專利名稱：使用兩個(gè)或三個(gè)鄰近傳感器的部件長(zhǎng)度測(cè)量技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
發(fā)明涉及部件長(zhǎng)度測(cè)量的領(lǐng)域。特別是，本發(fā)明涉及使用2個(gè)或多個(gè)鄰近傳感器的部件測(cè)量技術(shù)。
背景技術(shù)：
已知使用單個(gè)傳感器測(cè)量部件的長(zhǎng)度。美國(guó)專利5,430,665號(hào)建議用于測(cè)量運(yùn)動(dòng)的細(xì)長(zhǎng)目標(biāo)長(zhǎng)度的設(shè)備和方法。
另外，還已知使用多個(gè)傳感器，其中至少一個(gè)傳感器相對(duì)其他傳感器需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，用于測(cè)量有特定長(zhǎng)度的部件。例如，已知使用多個(gè)傳感器排成一線來測(cè)量長(zhǎng)度，其中系統(tǒng)依靠精確的定位來測(cè)量長(zhǎng)度。
但是，對(duì)上面幾類已知的測(cè)量技術(shù)，即使這些系統(tǒng)中最快的采樣速率也不適合動(dòng)態(tài)測(cè)量運(yùn)動(dòng)的針的長(zhǎng)度。為了精確測(cè)量必須使針?biāo)查g保持靜止。因?yàn)榇_定的最小速率將是每秒10個(gè)或更多個(gè)的部件，靜止采樣的概念是不切實(shí)際的。因?yàn)闆]有成本有效的現(xiàn)成傳感器或傳感器系統(tǒng)可在所需的公差和所需的速率之內(nèi)測(cè)量針的長(zhǎng)度，所以需要一種新的測(cè)量方法或系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
使用至少2個(gè)傳感器測(cè)定多個(gè)單獨(dú)部件長(zhǎng)度的一種方法，其中兩個(gè)傳感器之間的相對(duì)距離是固定的，從而在測(cè)定步驟中不用調(diào)節(jié)相對(duì)的距離。
提供測(cè)定多個(gè)部件尺寸參數(shù)長(zhǎng)度的一種方法。該方法包括的如下各步裝設(shè)至少2個(gè)傳感器，固定一組在傳感器之間恒定的距離(Δ1)，從而固定傳感器之間的相對(duì)距離和不需要進(jìn)行調(diào)節(jié)；和根據(jù)第1時(shí)間段(Δt1)和第2時(shí)間段(Δt2)之比(Δt2/Δt1)測(cè)量尺寸參數(shù)，因此不需要調(diào)節(jié)傳感器之間的相對(duì)距離。
提供測(cè)定多個(gè)部件尺寸參數(shù)長(zhǎng)度的一種方法。該方法包括如下各步裝設(shè)至少2個(gè)傳感器包括第1傳感器和第2傳感器；固定一組在傳感器之間恒定的距離(Δ1)包括至少一個(gè)在第1傳感器和第2傳感器之間的距離，從而固定傳感器之間的相對(duì)距離和在傳感器檢測(cè)操作時(shí)不需要進(jìn)行調(diào)節(jié)；和根據(jù)第1時(shí)間段(Δt1)和第2時(shí)間段(Δt2)之比(Δt2/Δt1)測(cè)量尺寸參數(shù)，因此不需要調(diào)節(jié)傳感器之間的相對(duì)距離。
提供測(cè)定多個(gè)部件尺寸參數(shù)長(zhǎng)度的一種方法。該方法包括裝設(shè)2個(gè)傳感器，包括第1和第2傳感器；固定在第1傳感器和第2傳感器之間的恒定距離(Δ1)從而固定傳感器之間的相對(duì)距離和不需要進(jìn)行調(diào)節(jié)；相對(duì)2個(gè)傳感器運(yùn)動(dòng)多個(gè)部件；在每個(gè)部件上預(yù)定一點(diǎn)；記錄第1時(shí)間段(Δt1)；記錄第2時(shí)間段(Δt2)；和計(jì)算部件的尺寸。


圖1表示本發(fā)明的部件測(cè)量系統(tǒng)。
圖2表示一組本發(fā)明提議的2個(gè)傳感器或鄰近開關(guān)長(zhǎng)度測(cè)量技術(shù)的測(cè)量信號(hào)。
圖3表示本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例。
圖3b表示3個(gè)傳感器技術(shù)獲得的信號(hào)。
圖4表示示意說明針長(zhǎng)度選擇系統(tǒng)。
圖5表示在V-軌道上的樣機(jī)安裝，它由振動(dòng)球形給料機(jī)自動(dòng)送料。
圖6表示在操作中的分類程序。
具體實(shí)施例方式
這一節(jié)包括本發(fā)明的描述，本發(fā)明包括用于理解本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。請(qǐng)注意各實(shí)施例僅僅是描述本發(fā)明。本發(fā)明權(quán)利要求書一節(jié)定義法律所賦予的所有權(quán)的界線。
參考圖1，表示部件測(cè)量系統(tǒng)10。該系統(tǒng)的目的是迅速或有效地測(cè)量多個(gè)部件，它們包括所需的部件以及不需要的部件。如圖所示，提供許多部件12和某些不需要的外部部件14進(jìn)行測(cè)量?？梢宰尣考?2和不需要的外部部件可移動(dòng)地通過導(dǎo)槽16，它構(gòu)成物理上的限制機(jī)構(gòu)用于引導(dǎo)部件12和部件14進(jìn)行所需的測(cè)量。請(qǐng)注意可以不需要導(dǎo)槽16，可使部件12和部件14自由地從一個(gè)區(qū)域落下到另一個(gè)區(qū)域，并在自由落下過程中由系統(tǒng)10進(jìn)行測(cè)量。外部部件14是不注意或不希望與部件12混合在一起的部件。這種混合在一起可能包括部件的生產(chǎn)誤差。如在圖中可見，部件12和部件14的差別在部件12和部件14各自總的尺寸的范圍內(nèi)可能是很小的。
按照本發(fā)明的建議外部部件14是需要首先進(jìn)行識(shí)別和隨后優(yōu)選地取出的部件。包括第1傳感器18和第2傳感器20的一組傳感器相對(duì)包括多個(gè)部件12和某些不需要的外部部件14的各個(gè)部件穩(wěn)定地定位，各部件相對(duì)傳感器組，即第1傳感器18和第2傳感器20是運(yùn)動(dòng)的?？刂破?2連接到各傳感器用于處理檢測(cè)到的信息。通過穩(wěn)定地定位，這意味著第1傳感器18和第2傳感器20之間的距離28至少在部件測(cè)量的過程或時(shí)間內(nèi)是恒定的。換句話說，距離28可以是可調(diào)節(jié)的，但是在部件測(cè)量期間距離28是固定的或是恒定的。希望有這種可調(diào)性，因?yàn)樵跍y(cè)量不同部件尺寸時(shí)，優(yōu)選地是調(diào)節(jié)或改變距離28使之與不同的部件尺寸對(duì)應(yīng)。通過一個(gè)例子，如果針的長(zhǎng)度是要測(cè)量的物體主題，為了進(jìn)行更加有效的測(cè)量可以調(diào)節(jié)距離28使之與針的長(zhǎng)度基本相等。但是，有一點(diǎn)需要說清楚，這種技術(shù)的關(guān)鍵措施不在于距離28，距離28對(duì)系統(tǒng)的功能并不重要。這就是本發(fā)明的技術(shù)與其他方法，象在本發(fā)明背景技術(shù)一節(jié)中描述的一種那樣，的不同之外。需要強(qiáng)調(diào)的是，在上面的描述中對(duì)這種技術(shù)來說傳感器的定位僅需要接近工作點(diǎn)。換句話說，在傳感器之間的距離不需要絕對(duì)精確的定位。當(dāng)然，合適的定位可以提高精度和可重復(fù)性，但是僅對(duì)非常特殊的場(chǎng)合才需要。在它的基本形式中這種技術(shù)與傳感器相互之間的位置無關(guān)。
當(dāng)高速移動(dòng)多根針時(shí)這種情況確實(shí)如此。請(qǐng)參看以下詳細(xì)的討論。
可以裝設(shè)一組接受器用于接受從傳感器來的傳感器信號(hào)。注意表示的只有兩個(gè)傳感器，即傳感器18和傳感器20，和它們各自的接受器，即接受器18a和接受器20a。該組接受器和它們的傳感器每個(gè)分別連接到微型控制器22。請(qǐng)注意在本發(fā)明中可以不需要接受器，如接受器18a和接受器20a。例如，當(dāng)傳感器是反射式傳感器時(shí)可以不需要接受器。
請(qǐng)注意各部件之間的距離(即間隙26)與本發(fā)明技術(shù)的功能無關(guān)。當(dāng)單個(gè)部件通過傳感器時(shí)檢測(cè)到部件的存在，而不是不存在。
在大多數(shù)傳感器系統(tǒng)中，可以設(shè)置其中的傳感器僅在預(yù)定的方向上檢測(cè)。換句話說，所包含的所有傳感器不需要都集中聚焦在點(diǎn)24上。例如，如由虛線18b和20b分別如上述指示的那樣，描述一個(gè)非聚焦系統(tǒng)。請(qǐng)注意，“聚焦”一詞指的是各傳感器將它們各自的檢測(cè)點(diǎn)都集中在同一點(diǎn)上。換句話說，“聚焦”一詞指的是各傳感器檢測(cè)方向都聚焦在一個(gè)點(diǎn)上。例如，如在圖1中所示的瞬間，傳感器18它的檢測(cè)射線18被針12擋住，從而使接受器18a不能接受從傳感器18來的通訊信號(hào)。這時(shí)，將不同的信號(hào)(或第1信號(hào))送給微型處理器22。如圖中相對(duì)傳感器20所示當(dāng)傳感器能與它的接受器通訊時(shí)，即在針之間(在這個(gè)例子中，在兩針12之間)由于存在裂縫或接縫26檢測(cè)射線20b被接受器18a接受，此時(shí)將第2信號(hào)送給微型處理器22。就象這樣，設(shè)置系統(tǒng)10以便知道關(guān)于針12或針14長(zhǎng)度的信息，從而按照本發(fā)明的建議處理這些信息。處理信息的一種方法是記錄相對(duì)各傳感器經(jīng)過的時(shí)間間隔，如果需要它們可以是第1傳感器18、第2傳感器20、或第3或第4傳感器(未表示)。
另一種是，傳感器20可以有安裝在內(nèi)部的接受器(未表示)，它執(zhí)行與接受器20a相同的功能將信息送回給微型控制器22。傳感器18在其中也可構(gòu)成基本相同的接受器用于相同的目的。
還有，在接受器之間的定位是固定的和與部件的長(zhǎng)度無關(guān)。換句話說，在任何兩點(diǎn)之間的任何距離如從一個(gè)傳感器上的一點(diǎn)到另一傳感器上的另一點(diǎn)是恒定的。所以在傳感器18和傳感器20之間有固定的距離28。本發(fā)明打算使一組檢測(cè)部件12、14的傳感器，它們這樣的定位從而不需要任何傳感器之間的相對(duì)移動(dòng)。
參考圖2，表示按照?qǐng)D1檢測(cè)到的信息的處理方法。特別是，表示所建議的兩個(gè)鄰近開關(guān)長(zhǎng)度測(cè)量技術(shù)的一組測(cè)量到的信號(hào)。定義Δ1作為傳感器開關(guān)之間的距離，如圖1的距離28。還有，Δ1是已知值，至少在測(cè)量期間它是固定的。所以，我們可以計(jì)算針的速度 式中Δt1是時(shí)間段從部件(如針)的長(zhǎng)度進(jìn)入第1傳感器范圍的一點(diǎn)直到被第2傳感器檢測(cè)到點(diǎn)。如圖中可見，因?yàn)棣?是已知值，V針取決于Δt1的變化。
使用這個(gè)速度我們得到或者可以計(jì)算針的長(zhǎng)度L針如下
式中Δt2是部件(如針)長(zhǎng)度通過單個(gè)傳感器所需的時(shí)間段，傳感器可以是第1傳感器18、第2傳感器20、或其他額外的傳感器。
請(qǐng)注意運(yùn)動(dòng)部件如針的速度可能不是恒定的。換句話說，速度可能是變量或隨時(shí)間推移而變化的函數(shù)。如果是這種情況就需要某些調(diào)整。調(diào)整包括改變比值(Δt2/Δt1)。注意高速是本發(fā)明考慮的重要特性?！案摺彼龠@詞的定義是，要測(cè)量的部件物體通過傳感器的速度是這樣的快以致使用已知方法不足以進(jìn)行有效的測(cè)量。例如在“低”速下人們可以僅用單個(gè)傳感器進(jìn)行測(cè)量。傳感器甚至可以是人的肉眼。
由于Δ1的值是固定的，測(cè)量到的針長(zhǎng)度正比于比(Δt2/Δt1)。
參考圖3，表示本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例10a。除了圖1中表示的各元件之外，加上第3傳感器21，它依次發(fā)出指向針的檢測(cè)射線21b用于檢測(cè)那里的變化。可以裝設(shè)接受器21a用于接受以傳感器21來的接受射線21a。另一種是，傳感器21可以有安裝在內(nèi)部的接受器(未表示)，它執(zhí)行與接受器21a相同的功能將信息送回到微型控制器22。
另外，裝設(shè)第3傳感器21。傳感器21可以通過聚焦的檢測(cè)線21a檢測(cè)各部件，該線聚焦在運(yùn)動(dòng)部件12、14的單個(gè)點(diǎn)上?？梢岳斫?，單點(diǎn)24也就是被傳感器18和傳感器20聚焦的點(diǎn)。另一種是，傳感器21可以有非聚焦檢測(cè)線21b。
在測(cè)量時(shí)，傳感器21有固定的位置因此它與傳感器18和傳感器20的相對(duì)距離分別是一對(duì)常數(shù)。換句話說，距離28a或距離28b分別是固定值或是常數(shù)。請(qǐng)注意在三維條件下，各傳感器可以不是沿著直線安裝。也就是說，距離28b的值可以不是距離28和距離28a值的總和。
如可以看到的那樣，對(duì)于如系統(tǒng)10a那樣3個(gè)或多個(gè)傳感器系統(tǒng)，由每個(gè)傳感器所送出信息之間的關(guān)系就變得更加復(fù)雜。換句話說，每個(gè)傳感器有它自己的Δt2和Δt1。對(duì)多于3個(gè)傳感器的任一個(gè)來說，為了關(guān)聯(lián)的目的僅代替一個(gè)別的傳感器，這樣就關(guān)系多于1個(gè)的傳感器。如可以看到的那樣，這就允許多次和交替計(jì)算比值(Δt2/Δt1)并可產(chǎn)生更好的逼近檢測(cè)的長(zhǎng)度。當(dāng)各部件在傳感器分離的長(zhǎng)度(28、28b)上改變速度時(shí)尤其是這樣。
例如在圖3b中表示從3個(gè)傳感器技術(shù)獲得的信號(hào)并有附加的變量(Δt)值用于代替的計(jì)算。
請(qǐng)注意在理想的條件下，對(duì)本發(fā)明來說2個(gè)傳感器在理論上是足夠的。在2個(gè)傳感器之間的距離優(yōu)選地是等于要測(cè)量的部件長(zhǎng)度。但是，由于本發(fā)明固定的距離特性，要測(cè)量的部件長(zhǎng)度不可能總是相同的。包含的其他因素是在任何傳感器中固有的測(cè)量誤差，被測(cè)量的部件運(yùn)動(dòng)的速度，和所需部件和不需要部件之間長(zhǎng)度或尺寸的差別，等等。因此，可以引入多于2個(gè)傳感器從而可以測(cè)量更多的參數(shù)和提供更多的原始數(shù)據(jù)，使之在本發(fā)明的測(cè)量中提高精度。
參考圖4，表示針長(zhǎng)度選擇系統(tǒng)的示意描述。要試驗(yàn)的部件通過導(dǎo)槽16。注意部件可以是所需的部件12以及不需要的部件14。當(dāng)在導(dǎo)槽16中時(shí)由傳感器單元30檢測(cè)各部件，該單元可以包括第1傳感器18、和第2傳感器20，或者其他的傳感器(未表示)。裝設(shè)操作機(jī)構(gòu)如第1操作機(jī)構(gòu)32和第2操作機(jī)構(gòu)34用于選擇性地收集所需部件12到合格箱和不需要部件14到不合格箱。第1操作機(jī)構(gòu)32和第2操作機(jī)構(gòu)34每個(gè)分別從微型控制器22接受指令并信息相通地連接到那里。下面是個(gè)例子，評(píng)價(jià)本發(fā)明這個(gè)原理的幾種變化。涉及的硬件包括圖5表示在V-軌道上的樣機(jī)安裝，它是從振動(dòng)球形給料機(jī)自動(dòng)送料。給微型計(jì)算機(jī)編程以便判讀傳感器的輸出和計(jì)算(Δt2/Δt1)的比值。
圖6表示在操作中的分類程序。在這個(gè)時(shí)刻按照這個(gè)技術(shù)的試驗(yàn)正在進(jìn)行，但初始的結(jié)果表示用適當(dāng)?shù)膫鞲衅魅∠蚝臀恢迷摲椒ㄏ喈?dāng)精確。如上面討論的那樣，傳感器的定位對(duì)這個(gè)系統(tǒng)的基本功能不是關(guān)鍵，當(dāng)然通過修正傳感器的位置可以獲得更好的結(jié)果，但是還發(fā)現(xiàn)在高速下可重復(fù)的傳感器更好和合適的部件展示也可以提高精度和可重復(fù)性。通過一個(gè)例子，對(duì)針?biāo)俑哌_(dá)每秒35英寸的情況下已經(jīng)證明可重復(fù)性為±0.0005″(秒)。附加的試驗(yàn)將考慮生產(chǎn)能力和在生產(chǎn)環(huán)境中用于離線針分類系統(tǒng)的長(zhǎng)期耐用性。注意這里的圖示窗使用戶很容易測(cè)定。
本發(fā)明打算通過使用上述的方法可以測(cè)量有物理尺寸的任何數(shù)目的部件。當(dāng)然需要裝設(shè)裝置使部件相對(duì)至少兩個(gè)傳感器運(yùn)動(dòng)。
因此，應(yīng)該理解這里描述的本發(fā)明的各實(shí)施例僅僅是說明本發(fā)明原理的應(yīng)用。并不打算使這里對(duì)說明性實(shí)施例細(xì)節(jié)的參考形成對(duì)權(quán)利要求書范疇的限制，各項(xiàng)權(quán)利要求描述了構(gòu)成本發(fā)明要點(diǎn)的那些特性。
權(quán)利要求
1.一種確定多個(gè)部件尺寸參數(shù)范圍的方法，包括提供包括第1傳感器和第2傳感器的至少2個(gè)傳感器；在傳感器之間固定一組恒定的距離(Δ1)，包括在第1傳感器和第2傳感器之間的至少一個(gè)距離，從而傳感器之間的相對(duì)距離被固定和在傳感器檢測(cè)操作期間不需要調(diào)節(jié)；和根據(jù)第1時(shí)間段(Δt1)和第2時(shí)間段(Δt2)的比(Δt2/Δt1)測(cè)量尺寸參數(shù)，從而不需要調(diào)節(jié)傳感器之間的相對(duì)距離。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于第1時(shí)間段(Δt1)始于當(dāng)?shù)?傳感器開始記錄多個(gè)部件中某個(gè)部件的一固定點(diǎn)，結(jié)束于當(dāng)?shù)?傳感器開始記錄該部件的該固定點(diǎn)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于第2時(shí)間段(Δt2)是一個(gè)部件通過在至少兩個(gè)傳感器中單個(gè)傳感器的長(zhǎng)度所需的時(shí)間。
4.一種確定多個(gè)部件尺寸參數(shù)范圍的方法，包括提供2個(gè)傳感器，包括第1傳感器和第2傳感器；在第1傳感器和第2傳感器之間固定一個(gè)恒定距離(Δ1)，從而傳感器之間的相對(duì)距離被固定和不需要調(diào)節(jié)；相對(duì)2個(gè)傳感器移動(dòng)多個(gè)部件；在每個(gè)部件上預(yù)定一點(diǎn)；記錄第1時(shí)間段(Δt1)；記錄第2時(shí)間段(Δt2)；和計(jì)算部件的尺寸。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于部件的尺寸包括部件的長(zhǎng)度。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于第1時(shí)間段(Δt1)是從部件的長(zhǎng)度進(jìn)入第1傳感器范圍的一點(diǎn)直到該點(diǎn)被第2傳感器檢測(cè)到的時(shí)間段。
7.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于第2時(shí)間段(Δt2)是該長(zhǎng)度通過單個(gè)傳感器所需的時(shí)間段，其中該傳感器是第1傳感器或第2傳感器。
全文摘要
提供測(cè)定多個(gè)部件尺寸參數(shù)范圍的一種方法。該方法包括如下各步裝設(shè)至少2個(gè)傳感器；固定一組在傳感器之間恒定的距離(Δ1)，從而固定傳感器之間的相對(duì)距離和不需要進(jìn)行調(diào)節(jié)；和根據(jù)第1時(shí)間段(Δt
文檔編號(hào)G01B11/04GK1645045SQ20051000429
公開日2005年7月27日 申請(qǐng)日期2005年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月20日
發(fā)明者M·E·帕頓 申請(qǐng)人:博格華納公司