非接触式测高仪的设计方案

非接触式测高仪的设计-机电论文戴乃昌1温作瑞2（1.温州职业技术学院机械工程系，浙江温州325035； 2 . 浙江工贸职业技术学院蒸汽机，浙江温州325000）【摘要】基于在项目: 温州科技计划项目（2013G0002）. 作者简介: 戴乃昌（1975-），男，副教授，主要研究方向是数控技术. 温作瑞（1976—），男，高级技师，主要研究方向是电气工程. 随着科学技术和工业的发展，3D测量技术在自动化生产，质量控制，机器人视觉，逆向工程，CAD / CAM和生物医学工程中的应用变得越来越重要. 传统的接触式测量技术具有测量时间长，需要补偿探针半径以及无法测量弹性或脆性材料的局限性，因此无法满足现代工业发展的需求.

非接触式3D测量不需要与被测物体接触，并且可以长距离无损测量被测物体，具有广阔的应用前景[1]. 1非接触式高度测量原理物体的三维接触式测量的典型代表是坐标测量机（CMM，CoordinateMeasuring Machine）. CMM是大型精密三坐标测量仪. 它基于精密机械，并广泛应用电子，计算机，光学和数控等先进技术. 它可以准确地测量三维复杂工件的尺寸，形状和相对位置. 坐标测量机作为一种现代化的大型精密，综合测量仪器高度测量仪工作原理，具有明显的优势，包括: （1）灵活性强，可以进行空间坐标点测量，方便地测量各个零件的三维轮廓尺寸和位置参数； （2）测量精度高可靠； （3）它可以方便地进行数字操作和程序控制，并且具有很高的智能度. 早期的坐标测量机大多使用固定的刚性测头，这是最简单的并且有很多缺点. 主要是: （1）操作者可以通过测量过程中的手感来保证探头与工件之间的接触压力，这往往因人而异，难以用读数进行定量描述； （2）刚性测头为非反馈型测头不能在CNC坐标测量机上使用. （3）必须对测头半径进行三维补偿，以获得真实的物理表面数据. 针对上述缺陷，人们陆续开发了各种电感式和电容式反馈微位移探头，以解决数控坐标测量机自动测量的问题，但是在测量过程中，探头与被测物体之间仍然存在一定的接触压力. 测量软物体的测量不可避免地会导致测量误差.

此外，三维测头半径补偿问题仍然存在. 三维探针的出现可以相对轻松地解决探针半径的三维补偿问题，但是三维探针仍然具有接触压力，无法测量难以接近的表面（例如软表面，精密光滑表面等）. . 扫描速度受到机械限制，并且测量效率非常低，因此不适合测量. 基于获取三维信息的基本方法，光学非接触式三维测量技术可以分为两类: 无源和有源. 主动型使用特殊的受控光源（称为主动光源）照亮要测量的对象，并根据已知的主动型结构信息（几何，对象，光学）获得场景的三维信息. 光源. 被动型是在自然光（包括室内可控照明光）的条件下，通过光学传感器（例如相机）拍摄的二维灰度图像来获得物体的三维信息[2]. 处于初始状态时，高重复精度接近开关位于线性模块的最高位置，被测工件放置在工作台上，步进电机驱动线性模块上的滑块滑动，重复精度接近开关是向下运动. 当高重复精度接近开关接近工件表面时，高重复精度接近开关收集上升沿脉冲信号，PLC高速中断端口接收上升沿脉冲信号，从而使步进电机停止. 通过计算步进电机的行进距离，可以计算出工件的高度. 然后，高重复精度的接近开关上升并返回到线性模块的最高点. 2非接触式高度测量仪的设计本文设计了一种非接触式高度测量仪. 该测量仪用于自动测量工件的高度，避免了人工操作时的人为因素，同时制造便宜，具有较高的性价比.

本文设计的非接触式高度测量仪主要包括底座，电气柜，线性模块，传感器，步进电机，按钮和指示灯. 底座表面采用磨削技术，以达到良好的表面质量，使工作台的上表有更好的平整度和粗糙度. 线性模块的上表面和基座相互垂直. 步进电机驱动线性模块上的滑台上下移动. 传感器固定在滑台上. 该传感器是高重复性接近开关. 电气控制系统放置在电气柜内部. 高重复精度的接近开关，高速操作和高精度定位，重复精度高达0.005mm，可用于CNC等产品. 该机构的电动机使用步进电动机，该电动机将电脉冲信号转换为角位移或线性位移的开环控制元件. 在无过载的情况下，电动机的速度和停止位置仅取决于脉冲信号的频率和脉冲数，不受负载变化的影响. 当步进驱动器接收到脉冲信号时，它将根据步进驱动步进电机. 设定方向旋转一个固定角度，称为“步进角”高度测量仪工作原理，并且其旋转以固定角度逐步运行. 角位移量可以通过控制脉冲数来控制，以达到精确定位的目的. 同时，可以通过控制脉冲频率来控制电动机的转速和加速度，以达到调速的目的. 驱动电路的性能极大地影响了整个系统的性能. 有许多问题需要仔细设计，例如导通延迟，过压和过流保护，开关频率以及附加电感的选择.

该机构的电动机采用步进电动机，该电动机将电脉冲信号转换为角位移或线性位移的开环控制元件. 在无过载的情况下，电动机的速度和停止位置仅取决于脉冲信号的频率和脉冲数，不受负载变化的影响. 当步进驱动器接收到脉冲信号时，它将根据步进驱动步进电机. 设定方向旋转一个固定角度，称为“步进角”，并且其旋转以固定角度逐步运行. 可以通过控制脉冲数来控制角度位移量，以实现精确定位. 同时，可以通过控制脉冲频率来控制电动机的转速和加速度，以达到调速的目的. 驱动电路的性能极大地影响了整个系统的性能. 有许多问题需要仔细设计，例如导通延迟，过压和过流保护，开关频率以及附加电感的选择. 电气控制系统以新捷XC2-16T-E为控制核心[3]. 8点NPN型输入，8点继电器（R）或晶体管（T）输出，AC220V（E）或DC24V（C）电源，无外部扩展模块和BD板可提供时钟，上电后可保留数据向下，支持基本逻辑控制和数据操作，支持高速计数，脉冲输出，外部中断，C语言编辑功能块，I / O点的自由切换，自由格式通信（可选）和其他功能[4]. 3结束语此设计产生了非接触式高度测量仪的物理模型. 基于非接触式高度测量仪的开发，可以为后续的工业生产非接触式高度测量仪的开发建立平台.

参考文献[1]张立杰，李永权，王根川. 关键词: 球形5R并联机构，运动学标定，坐标测量机中国机械工程，2013，24（22）: 2997-3002. ［2］三菱商事株式会社. 三菱微型可编程控制器用户手册[S]. 2002. [3]李洪生，李超，等. 基于PLC和组态软件的分布式监控系统的设计与研究[J]. 武汉理工大学学报，2002，24（3）: 27-29. [4]李洪利，陈晓怀，王洪涛. 关键词: 坐标测量机，端面距离，不确定度评定中国机械工程，2012，23（20）: 2401-2404. [主编: 杨玉杰]

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