CN216621060U - 一种线位移传感器自动校准装置 - Google Patents

Abstract

一种线位移传感器自动校准装置，包括基座、待校准线位移传感器、光栅尺和控制器，基座上设置直线驱动模组、测量直线轨道和光栅尺，直线驱动模组的运动方向和测量直线轨道以及光栅尺平行，直线驱动模组上设置有能够直线运动的直线滑块，直线滑块上设有向测量直线轨道伸出的横梁，测量直线轨道上设置有用于安装待校准线位移传感器的传感器夹具、滑动设有用于安装传感器活动测头的传感器测头夹具，在传感器测头夹具的下部设有球形凸面，能够与横梁的侧面点接触；光栅尺的光栅读数头与传感器测头夹具固接；控制器接收位移信号以及控制直线驱动模组工作。本实用新型检测速度快、定位准、检测结果重复性高、操作简单，极大提高了检测效率和准确性。

Description

一种线位移传感器自动校准装置

技术领域

本实用新型属于传感器检定领域，具体涉及一种线位移传感器自动校准装置。

背景技术

线位移传感器作为一种非常常见的几何量工业传感器，种类繁多，广泛应用于各种工业场合中。

目前国内对线位移传感器的校准与标定，主要手段有如下几种：

1.使用测长机进行校准。测长机虽然是一种高精度测长仪器，但是并不是专业用于校准线位移传感器的专业工具，使用时，需要定制专用夹具装夹被检传感器，操作中，需要检测人员推动测长机的测头来回移动，每到一个校准点人工记录一次数据，按《JJF1305-2011线位移传感器校准规范》的校准方法及误差计算方法，需要来回移动三次，记录66个数据，然后通过最小二乘法计算出各项误差指标。整个过程费时费力，效率低下。

2.使用量块进行校准。量块是一种基础的长度标准器，优点是通用性强，缺点是操作方法太原始，测量的精度受检测人员操作水平影响很大，读数还需要代入量块修正值计算，比测长机更麻烦。

3.使用激光干涉仪进行校准。激光干涉仪具有长距离高精度的优点，但是用于校准线位移传感器来说，依旧离不开专门定制传感器的装夹移动平台，且激光干涉仪安装费时费力，使用环境要求高，操作也不简便，检测时，同上述两种方法一样避免不了人工记录数据和计算误差。

4.一些位移传感器的厂家，使用一种机械式传感器标定架，这种标定架的原理是使用机械式丝杆传动，使用容栅量具改装的数显装置显示位移量，此种标定架完全需要人工手摇手轮来使得传感器测头前进、后退，同样需要人工记录数据和计算误差，这种标定架结构粗糙，精度低下，标定效率低下，不能满足传感器厂家工业化大批量高质量生产传感器的时代需要。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种线位移传感器自动校准装置，在提高检测效率、检测准确率的基础上，改善线位移传感器校准的自动化程度。

为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：一种线位移传感器自动校准装置，包括基座、待校准线位移传感器、作为位移标准的光栅尺和控制器，所述基座上固定设置直线驱动模组、测量直线轨道和所述的光栅尺，并且直线驱动模组的运动方向和测量直线轨道以及光栅尺平行设置，直线驱动模组上设置有能够直线运动的直线滑块，直线滑块上设有向所述测量直线轨道伸出的横梁，横梁垂直于所述测量直线轨道，所述测量直线轨道上固定设置有用于安装待校准线位移传感器的传感器夹具、滑动设置有用于安装传感器活动测头的传感器测头夹具，在传感器测头夹具的下部设有球形凸面，球形凸面能够与所述横梁的侧面点接触；所述光栅尺的光栅读数头与所述传感器测头夹具固接；所述控制器用于接收位移信号以及控制直线驱动模组工作。

所述直线驱动模组包括步进电机、滚珠丝杆和直线运动导轨，滚珠丝杆转动安装在直线运动导轨上，步进电机与滚珠丝杆连接，所述的直线滑块和滚珠丝杆螺纹连接，并且直线滑块滑动设置在直线运动导轨上。

所述光栅读数头、直线滑块和传感器测头夹具均活动于所述步进电机和传感器夹具之间。

所述传感器测头夹具包括夹具本体和测量滑块，测量滑块滑动设置在测量直线轨道上，夹具本体固定在测量滑块的上部。

在所述测量滑块上设有一球体，球体的球面为所述的球形凸面。

所述光栅读数头和所述夹具本体固定连接。

所述测量直线轨道上设有多个等距分布的用于固定传感器夹具的固定孔。

本实用新型的有益效果是：本实用新型对于线位移传感器的校准具有速度快、定位准、检测结果重复性高和操作简单的优点，极大提高了检测效率和检测准确性。

本实用新型中直线滑块通过横梁与传感器测头夹具下部的球形凸面点接触，一方面可以推动装夹传感器测头的传感器测头夹具随直线滑块移动，另一方面可以消除直线驱动模组的非直线度对传感器测头夹具直线运动的影响，保证测量直线轨道的直线度。

本实用新型通过滚珠丝杆传动，直线滑块可以按照设定的距离前进和后退，实现传感器测头的精准定位，定位精度可达0.1μm。

本实用新型使用光栅尺***，为传感器提供高精度的位移显示值，重复性≤1μm，完全满足校准线位移传感器的计量要求。

附图说明

图1为本实用新型结构的俯视图；

图中标记：1、基座，2、光栅尺，3、测量直线轨道，4、步进电机，5、滚珠丝杆，6、直线滑块，7、直线运动导轨，8、传感器夹具，9、钢球，10、光栅读数头，11、测量滑块，12、传感器测头夹具。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明，但并不作为对实用新型做任何限制的依据。

参照附图所示，一种线位移传感器自动校准装置，包括平板结构的基座1、待校准线位移传感器(图中未示出)、光栅尺2和控制器(图中未示出)，所述基座1上固定设置相互平行的直线运动导轨7、测量直线轨道3和光栅尺2。

所述的直线运动导轨7上安装滚珠丝杆5、直线滑块6和步进电机4，滚珠丝杆5转动设置在直线运动导轨7上的安装支架上，滚珠丝杆5的左端与步进电机4传动连接，所述直线滑块6螺纹连接在滚珠丝杆5上，且直线滑块6的底部滑动设置在直线运动导轨7上，步进电机4与所述控制器相连，在控制器的控制下实现直线滑块6按照设定距离的移动。以上结构组成直线驱动模组。步进电机的步距角经过细分，可达0.036°，滚珠丝杆的最小位移量小于0.1μm。

所述的测量直线轨道3的右端固定设置用于安装待校准线位移传感器的传感器夹具8，在测量直线轨道3上滑动设置测量滑块11，测量滑块11上部固定连接有用于安装传感器活动测头(图中未示出)的传感器测头夹具12。

为了实现直线滑块6对测量滑块11的推动，所述直线滑块6上朝向测量直线轨道3一侧设置有横梁，横梁悬置在测量直线轨道3的上方，测量滑块11上相对于横梁的侧面上固定安装一个钢球9，在直线滑块6的滑动中，横梁与钢球9为点接触，通过点接触推动测量滑块11和传感器测头夹具12的直线移动，此外，采用点接触以后，可以消除直线驱动模组的非直线度对传感器测头夹具12直线运动的影响，保证测量直线轨道3的直线度。

进一步的，所述测量直线轨道3上还沿其长度方向间隔设置多个固定孔，用于调整传感器夹具8的固定位置。

所述的光栅尺2为钢带型光栅尺，分辨力可达0.1μm。与光栅尺2配合的光栅读数头10与所述传感器测头夹具12固接，传感器测头夹具12随测量滑块11移动时，光栅读数头10也随之移动。

所述的控制器与光栅读数头、传感器活动测头信号连接。控制器的核心为STM32单片机，具有以下四大功能。

1、通过步进电机高倍细分驱动器驱动步进电机带动滚珠丝杆转动。滚珠丝杆通过直线滑块和测量滑块，带动光栅尺读数头在测量直线轨道上滑动。

2、光栅尺读数头将移动中产生的干涉莫尔条纹转变成四路正交的方波数字量信号，信号直接接入STM32单片机中，经过STM32的编码器模式及相关算法，转化为位移数字量。

3、STM32单片机实时采集光栅尺信号转化的位移量，根据位移量调整步进的速度和位移量。假设当前位置是0.0000毫米，设置的步距是50.0毫米，电脑上上位机软件发送前进指令，单片机程序控制步进电机旋转，在机械装置的转化下，传感器活动测头先快速前进约49.9950毫米，然后第一次减速，再前进至0.9990毫米时，第二次减速，以0.1μm的步距，逐步逼近50.0000毫米的位置，当传感器活动测头到达50.0000毫米的位置时，单片机实时监视位移量的微变化，并不断控制步进电机微调，最终稳定定位在50.0000毫米处，返回给上位机定位完成状态。

4、STM32单片机将光栅尺测量到的位移量实时显示在软件界面上，实现数字化显示。

利用本实用新型对位移传感器进行校准时，控制器控制步进电机带动传感器活动测头、光栅读数头直线移动一定距离，并在移动区域内设置多个检测点，当到达检测点时，传感器活动测头和光栅读数头将采集的信息经二次仪表传递给控制器，控制器根据最小二乘法拟合出直线方程，并计算出直线度、灵敏度、回程等相关参数。最后按照校准规范要求自动判断被校传感器的精度等级。检测过程全程自动化，不需要人工干预。上述校准过程是依据《JJF 1305-2011线位移传感器校准规范》。

本实用新型装置的精度还可以通过激光干涉仪进行校准和标定。控制器具有光栅尺软件补偿功能，可定期进行校准复核，光栅尺的精度可通过软件调整。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其进行限制，所属领域的普通技术人员应当理解，参照上述实施例可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换均在申请待批的权利要求保护范围之内。

Claims (7)

1.一种线位移传感器自动校准装置，包括基座、待校准线位移传感器、作为位移标准的光栅尺和控制器，其特征在于：所述基座上固定设置直线驱动模组、测量直线轨道和所述的光栅尺，并且直线驱动模组的运动方向和测量直线轨道以及光栅尺平行设置，直线驱动模组上设置有能够直线运动的直线滑块，直线滑块上设有向所述测量直线轨道伸出的横梁，横梁垂直于所述测量直线轨道，所述测量直线轨道上固定设置有用于安装待校准线位移传感器的传感器夹具、滑动设置有用于安装传感器活动测头的传感器测头夹具，在传感器测头夹具的下部设有球形凸面，球形凸面能够与所述横梁的侧面点接触；所述光栅尺的光栅读数头与所述传感器测头夹具固接；所述控制器用于接收位移信号以及控制直线驱动模组工作。

2.根据权利要求1所述的一种线位移传感器自动校准装置，其特征在于：所述直线驱动模组包括步进电机、滚珠丝杆和直线运动导轨，滚珠丝杆转动安装在直线运动导轨上，步进电机与滚珠丝杆连接，所述的直线滑块和滚珠丝杆螺纹连接，并且直线滑块滑动设置在直线运动导轨上。

3.根据权利要求2所述的一种线位移传感器自动校准装置，其特征在于：所述光栅读数头、直线滑块和传感器测头夹具均活动于所述步进电机和传感器夹具之间。

4.根据权利要求1所述的一种线位移传感器自动校准装置，其特征在于：所述传感器测头夹具包括夹具本体和测量滑块，测量滑块滑动设置在测量直线轨道上，夹具本体固定在测量滑块的上部。

5.根据权利要求4所述的一种线位移传感器自动校准装置，其特征在于：在所述测量滑块上设有一球体，球体的球面为所述的球形凸面。

6.根据权利要求4所述的一种线位移传感器自动校准装置，其特征在于：所述光栅读数头和所述夹具本体固定连接。

7.根据权利要求1所述的一种线位移传感器自动校准装置，其特征在于：所述测量直线轨道上设有多个等距分布的用于固定传感器夹具的固定孔。

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