曲线位移传感器系统及其用途技术方案

本发明专利技术公开了一种曲线位移传感器系统及其用途，包括随曲线移动的物体一起移动的动传感器，另有起对动传感器的移动信号作参照作用的静传感器装置，通过动传感器和/或静传感器的高频脉冲数表征位移大小。本发明专利技术具有结构简单、安装方便、成本低、测量精度和分辨率高、无须调零等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种曲线位移传感器，具体地说，是涉及一种高精度数字式曲线位移传感器。
技术介绍
位移检测技术是一门不断发展的技术，随着科学技术的飞速发展，在工业生产和科学研究过程中，对位移检测的精度、速度等要求也越来越高，特别是高精度位移的数字式非接触式检测。传感器与新兴技术的结合也大大扩展了传统传感器的研究与运用。位移测量是测量技术中最基本的项目之一，在工程运用中非常广泛，具有非常重要的位置。因此， 寻求简单实用、操作方便、适应范围广、经济性好的位移传感器对促进工业生产发展具有重要现实意义。目前市场上具有高性价比的曲线位移传感器十分有限，常用的角位移及直线位移传感器均不能直接用作高精度曲线位移检测。所以，高精度曲线位移传感将在未来得到重视与发展。曲线位移传感器主要运用于一些不规则材料和结构的精确测量和装配、曲线加工(焊接、切割、雕刻等)时动力头的闭环控制等领域。该类传感器兼容了直线和角度和测量，并在曲率检测方面有所发展，在工业生产、航天航海、新型材料以及军事军工等领域可以被广泛运用。曲线位移高精度测量是机械量测量中的难点，一般采用如下几种方法①间接测量法通过对驱动机构的位移测量而计算出终端曲线位移。驱动机构一般有电动、驱动和液动三种。以电动驱动机构最为常见，两电机通过齿轮丝杆等传动装置可实现终端平面曲线运动，三电机通过齿轮丝杆等传动装置可实现终端三维空间曲线运动。通过在电机上加装光电编码器或在传动机构上加装光栅尺可完成每个自由度的位移检测，并最终换算成系统末端的曲线位移。采用该方法，无法克服传动机构回程误差、间隙误差等影响，而且光电编码器或光栅尺的分辨率及精度直接决定了曲线位移检测精度。在许多只知道系统末端移动信息，而不清楚传动机构情况的实际工况下，该方法不具通用性。②直接测量法直接测量法一般采用滚轮固定在被测物上沿曲线运动，采用传感技术将曲线上位移通过滚轮转换为模拟信号或数字信号。该方法简便易行，但许多曲线移动系统末端工况不允许安装滚轮，或者末端悬空使滚轮无法与参照物相接触，使该方法具有较大的局限性。随着数字图像处理技术的发展，采用图像传感器及图像处理技术检测曲线位移越来越吸引着研究者的关注。图像传感器CXD(Charge Couple Device)分为一维的和二维的，前者用于位移、尺寸的检测，后者用于平面图形、文字的传递。工业生产过程中曲线位移的测量，可利用一维CCD器件实现。首先借助光学成像法将被测物的未知曲线长度投影到 CCD器件上，再根据总像素数目和被物像遮掩的像素数目，计算出被测曲线长度。视觉传感器提供的信息量丰富，适应能力强，但造价高，使其应用受到一定限制。而且在光干扰较强的工况下，如测量焊接切割系统末端曲线位移时，图像处理算法复杂，信息处理时间长、实时性差。
技术实现思路
本专利技术提供一种测量范围大、结构简单、安装方便、成本低、测量精度和分辨率高、 无须调零的曲线位移传感器系统。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是一种曲线位移传感器系统，其特征是包括随曲线移动的物体一起移动的动传感器，另有起对动传感器的移动信号作参照作用的静传感器装置，通过动传感器和/或静传感器的高频脉冲数表征位移大小。所述的曲线位移传感器系统，有随曲线移动的被测物体一起移动的动传感器，另有左、右勻速同步电机，左、右勻速同步电机的旋转方向相同，左、右勻速同步电机的输出轴上分别连接具有对红外光反光作用、并随电机输出轴转动的反光棒，反光棒的旋转平面与电机输出轴垂直，电机输出轴轴心为反光棒旋转平面圆心，两个反光棒的旋转平面具有相互重叠的区域，该重叠区域为物体移动的有效检测区，即被测物体的移动范围在上述重叠区域内；有一个静传感器固定在左、右勻速同步电机之间；所述动传感器、静传感器均为反射式单光束红外光电传感器。动传感器、静传感器分别与比较器连接，比较器与单片机连接，单片机通过I/O 口输出控制信号给FPGA的计数器模块，通过单片机口线高低电平的转换实现技术和锁存功能的切换，锁存器把数据返回单片机，单片机经过计算把结果输出显示。在有强光干扰的工况下使用时，可采用霍尔传感器、涡流传感器等其它种类的位置传感器代替反射式光电传感器。将霍尔元件、涡流线圈(涡流探头)等敏感元件安装于曲线轨道(轨迹)上，安装位置同反射式光电传感器，将反光棒替换为磁场发生装置或涡流片，将敏感元件的输出作为位置信号。所述的曲线位移传感器系统，有随曲线移动的被测物体一起移动的随动式动传感器，另有左、右勻速同步电机，左、右勻速同步电机的输出轴上分别固装第一、第二动传感器，第一、第二动传感器为光电发射器，左、右勻速同步电机的外壳上分别固装第一、第二静传感器，第一、第二静传感器为光电接收器件，随动式动传感器在一圈360度范围内安装若干个光接收器件，保证被测物体在任何位置下均可接收到第一、第二动传感器发出的光信号；第一、第二静传感器的安装位置为能分别接收到第二、第一动传感器发出的光信号的位置。所述的曲线位移传感器系统，有随曲线移动的被测物体一起移动的动传感器，动传感器固定在同步勻速电机轴上，跟随电机同步勻速旋转，同步电机固定在被测物体上，跟随物体同步运动，另有第一、第二静传感器固定在被测物体曲线位移轨道两侧；所述动传感器是光电发射传感器，第一、第二静传感器为光电接收传感器，动传感器发出的光束轴线旋转形成的平面与电机轴线垂直。动传感器、静传感器分别与比较器连接，比较器与单片机连接，单片机通过I/O 口输出控制信号给FPGA的计数器模块，通过单片机口线高低电平的转换实现技术和锁存功能的切换，锁存器把数据返回单片机，单片机经过计算把结果输出显示。一种曲线位移传感器系统的用途，其特征是用于检测曲线位移或检测曲率大小， 检测曲率大小时，通过反光棒旋转扫描动传感器移动过程中的三个点，采用两段微直线拟合圆弧，采用高频脉冲填充并结合三角函数运算得到曲率半径及曲率大小。一种曲线位移传感器的用途，其特征是通过在被测物体上安装直线位移传感器， 以任意一个与电机轴线垂直的平面为参考，检测被测物体与该平面间的位移变化，通过立体几何计算可确定被测物体在三维空间中的轨迹，即可实现三维空间曲线位移检测。本专利技术所述的高精度数字式曲线位移传感器的有益效果主要表现在1.结构简单，加工方便，实现数字化非接触式检测。成本低，利于批量生产。2.测量范围大。3.除了高精度曲线位移检测外，可实现高精度曲率检测。对传感器进行简单改造即可实现三维曲线位移检测。4.精度和分辨率高，在保持电机转速稳定的前提下，采用高频脉冲填充法，可获得很高的精度。5.测量前无须调零，方便了检测过程。 附图说明图1是本专利技术所述的曲线位移传感器实施方案1本体结构图；图2是本专利技术所述的曲线位移传感器实施方案1测量原理俯视简图1 ；图3是本专利技术所述的曲线位移传感器实施方案1测量原理时序图1 ；图4是本专利技术所述的曲线位移传感器实施方案1测量原理俯视简图2 ；图5是本专利技术所述的曲线位移传感器实施方案2本体结构图；图6是本专利技术所述的曲线位移传感器实施方案2测量原理俯视简图1 ；图7是本专利技术所述的曲线位移传感器实施方案2测量原理时序图1 ；图8是本专利技术所述的曲线位移传感器实施方案2测量原理俯视简图2 ；图9是本专利技术所述的曲线位移传感器实施方案2测本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．　一种曲线位移传感器系统，其特征是：有随曲线移动的被测物体一起移动的动传感器，动传感器固定在同步匀速电机轴上，跟随电机同步匀速旋转，同步电机固定在被测物体上，跟随物体同步运动，另有第一、第二静传感器固定在被测物体曲线位移轨道两侧；所述动传感器是光电发射传感器，第一、第二静传感器为光电接收传感器，动传感器发出的光束轴线旋转形成的平面与电机轴线垂直。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：华亮，冯浩，顾菊平，钱家琛，丁立军，羌予践，茅靖峰，张齐，姚娟，李智，吴晓新，吕琳琳，魏绪亮，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：发明
国别省市：32