CN102095394A - 一种高精度滚动位移检测装置 - Google Patents

Abstract

一种高精度滚动位移检测装置，它是由滚动轮辊、滚动轴承、摩擦轮、码盘和位移输出部件构成；滚动轮辊与滚动轴承和摩擦轮连接，在滚动轴承的支撑下带动摩擦轮转动；摩擦轮前方通过滚动轴承与滚动轮辊的小轴部分相连接，后方与码盘相连接，并以摩擦力的形式传递输出滚动位移给码盘；码盘与摩擦轮和位移输出部件通过信号线相连接；滚动轮辊、滚动轴承、摩擦轮之间的连接通过滚动轮辊的小轴部分实现；该装置构思科学，构造简单，采用码盘以脉冲方式检测滚动位移，兼顾了低成本和快速高精度的特点。本发明可应用于工业扫描成像设备、高精度传动设备等工业与控制领域，具有广阔的市场前景与应用价值。

Description

一种高精度滚动位移检测装置

技术领域

本发明涉及一种高精度滚动位移检测装置，它可以精确检测并输出滚动产生的位移，可广泛应用于工业扫描成像设备、高精度传动设备等工业与控制领域，属于信息处理、工业控制领域。

背景技术

运动位移检测是工业和控制领域中的重要技术，精确的滚动位移检测是工业产品中精确控制的关键。如在高速精确扫描中，扫描成像部件或扫描区域必须快速运动才能产生扫描成像所需的成像范围，是扫描成像的关键技术。然而，扫描成像部件或扫描区域的运动通常会带动相关轴承固定部件的转动从而产生滚动位移。而对滚动位移的测量可以直接得出扫描运动的位移甚至运动速度和加速度等，能够为高速精确扫描成像的控制***提供精确的控制所需信息。而且在需要检测大位移运动的设备中，为了能够随时检测大位移的产生、加速以及位移值，常需要在运动范围内安装位移检测传感器。但在很多特殊环境(高精度扫描成像、高速平稳运动等)或恶劣环境(如高温、腐蚀等)下，直接在运动范围内安装位移检测传感器可能无法实现，这就需要将运动位移转换成滚动位移并通过检测滚动位移达到检测运动位移的目的。因此，高精度滚动位移的检测在很多工业和控制领域的应用非常广泛，有时甚至是必需的。

高精度滚动位移检测装置通常是整个设备的附加部件，因此，要求该装置位移检测精确，结构简单，使用方便。而通过滚动轮将滚动位移传输给外部滚动位移检测传感器，然后通过滚动位移检测传感器检测滚动相关的物理量并将之转化为所需的运动位移，可以简单有效的检测滚动位移，并且在选用高精度传感器的情况下可以检测高精度的滚动位移。

为此，本发明设计了一种高精度滚动位移检测装置，它可以有效解决高精度位移检测的相关问题，实现快速高精度位移检测。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高精度滚动位移检测装置，用于解决工业和控制领域对高精度位移检测的需求，实现快速高精度位移检测，为民用、军事和航空航天提供有效的位移检测工具。

本发明的技术方案为：

本发明一种高精度滚动位移检测装置，其特征在于：它由以下五部分构成：滚动轮辊、滚动轴承、摩擦轮、码盘和位移输出部件。它们之间的位置连接关系是：滚动轮辊与滚动轴承和摩擦轮连接，在滚动轴承的支撑下带动摩擦轮转动；摩擦轮前方通过滚动轴承与滚动轮辊的小轴部分相连接，后方与码盘相连接，并以摩擦力的形式传递输出滚动位移给码盘；码盘与摩擦轮和位移输出部件通过信号线相连接；滚动轮辊、滚动轴承、摩擦轮之间的连接通过滚动轮辊的小轴部分实现。

(1)滚动轮辊

该滚动轮辊是一根实心的台阶轴。它为本装置的滚动位移输入件，它与滚动轴承和摩擦轮连接，在滚动轴承的支撑下带动摩擦轮转动。任何运动带动该滚动轮辊将产生滚动位移。

(2)滚动轴承

该滚动轴承选用常用的市购滚珠轴承，它与滚动轮辊的小轴部分静配合连接，用于支撑滚动轮辊并保证转动的平稳性。

(3)摩擦轮

该摩擦轮的结构形状是中心带孔的圆环形件，圆周中部设置有两个相互垂直的螺钉通孔，圆周外部边缘倒角，其前方通过滚动轴承与滚动轮辊的小轴部分相连接，后方与码盘相连接，通过摩擦力传递的形式输出滚动位移给码盘，这样，就可以简单、有效、精确地输出滚动位移。

(4)码盘

该码盘是滚动位移检测传感器，它与摩擦轮和位移输出部件相连接，以脉冲信号的形式通过摩擦轮检测滚动轮辊旋转圈数，并把检测数值输出给位移输出部件用于计算最终位移输出。

(5)位移输出部件

该位移输出部件是可编程逻辑控制器(PLC)单元，市购产品，用户通过编程并将程序写入PLC，将滚动圈数转换为位移输出，实现高精度滚动位移检测。

其中，该滚动轮辊大轴部分的直径尺寸范围是16～18mm，长度尺寸范围是300～500mm，小轴部分的尺寸与滚动轴承相配。

其中，该码盘为E6A2-CS5C旋转编码器，每转输出360个脉冲。

本发明一种高精度滚动位移检测装置的工作流程为：整个装置接通电源后，外部动力位移运动带动滚动轮辊在旋转轴承的支撑下旋转，将旋转位移传递给摩擦轮，摩擦轮带动码盘，码盘以信号脉冲的形式检测摩擦轮旋转，并将脉冲个数转换为旋转圈数由位移输出装置通过程序将旋转圈数转换成位移后输出。

本发明的优点及功效是：利用滚动轮辊将任意形式的位移转化为滚动位移，缩小了装置正常运转所需的空间；采用常用的标准滚动轴承，简化了整个装置的设计和实现；采用码盘作为位移检测装置，能够实现高精度的检测；而可编程逻辑控制器单元可以通过编程实现位移检测最终输出量的灵活有效控制。因此，该装置可以在有限空间内检测任意大小的位移，且检测精度很高，而且结构简单，价格便宜，兼顾了低成本和快速高精度的特点。

附图说明

图1为本发明一种高精度滚动位移检测装置的整体结构示意图；

图2为本发明一种高精度滚动位移检测装置中滚动轮辊的示意图；

图3a为本发明一种高精度滚动位移检测装置中摩擦轮的主视图；

图3b为本发明一种高精度滚动位移检测装置中摩擦轮的剖面图；

图4为本发明一种高精度滚动位移检测装置的工作流程图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图及具体实施方式详细介绍本发明。

本发明一种高精度滚动位移检测装置，其整体结构示意图如图1所示。该装置主要包括以下几个部分：滚动轮辊、滚动轴承、摩擦轮、码盘和位移输出部件。它们之间的位置连接关系是：滚动轮辊与滚动轴承和摩擦轮连接，在滚动轴承的支撑下带动摩擦轮转动；摩擦轮前方通过滚动轴承与滚动轮辊的小轴部分相连接，后方与码盘相连接，并以摩擦力的形式传递输出滚动位移给码盘；码盘与摩擦轮和位移输出部件通过信号线相连接；滚动轮辊、滚动轴承、摩擦轮之间的连接通过滚动轮辊的小轴部分实现。

(1)滚动轮辊

滚动轮辊是本装置的滚动位移输入部件，与滚动轴承和摩擦轮连接，在滚动轴承的支撑下带动摩擦轮转动。任何运动带动该轮辊滚动将产生滚动位移。本发明中，滚动轮辊的材料是铝质材料，形状是台阶轴，具体形状请参见图2，其大轴部分的直径是17mm，长度是340mm，小轴部分的尺寸与滚动轴承相配。选用铝质可以减轻整个装置的重量并降低加工费用。如果输出位移时的力矩较大，可以加大圆柱体半径或采用钢质材质。同时为了进一步降低整个装置的重量和成本，可以减小圆柱体半径或采用工程塑料材质。

(2)滚动轴承

滚动轴承与滚动轮辊连接，用于支撑滚动轮辊并保证转动的平稳性。由于滚动轮辊质量较小，因此，选用普通的滚珠轴承完全可以满足要求。在设计和应用时应注意滚动轴承的润滑和有效工作参数。这里选用滚珠轴承的规格型号是GB/T276-1994625Z。

(3)摩擦轮

摩擦轮前方与滚动轮辊相连接、后方与码盘相连接，主要以摩擦力的形式传递输出滚动位移给码盘。该摩擦轮的形状是圆柱形，其结构是圆柱形主体外部边缘棱角处倒角，圆周中部设有两个相互垂直的螺钉通孔N.该摩擦轮的具体尺寸为厚度H＝6mm，外径A＝12mm，中心孔M的内径Φ＝3mm，两个相互垂直的螺钉通孔N的内径Φ＝3mm，具体示意图请见图3a、图3b；在输出力矩较大的情况下，摩擦力传递不会产生滑动，可以简单、有效、精确地输出滚动位移。在输出力矩较小的情况下，摩擦力较小，可能会产生滑动，引起滚动位移测量的不精确。此时，可以用标准齿轮部件代替摩擦轮。在本发明应用的设备中，采用摩擦轮的形式已完全可以满足简单、有效、精确测量的要求。

(4)码盘

本发明采用码盘作为滚动位移检测传感器，前方与摩擦轮连接，感知摩擦轮输出的滚动位移；后方与位移输出部件相连接，以脉冲信号的形式检测滚动轮辊旋转圈数。假设码盘每秒钟输出的脉冲数为n，每转输出脉冲数为p，每秒钟滚动轮辊旋转圈数为m，则码盘的检测精度为m/np。选用合适的码盘可以精确检测滚动轮辊的旋转圈数，并把检测数值输出给位移输出部件用于计算最终位移输出。本发明所选用的码盘为E6A2-CS5C旋转编码器，可每转输出360个脉冲。

(5)位移输出部件

位移输出部件以可编程逻辑控制器(PLC)单元为基础并通过编程实现最终检测位移的转换和输出。可在程序单元内部将滚动圈数转换为位移输出，实现高精度滚动位移检测。假设滚动轮辊旋转圈数为m，滚动轮辊的半径为r，则最终的检测位移输出为m×r×6.28。

同时，由于检测位移所对应的时间可通过码盘脉冲数获得，因此位移输出部件还可以同时输出运动速度、加速度等运动参量以供各种应用需要。该单元是市购西门子PLC产品。

一种高精度滚动位移检测装置的工作流程如图4所示。整个装置接通电源后，首先外部位移运动带动滚动轮辊在旋转轴承的支撑下旋转，将旋转位移传递给摩擦轮；然后，摩擦轮运动带动码盘；其次，码盘以信号脉冲的形式检测摩擦轮旋转，并将脉冲个数转换为旋转圈数；最后，位移输出装置通过程序将旋转圈数转换成位移后输出。本发明可以精确检测并输出滚动产生的位移，可广泛应用于工业扫描成像设备、高精度传动设备等工业与控制领域。

Claims (3)

1.一种高精度滚动位移检测装置，其特征在于：它是由滚动轮辊、滚动轴承、摩擦轮、码盘和位移输出部件构成；滚动轮辊与滚动轴承和摩擦轮连接，在滚动轴承的支撑下带动摩擦轮转动；摩擦轮前方通过滚动轴承与滚动轮辊的小轴部分相连接，后方与码盘相连接，并以摩擦力的形式传递输出滚动位移给码盘；码盘与摩擦轮和位移输出部件通过信号线相连接；滚动轮辊、滚动轴承、摩擦轮之间的连接通过滚动轮辊的小轴部分实现；

所述滚动轮辊是一根实心的台阶轴，它为本装置的滚动位移输入件，它与滚动轴承和摩擦轮连接，在滚动轴承的支撑下带动摩擦轮转动并随之滚动位移；

所述滚动轴承选用标准滚珠轴承，它与滚动轮辊的小轴部分静配合连接，用于支撑滚动轮辊并保证转动的平稳性；

所述摩擦轮的结构形状是中心带孔的圆环形件，圆周中部设置有两个相互垂直的螺钉通孔，圆周外部边缘倒角，其前方通过滚动轴承与滚动轮辊的小轴部分相连接，后方与码盘相连接，并通过摩擦力传递的形式输出滚动位移给码盘；

所述码盘是滚动位移检测传感器，它与摩擦轮和位移输出部件相连接，以脉冲信号的形式通过摩擦轮检测滚动轮辊旋转圈数，并把检测数值输出给位移输出部件用于计算最终位移输出；

所述位移输出部件是可编程逻辑控制器，即PLC单元，用户通过编程并将程序写入PLC，将滚动圈数转换为位移输出，实现高精度滚动位移检测。

2.根据权利要求1所述的一种高精度滚动位移检测装置，其特征在于：该滚动轮辊大轴部分的直径尺寸范围是16～18mm，长度尺寸范围是300～500mm，小轴部分的尺寸与滚动轴承相配。

3.根据权利要求1所述的一种高精度滚动位移检测装置，其特征在于：该码盘为E6A2-CS5C旋转编码器，每转输出360个脉冲。

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