竖向校直机构及传感器的构建法制造技术

一种基于机械机构的竖向较正机构及传感器的构建法，是综合了机械、光、电以及电子和数字化技术的机构，主要由基板、外筒、芯筒、悬挂机构、伸缩机构、对中机构等组成，芯筒做复摆运动，芯筒悬挂在悬挂机构上，悬挂机构设于外筒上，外筒设于基板上；可将外筒设成上下两段，并将伸缩机构设于外筒两侧通过顶丝使外筒的竖向伸缩；通过调节基板的螺栓，可调整基板的水平度，进而带动杆件机构的垂直度变化；通过观察光束打在反光圆台上的位置，判断杆件机构的倾斜方向及倾斜度；借以光、电以及电子和数字化技术组合后，能分别形成机械式、机电式、数字式的机构或传感器。

【技术实现步骤摘要】
技术类型本专利技术涉及一种机械机构的构建法，是一种用于垂直工作或监测垂直度的机械机构，尤其是用于数字化的垂直度传感器。技术背景目前常见的竖向校正设备，仍多为由曲管、液体和气泡三要素构成的尺杆类测具，已趋不适应精准时代之控制需求；现代化的电子类或数字类测具虽已逐步兴起，但却又存在着精度低、造价高、环境误差大、机电结合难等诸多问题，难以普及，影响了诸如精细生产类的行业革新，进而制约了智能化社会的实现进程。
技术实现思路
本专利技术的竖向校直机构及传感器的构建法，是一基于普通物理方法的垂直度校正机构，适宜大型设备等机构就位时的快速竖向校正，操作直观、迅捷；基于此，再引入电子化或数字化的测控技术，则本机构可最终升级为智能型的竖向机构或传感器。本专利技术所谓的普通物理方法，是指以普通的机械构造构成的机构(简称基本机构或杆件机构)；所谓电子化，是指在基本机构的基础上增设电子元件，将偏差数值和方位直接显示于机构之外指定位置的方法；所谓数字化，是指在电子化的基础上，将机构中的电子元件先定义为数字编码中的各位元，再根据基本机构处某种倾斜状态时各位元的开关状态形成代表确定含义的二进制数，最后作为信息送入计算机等智能设备中计算出偏差方位及数值，同时形成基本机构倾斜状态的显示及校直驱动机构的执行逻辑等。本专利技术所谓的竖向校正机构，是指本机构可作为具自行校正垂直度(简称较直)能力的一个独立机构或机械；所谓的竖向校正(或较直)传感器，是指本机构可作为电子化或数字化监控体系的物理基础(即机械分部)；所谓自校正，是指机构本身自带垂直度监测机构，借助于动力系统、逻辑控制系统后可自行校正垂直度。本杆件机构(图1所示)以杆状体为理论模型，在其未经较直并固定前，可视为下端铰接(球形铰)上端悬空的杆件；主要由基座、外筒、芯筒、悬挂机构、光源、反光台及对中机构、限位板、芯筒保护机构等构成。基座是整个机构的基底或机架，其中心设一透光孔；反光台设于基座上，其中心设一过圆台轴线的小孔，该孔与基座上的透光小孔相对；外筒垂直安装在基座上，形成一端开口的筒状空间；悬挂机构设于外筒上端(筒口)，其横担管与基底平行；芯筒悬挂于悬挂机构(中心)下方，形成轴心与外筒中心线(或轴心)重合(特指杆件机构垂直时)的复摆；光源设于芯筒上端，其光线(光束)穿过芯筒上的中心孔射向基座上的圆台。若光线由圆台反射射向周边(照亮外筒壁上的透窗)，则说明基本机构处于倾斜状态，其上端向着光线射出的方向倾斜；若光线由基座下的小孔向下射出，则说明基本机构垂直(若将光源固定设于外筒上口中心，下端对正基座小孔，当杆件机构倾斜时，垂直的芯筒会挡住光束向小孔的传播，通过盲调(无明确方向性)也能最终使光束由基板孔穿出)，此时，该机构可作为一个竖直的独立机构使用。可通过调整支撑螺栓高度校本机构的垂直度，在对拟校正的设备或机构的垂直度校正时，将基本机构与之固定连接后，通过调整被校正设备上的各支点(高度)，能使基本机构垂直，进而证明和实现设备的较直。将基本机构上的反光台改换成光敏元件组成的阵列后，对准芯筒中心的元件则会被光束激活或点亮，通过观察被激活光敏元件的分布位置，即可判定基本机构上端的倾斜方向及数值，从而形成电子化的竖向校正传感机构。若以基座中心为中心，将基座板面(简称基板)划分成四个平面象限，并自中心由里向外按一定规律排列设置成光敏元件阵列，因各元件所处阵列上的位置不同，故能代表基本机构上端所偏移的数量和方位；在外筒外壁或其他构件上设与该光敏阵列相对应的映射装置(例如小灯阵列等)，则可通过外部的映射较直观的监视基本机构的偏斜情况(图2)，从而做出有效地校正决策。同样，若用电容、电感类传感元件按一定规律在基板(或固定的外筒上)上设成阵列等形式(图4、图7)，以芯筒的摆动位移，形成影响阵列元件电量输出的因素，也能在基本机构外部有效地映射其偏斜状态，从而做出有效的较直决策。以上述的基板象限划分和电子元件阵列为基础，将所有元件按一定顺序排成阵列(一个或多个阵列)，将一个阵列作为一个二进制数；根据机构倾斜状态的不同，被激活的元件的位置不同，即各元件输出的开关量不同，因而形成代表着机构不同倾斜状态时的若干个数字量，即由此形成了杆件倾斜量与阵列输出的数字量的对应关系，亦即通过解读基本机构传出的数字量，即可知晓基本机构的倾斜度，由此形成数字化的竖向校正传感器。将阵列元件以一行(或一列)定义成一个数据段(图4)，每个电子元件定义为该段上的不同的数字位；根据该段上各元件的通断(或其他以电量表示的高低定义)状态，形成该数字段的开关量数据；将各数据段依序排列结合在一起，即形成一个反应本传感机构倾斜状态的数字量。电子元件阵列和数字量的建立，允许多个元件被同时激活导通，例如，在光斑同时打在两个(或多个)元件上(同时被激活)时，不必再为哪那个元件更具代表性而难于取舍，而可通过阵列位置和数字量的计算，得出更能代表真实倾斜量的数值，对倾斜状态的描述更为精准；同时，也不必再苛求光源的聚焦度(平行光束)，使得选择范围更宽泛。数字量的建立，可预先在智能机构中(如计算机)建立数据库，预制数字量与控制逻辑的关系，即以基本机构为智能系统提供垂直度数值和方位，智能机构给出自动较直指令，执行机构实施较直操作，从而建立数控自校正体系。基本机构的构成基座基座是一块刚性平板(圆形或方形等规则形状)，它是整个机构的基底，其中心设一透光小孔，周边设数个安装孔，用以固定基本机构。外筒外筒是一规则的刚性方筒(或圆筒)，下端与基座固定连接，两者垂直，其中心线(或轴心)穿过基座上的小孔(中心)。以外筒中心线(轴)的垂直度，代表基本机构的垂直度。光束越细、基座上的中心孔越小，基本机构的垂直度监测精度越高。悬挂机构悬挂机构是一组合机构，相当于一个约束了水平方向旋转自由度的球形铰，能将芯筒的上端点(即芯筒的截面中心)固定在球形铰的中心上，使刚性的摆杆(即芯筒)相对该中心点做复摆运动。悬挂机构安装在外筒的上端，其悬吊中心过外筒中心线和基板孔中心，形成上中下各构件中心轴的重合。对于后面将要叙述的可伸缩的基本机构及可伸缩的电子机构而言，上述的悬挂机构无法解决芯筒的伸缩问题，不再适应。需将芯筒设成上下套接且可伸缩的两段，在上芯筒随外上筒提升时，能使下芯悬停(保持相对基板的距离固定不变)，故此时的悬挂机构(图9)需具独立调节上芯同步升降的能力。在芯筒中心轴上设推拉上下两节芯筒伸缩的芯丝(相当于基本机构芯筒的光束通道)驱动机构，使下芯悬停上芯抬升(或降低)；上芯的光束孔作为心丝的机架，下芯的光束孔作为心丝螺母，心丝的驱动齿轮设在悬挂机构的中心上(即齿轮中心与悬挂机构的旋转中心重合在一起)，心丝与齿轮之间以约束了周向(指心丝)旋转自由度的球形铰结合传力，心丝驱动齿轮沿固定轴线位置旋转，心丝除能沿周向旋转外，还具绕球形铰中心旋转的能力，即复摆的旋摆能力基本不受影响。心丝在动力驱动下发生旋转，能将约束了旋转自由度的下芯向下推出(或向上拉回)，若以基板做参照物时，下芯则悬停不动。下芯与上芯之间设旋转约束卡和滑行卡槽，上芯的旋转自由度被悬挂机构约束，下芯的旋转自由度被上芯约束。芯筒芯筒是一刚性的均质细筒(细杆，用于电子化或数字化)，以悬吊形式安装在悬挂机构上，芯筒上端截面中心在外筒的中心线上；芯筒本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于机械机构的竖向较直机构及传感器的构建法，是综合了机械、光、电以及电子和数字化技术的机构，其特征在于：其机械机构主要由基板、外筒、芯筒、悬挂机构、伸缩机构组成，由此再经与光、电以及电子和数字化技术组合后，能分别形成机械式、机电式、数字式的机构或传感器；基板是一刚性方形底板，设有中心孔，四角设有固定安装孔或高度调节孔与螺栓配合固定底板或调节各角高度，进而调节底板的水平度；外筒由一段或两端同轴的刚性筒组成，下端与基板固定连接且两者相垂直，上端安装悬挂机构，前后两侧面设与基本垂直且固定连接的封板加强外筒与基板的连接，并以封板边作为机构竖直的标志线或作为其他外加机构的滑行轨道；在由上下两段组成的变长杆机构中，外筒左右两个侧面上固定安装伸缩机构的定位平台，以上部定位平台的升降带动外筒的伸缩；芯筒设于外筒中央，能做复摆运动，从摆杆下端射出光束或带动位移触发式传感器的移动补移动，摆杆下端还设有配重微调机构，以消除机械加工和安装构成的系统误差；伸缩式芯筒主要由吊芯、悬芯、芯丝等构成，吊芯安装在悬挂机构上的摆心出，悬芯安装在悬芯上；吊芯和悬芯两者间套接滑行并设有旋转约束卡和滑行槽，约束两之间的旋转；芯丝设于芯筒中心，上端的螺栓轴安装在吊芯中，螺栓轴伸出吊芯的上端面，悬挑至摆心处并在其上安装驱动齿轮；摆心驱动齿轮与芯丝螺栓轴的通过球形铰连接，通过约束卡约束了球头沿齿轮平面的旋转自由度；芯丝的下端安装在悬芯中，通过固定安装在悬芯中的悬管形成推拉关系，使悬芯在吊芯升降的过程中保持高度位置不变；悬挂机构主要由处于同一平面上的轴线相互垂直的两条旋转轴或机构和安装平板架构成，外旋转机构安装在安装平板架上割出的圆孔中，内旋转机构安装在外旋转机构构成的圆孔中，外旋转机构轴线、内旋转机构轴线均处于平板架的中间平面上，内、外旋转机构的轴线的交点是复摆的摆心，芯丝的驱动齿轮的质心设于此点上；悬挂机构的安装平板架的板面与基板平行，固定安装在外筒上端；伸缩机构主要由上下两个定位平台、顶丝机构、导杆机构组成，下定位平台固定安装在基板上台面与基板平行，上定位平台固定安装在外上筒上部且台面与基板平行，上定位平台上安装顶丝机构的螺栓轴和导杆机构的导杆，下定位平台上安装顶丝机构的螺螺母和导杆机构的导杆孔；在顶丝机构的螺栓轴上悬挑出的轴头上安装驱动齿轮，接通动力源后形成定位平台升降的驱动机制；将点光源的光束经由带有中心孔的芯筒或芯丝由上向下射出，若杆件机构倾斜则光束会打在安装在基板中心的反光圆台上，形成射向外下筒下端的光线，若杆件机构垂直则光束会在基板中心的小孔向下穿出，形成杆件垂直信息的显示和输出；据此信息对杆件机构进行纠偏或位置固定，即实现了本机构构建法的意义。...

【技术特征摘要】
1.一种基于机械机构的竖向较直机构及传感器的构建法，是综合了机械、光、电以及电子和数字化技术的机构，其特征在于：其机械机构主要由基板、外筒、芯筒、悬挂机构、伸缩机构组成，由此再经与光、电以及电子和数字化技术组合后，能分别形成机械式、机电式、数字式的机构或传感器；基板是一刚性方形底板，设有中心孔，四角设有固定安装孔或高度调节孔与螺栓配合固定底板或调节各角高度，进而调节底板的水平度；外筒由一段或两端同轴的刚性筒组成，下端与基板固定连接且两者相垂直，上端安装悬挂机构，前后两侧面设与基本垂直且固定连接的封板加强外筒与基板的连接，并以封板边作为机构竖直的标志线或作为其他外加机构的滑行轨道；在由上下两段组成的变长杆机构中，外筒左右两个侧面上固定安装伸缩机构的定位平台，以上部定位平台的升降带动外筒的伸缩；芯筒设于外筒中央，能做复摆运动，从摆杆下端射出光束或带动位移触发式传感器的移动补移动，摆杆下端还设有配重微调机构，以消除机械加工和安装构成的系统误差；伸缩式芯筒主要由吊芯、悬芯、芯丝等构成，吊芯安装在悬挂机构上的摆心出，悬芯安装在悬芯上；吊芯和悬芯两者间套接滑行并设有旋转约束卡和滑行槽，约束两之间的旋转；芯丝设于芯筒中心，上端的螺栓轴安装在吊芯中，螺栓轴伸出吊芯的上端面，悬挑至摆心处并在其上安装驱动齿轮；摆心驱动齿轮与芯丝螺栓轴的通过球形铰连接，通过约束卡约束了球头沿齿轮平面的旋转自由度；芯丝的下端安装在悬芯中，通过固定安装在悬芯中的悬管形成推拉关系，使悬芯在吊芯升降的过程中保持高度位置不变；悬挂机构主要由处于同一平面上的轴线相互垂直的两条旋转轴或机构和安装平板架构成，外旋转机构安装在安装平板架上割出的圆孔中，内旋转机构安装在外旋转机构构成的圆孔中，外旋转机构轴线、内旋转机构轴线均处于平板架的中间平面上，内、外旋转机构的轴线的交点是复摆的摆心，芯丝的驱动齿轮的质心设于此点上；悬挂机构的安装平板架的板面与...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙长顺，
申请(专利权)人：孙长顺，
类型：发明
国别省市：山东;37