(shù)字電壓器都由這12根線輸入計(jì)算機(jī)。
PIO 的 PB4－PB6 分別和步進(jìn)電機(jī)的 A、B、C 三相繞組驅(qū)動電路相聯(lián)。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路由非門41，光電藕合三級管42組成的隔離電路，有四個晶體三級管43，44，45，46五個晶體二級管47，48，49，50，51，功放變壓器T，電阻R9、R10、R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17 組成的功放電路和推動電路。三個相同的電機(jī)驅(qū)動電路分別與步進(jìn)電機(jī) Qa、Qb、Qc 繞組相聯(lián)。附圖8中只畫出與Qb繞組相聯(lián)的驅(qū)動電路。
電源電路板25將220伏交流電經(jīng)變壓、整流而提供電路所需的＋5V，＋60V，＋12V，－6V直流電源。
本實(shí)用新型在出廠前，可在標(biāo)準(zhǔn)平面上對表橋V槽進(jìn)行檢定，把V型槽上各測點(diǎn)偏差量存入計(jì)算機(jī)2716只讀存貯器中作為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)。當(dāng)對工件進(jìn)行實(shí)際測量時，把該工件上采集到的各測點(diǎn)數(shù)據(jù)逐一和固化在2716只讀存貯器中的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較從而得到測點(diǎn)的實(shí)際誤差值。
存放有預(yù)先編制好的所有程序如自學(xué)習(xí)程序，各種算法程序，數(shù)據(jù)采集程序，驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)子 程序，顯示程序，打印程序等以及由操作員控制的測平監(jiān)控程序。操作員使用測平監(jiān)控程序來管理使用本實(shí)用新型，由鍵盤啟動上述各程序。
由于本實(shí)用新型有自學(xué)習(xí)功能，可隨時作標(biāo)準(zhǔn)檢定，檢定時將本實(shí)用新型放在標(biāo)準(zhǔn)平面上，啟動自學(xué)習(xí)程序，自動對每一側(cè)點(diǎn)作十遍數(shù)據(jù)收集，去掉一個最大值和一個最小值，求出每一測點(diǎn)數(shù)據(jù)的8次平均值，將其作為該測點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)值存入2716存貯器標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)區(qū)后停機(jī)。由此可見測量精度與V型槽本身狀態(tài)無關(guān)，因此表橋可做得很長。
本實(shí)用新型測試工件平直度時，由操作員通過鍵盤啟動計(jì)算機(jī)程序。采集測點(diǎn)數(shù)據(jù)時，計(jì)算機(jī)發(fā)出一個步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動脈沖，電機(jī)轉(zhuǎn)動一次，測頭移動一段距離到測試點(diǎn)，延時，等待測頭穩(wěn)定后采集數(shù)據(jù)。此過程周而復(fù)始，待所有的測點(diǎn)數(shù)據(jù)采集完畢，計(jì)算機(jī)將其和標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)區(qū)中的對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)比較求偏差，然后進(jìn)入相應(yīng)的算法程序，打印機(jī)打印各測點(diǎn)偏差表，偏差坐標(biāo)曲線，計(jì)算機(jī)計(jì)算出超標(biāo)準(zhǔn)誤差點(diǎn)并驅(qū)動測頭逐一移動到各超標(biāo)準(zhǔn)誤差點(diǎn)，供操作員作超標(biāo)準(zhǔn)誤差處理。
權(quán)利要求
1.電腦快速測平儀其特征在于由測頭傳感器，電壓放大電路，A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，微型計(jì)算機(jī)，測頭驅(qū)動裝置，傳動裝置，機(jī)架組成，所說的側(cè)頭傳感器由垂直安裝的測桿和一水平安裝的一端固定的懸臂彈性元件組成，電阻應(yīng)變片R1、R2、R3、R4分別貼于彈性元件上、下表面組成電橋，電橋有電源，測桿與彈性元件非固定端下表面接觸，并使彈性元件預(yù)撓曲，所說的測頭驅(qū)動裝置為步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動電路，A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的輸出與微型計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)輸入口相聯(lián)，微型計(jì)算機(jī)的脈沖輸出線與步進(jìn)電機(jī)三相繞組驅(qū)動電路相連，步進(jìn)電機(jī)可通過傳動裝置驅(qū)動測頭在位于機(jī)架上的表橋上運(yùn)動。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1提出的電腦快速測平儀其特征在于所說的電阻應(yīng)變片為半導(dǎo)體應(yīng)變片，所說的電壓放大電路由二電壓跟隨器，一運(yùn)算放大器和電阻組成，所說的A／D轉(zhuǎn)換電路為12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所說的微型計(jì)算機(jī)由中央處理器CPU，只讀儲貯器ROM，隨機(jī)讀寫存貯器RAM，時鐘電路，鍵盤，輸入輸出接口及數(shù)碼管組成，所說的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路由信號隔離電路，功放電路，推動電路組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1和2提出的電腦快速測平儀，其特征在于機(jī)座上水平裝有相互平行的表橋，齒條，滑軸，步進(jìn)電機(jī)套裝于滑軸，其輸出軸與滑軸垂直，裝有傳動齒輪與齒條嚙合，表橋上有V型滑槽，測頭固裝于滑塊上，與電機(jī)輸出軸同一走向的傳動桿與測頭滑塊接觸，可使測頭滑塊在滑槽上運(yùn)動，機(jī)座上有六個步進(jìn)電機(jī)繞組接線柱。
專利摘要
本實(shí)用新型將電子技術(shù)應(yīng)用于檢測形位誤差。一個甚為微小的形位變化，都會通過測頭傳感器變?yōu)橄鄳?yīng)的電壓信號。靈敏度高。使用微型計(jì)算機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動測頭運(yùn)動，可自動布點(diǎn)，自動檢測，自動采集數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)還存有自學(xué)程序，各種算法程序，顯示和打印程序，在實(shí)用中可隨時在基準(zhǔn)平面上自學(xué)習(xí)。自校正，能顯示測試處理結(jié)果。操作員使用鍵盤啟動計(jì)算機(jī)所有程序。
文檔編號G01B7/34GK87205252SQ87205252
公開日1988年8月10日 申請日期1987年11月28日
發(fā)明者王勝果 申請人:王勝果導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan