CN208269873U - 接触式直径自动测量仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型为一种接触式直径自动测量仪，它有底座框架、丝杆、光轴和步进电机，步进电机安装在底座框架上，丝杆上装有滑块，滑块上有限位开关支承架，限位开关支承架上装有上限位开关和下限位开关，丝杆上端安装在丝杆挡板上，下端通过联轴器与步进电机连接传动，丝杆挡板与底座框架间有光轴固件和光轴，滑块上装有滚轮在光轴上滚动，丝杆挡板上装有零点挡板，底座框架上有放置被测工件的支承架，步进电机与单片机和驱动器间有电连接，支承架为一对有拱形刃口的凹卡，置于有燕尾滑槽结构的支承底座上。本实用新型体积小、重量轻、精度高、结构简单、操作方便等特点，适合学校或材料力学实验室人员对工件直径的快速测量。

Description

接触式直径自动测量仪

技术领域

本实用新型涉及一种测量仪器，具体是一种接触式直径自动测量仪。

背景技术

目前，圆柱体直径测量的方法分为接触式测量和非接触式测量两类。其中，接触法测量主要有尺寸规划法、坐标测量机测量法、电接触法等，非接触法主要有光学测量法和气动测量方法等。

1、尺寸规划法

尺寸规划法通俗来讲就是尺规测量，常见的是应用科学实验室常用的刻度尺、游标卡尺、螺旋测微器等测量工具。这一测量方法也是众多方法之中最常见、最普通的。

以游标卡尺为例，它的测量精度一般可达到0.01mm，但非专业人士测量可能会造成读数困难的麻烦，其方法是首先需要调零，将可移动测量抓推至固定测量抓一侧，两抓接触时调零，将可移动测量抓与固定测量抓分开，中间放置被测工件后再将两抓合拢，直至两抓同时接触到被测物时读出示数。

数显游标卡尺的核心是容栅机构，容栅机构是一种独特的测长传感器。其主要(核心)部分是容栅传感器。容栅传感器与游标卡尺相对应，可移动测量抓上安装容栅传感器的动尺，固定测量抓上安装容栅传感器的定尺。两者之间为电容耦合，在可移动测量抓上设置发射电极，固定测量抓上设置接收电极。发射电极可以将多个相位不同的交流信号发射给接收电极。从而转换成数字信息。达到数显测量的目的。

2、坐标测量机测量法

坐标测量机（Coordinate Measuring Machine，简称CMM）是最有代表性的坐标测量仪器。

坐标测量机的工作原理就是通过建立一个坐标系，然后将被测工件表面的测量点对应的投射到建立好的坐标系中，就能构建出所测工件的空间模型。有了工件的空间模型，坐标测量机就可以计算出所需的几何参数。

坐标测量机当前存在的问题有对环境要求比较严格；坐标测量机的导轨加工精度很高，并且与气浮轴承的配合间隙很小，必须保证导轨上面没有灰尘或其它杂质，否则就容易造成气浮轴承和导轨划伤；而且它的制作工艺非常复杂，制作成本也相对较高。

3、电接触法

直观理解就是被测工件只能作为导体，两侧通电测量体接触导通时得出测量值。电接触法测量工作原理是，被测工件为可导电的圆柱体，夹持完毕后，两侧的通电接触片开始向中心运动，当接触到被测瞬间，两端导通，从而得出相应示数，同时，两端接触片恢复到初始位置。

4、光学测量法

光学测量法拥有非接触、快速、精度高等优点。其测量方式有工业电视，图像 传感器，激光束扫描等。

5、气动测量法

气动测量法就是应用空气的流量和压力来对工件尺寸进行测量，气动量仪就是应用此方法进行测量。气动量仪利用了空气流量和压力均与间隙的大小成比例关系，同时对应的压力和流量之间成反比例关系这一物理原理。

它是一种非接触式的且测量精度相对较高的测量仪器，它的优势在于它的测量精度极高，可以达到0.005英寸，当测量小公差时，气动量仪的测量分辨率更是可以达到0.000002英寸(0.05μm)。此外，气动量仪还可以测量各种硬度低、光洁度高、薄板或者其他特殊材料的零件。

光学测量法与气动测量法共同存在的问题是制造成本相对较高、制造工艺比较复杂、维修成本较高，制造昂贵。

发明内容

本实用新型针对上述问题，提出一种接触式直径自动测量仪，这种测量仪的特点是体积小、重量轻、精度高、结构简单、操作方便等特点，适合学校或材料力学实验室人员对工件直径的快速测量。

本实用新型的这种接触式直径自动测量仪，它有底座框架、丝杆、光轴和步进电机，其特征在于步进电机安装在底座框架上，丝杆上装有滑块，滑块上有限位开关支承架，限位开关支承架上装有上限位开关和下限位开关，丝杆上端安装在丝杆挡板上，下端通过联轴器与步进电机连接传动，丝杆挡板与底座框架间有光轴固件和光轴，滑块上装有滚轮在光轴上滚动，丝杆挡板上装有零点挡板，底座框架上有放置被测工件的支承架，步进电机与单片机和驱动器间有电连接。

所述支承架为一对有拱形刃口的凹卡，置于有燕尾滑槽结构的支承底座上，燕尾槽开在上支承座上，燕尾榫开在下支承座上。

所述光轴为两根，与丝杆平行安装，滑块上每侧有两个滚轮在光轴上滚轮，以保持滑块上下移动的平衡性。

滑块上有与丝杆配合的螺母。

单片机为STC单片机，驱动器为A4988驱动器。

底座框架上装有与单片机连接的控制开关和显示器。

所述下限位开关与工件接触点为向下凸出的水平刃口线，以方便测量变径工件的直径。

光轴固定件为4020型铝材。

本实用新型的工作原理如下：

本实用新型的这种测量仪控制核心为STC单片机和A4988驱动器，配合42步进电机，由12V电源驱动，从而带动丝杠转动，使与丝杠配合的滑块上下移动。采用上下限位开关作为接触信号反馈装置，通过限位开关支承架与滑块连接。通过单片机程序控制，使上限位开关接触到零点触碰板时程序清零，且滑块下移，直至下限位开关接触到被测工件，再通过程序转化便可换算出结果（读数）显示在显示板上。为了使滑块更稳固，在滑块上安装滚轮配合光轴，让滑块沿光轴移动。此外，这种测量仪还有轴承支座、4020型方铝轨道光轴固件、被测工件支承座、联轴器等配件作为辅助装置。

本实用新型体积小、重量轻、精度高、结构简单、操作方便等特点，适合学校或材料力学实验室人员对工件直径的快速测量。

附图说明

图1是本实用新型的立体图。

图2是本实用新型主视图。

图3是左视图（局部剖视）。

图4是俯视图（局部剖视）。

图5是滚轮与其滚轮杆和滚轮轴套集成立体图。

图6是滑块立体图。

图7是控制开关示意图。

图8是本实用新型工作原理示意图。

图1-7中，各零部件的标号如下：

1-底座框架；2-下支承座；3-上支承座；4-支撑架；5-下限位开关；6-限位开关支承架；7-零点挡板；8-丝杆挡板；9-光轴固件；10-光轴；11-丝杆；12-滑块；13-螺母；14-滚轮；15-滚轮套筒；16-滚轮杆；17-联轴器；18-电机挡板；19-步进电机；20-控制开关；21-显示器；22-上限位开关。

20-1---启动按键；20-2---停止按键；20-3---下移按键；20-4---上移按键。

具体实施方式

下面结合附图和实例进一步说明本实用新型。

如图1-8所示。底座框架1用不锈钢方框型材焊接而成，其中一端形成一个坑形安装步进电机19，并用电机挡板18隔开，丝杆11的下端通过联轴器17与步进电机轴连接传动，上端通过轴承等配件安装在丝杆挡板8上，丝杆挡板固定在光轴固件9上，光轴固件为4020型方铝型材，下端固定在底座框架上。光轴固件两侧各固定一根光轴10作为滚轮14的导轨。丝杆上移动的滑块通过自身上的螺纹道，也就是螺母13配合安装。四个滚轮通过滚轮套筒15和滚轮杆16安装在滑块上。限位开关支承架6固定在滑块上，并将上限位开关22和下限位开关5安装在限位开关支承架的上侧和下侧，使之分别能够与固定于丝杆挡板上的零点挡板7和被测工件接触。

支承架4是将被测工件固定于底座框架上的支架，针对圆柱形工件的特点将该支架做成一对拱形刃口槽，置于支承上座3的两端，保证测量时保持工件的轴线水平。对于变径工件，为保证轴线水平，可以增加一些垫片作为附件，必要时增减某端支承架的高度。

如上所述，为保证下限位开关能与变径工件的有效接触，将该开关的接触点做成刃口线，这样就能方便地测到工件表面最凹处的直径。

上限位开关、下限位开关、以及控制用的单片机、驱动器、控制开关和显示器等均为市售配件，如单片机采用STC单片机、驱动器为A4988驱动器。单片机的控制程序根据说明书的说明和具体要求进行编写。

其余未提及的零部件和标号，以及连接关系如上所述。

本例的这种直径自动测量仪的工作过程如下：

首先检查各线路，确认无误后接通电源并开机。放置好需测试工件后按下启动键，单片机将会给出脉冲信号，控制电机正传，滑块上移，直至上限位开关接触到零点接触板，程序清零，同时滑块下移。直到下限位开关接触到工件时，单片机记录脉冲数，与此同时滑块上移，直至单片机记录的脉冲数（42步进电机是将电脉冲信号转变为角位移开关控制电机，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的。1脉冲数=1步距角[1.8°]，对应本例滑块位移约等于0.0135mm）达到18000时滑块停止（即复位到原始状态。从零点到被测工件的距离227mm，相当于42步进驱动器接收16815个脉冲数驱动步进电机转过的行程。），同时，单片机计算出结果显示在示数板上。此外，为了防止滑块运行时因其他外界因素导致滑块运行卡死，所以增设独立的滑块上下移动以及停止的控制程序，并将其连接开关，便于手动控制。

本例的工作原理如图8所示：设置零点接触板7到载物台4的距离为L，L1为步进电机脉冲信号导入程序而转换出来的滑块行程，从而得出被测工件直径D=L- L1。

Claims (8)

1.一种接触式直径自动测量仪，它有底座框架、丝杆、光轴和步进电机，其特征在于步进电机安装在底座框架上，丝杆上装有滑块，滑块上有限位开关支承架，限位开关支承架上装有上限位开关和下限位开关，丝杆上端安装在丝杆挡板上，下端通过联轴器与步进电机连接传动，丝杆挡板与底座框架间有光轴固件和光轴，滑块上装有滚轮在光轴上滚动，丝杆挡板上装有零点挡板，底座框架上有放置被测工件的支承架，步进电机与单片机和驱动器间有电连接。

2.根据权利要求1所述接触式直径自动测量仪，其特征在于支承架为一对有拱形刃口的凹卡，置于有燕尾滑槽结构的支承底座上，燕尾槽开在上支承座上，燕尾榫开在下支承座上。

3.根据权利要求1所述接触式直径自动测量仪，其特征在于光轴为两根，与丝杆平行安装，滑块上每侧有两个滚轮在光轴上滚轮。

4.根据权利要求1所述接触式直径自动测量仪，其特征在于滑块上有与丝杆配合的螺母。

5.根据权利要求1所述接触式直径自动测量仪，其特征在于单片机为STC单片机，驱动器为A4988驱动器。

6.根据权利要求1所述接触式直径自动测量仪，其特征在于底座框架上装有与单片机连接的控制开关和显示器。

7.根据权利要求1所述接触式直径自动测量仪，其特征在于下限位开关与工件接触点为向下凸出的水平刃口线。

8.根据权利要求1所述接触式直径自动测量仪，其特征在于光轴固定件为4020型铝材。