专利名称：智能万分尺的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及自动控制领域，特别是指一种可广泛应用于精密制造和精密加工
领域的智能万分尺。
背景技术：
众所周知，螺旋测微器分为两种机械式螺旋测微器和数字式螺旋测微器。这些仪 器应用广泛，但机械式螺旋测微器读数不直观，且校对慢，使用不太方便；数字式螺旋测微 器由于本身带有传感器、信号处理元件和显示屏，因此具有读数直观的优点，但是，由于二 者的精度分别为百分之一和干分之一毫米，均难以适应更加精密的测量需求。

发明内容本实用新型要解决的技术问题是提供一种智能千分尺，其测量精度更高，且能够 避免手动测量造成的误差，提高测量精度和效率。 本实用新型的技术解决方案是一种智能万分尺，该智能万分尺包括框架及其内 部相互隔离设置的电源、控制驱动系统、测量系统，所述控制驱动系统包括控制电路板、电 机驱动器以及控制按钮，所述测量系统包括载物平台及移动测长装置，所述载物平台固定 于框架的底座上，所述控制电路板通过电机驱动器控制电机带动移动测长装置对载物平台 上的物体进行测量。 如上所述的智能万分尺，其中，所述移动测长装置包括该电机、移动平台、主标尺
及辅标尺，其中，所述电机的输出丝杠连接至移动平台，能够在电机驱动器的控制下带动移
动平台上下移动，所述主标尺、辅标尺共同检测该移动平台的移动方向和移动距离。 如上所述的智能万分尺，其中，所述辅标尺为螺旋编码器，该螺旋编码器装设于电
机上部，并与电机同步旋转，输出该丝杆的旋转方向和角度增量信号。 如上所述的智能万分尺，其中，所述主标尺为光栅编码器，包括光栅尺和读取头， 所述光栅尺随移动平台上下移动，所述读取头对应所述光栅尺的位置固定于框架内侧，探 测光栅尺的移动位置，并输出其移动方向和移动距离增量信号。 如上所述的智能万分尺，其中，所述移动测长装置还包括标识装置，所述标识装置 包括重杆和光反射对管，所述重杆可上下移动地设置，重杆上的测量区域分成反光区和不 反光区，所述光反射对管装设于移动平台上，包括发光管和光敏管，发光管发射出的光信号 遇到反光区被反射，能被光敏管接收并输出信号，以此检测重杆上的反光区和不反光区的 分界线。 如上所述的智能万分尺，其中，所述智能万分尺还包括与控制电路板连接的液晶 显示器。 如上所述的智能万分尺，其中，所述控制电路板的CPU选用dsPIC单片机，该单片 机通过D/A芯片发出模拟信号，送入电机驱动器，控制电机旋转并带动移动平台上的光学 传感器自动测量；电机上的旋转编码器和光栅读数头反馈回来的两相脉冲信号送入计数芯片，计数芯片根据电机的正反转或者移动平台的上下运动自动进行增减计数，单片机读计 数芯片的计数结果，由液晶显示器显示经运算并消除误差的结果。 如上所述的智能万分尺，其中，所述电机驱动器为MAXON线性电机驱动器，其连接 于单片机和电机间，通过单片机的弱电信号控制强电信号。 如上所述的智能万分尺，其中，所述智能万分尺的框架底座装设有平衡水泡。 如上所述的智能万分尺，其中，该智能万分尺还设有机械误差对照表。 本实用新型的智能万分尺与现有技术相比，具有以下特点和优点 ①高分辨传感器使用先进的光栅尺和光栅码盘，再配合脉冲细分技术，实现基础
参数精确。 ②自动化自动完成多次测量和误差处理，而且测量过程简单，容易上手并且可以 提高测量效率和减少人工测量时造成的误差，实现测量过程和数据处理方法的科学性及智 能化。 ③机械误差对照表建立该表，可以消除丝杠加工造成的机械误差，提高精度。
平衡水泡在底座加装一个平衡水泡，可以检查底座是否处于平衡状态，然后进 行调节，使机器测量时减少不必要的误差。 ⑤重锤使用间接测量法把带有黑白分界线的重锤轻压在物体上，使物体固定在 一点不动，避免了人手反复测量时物体测量点不同造成的误差。
框架使用刚性很强的Q235结构钢，防止测量时结构变形产生的误差。
⑦可采用C语言编写测量程序，建立数据库，组成了一套相应的控制软件。它具有
交换数据量大、准确和快速三个优点，为提高测量精度提供了保障。


图。
意图。
图1为本实用新型的智能万分尺一具体实施例的整体结构示意图。
图2为本实用新型的智能万分尺一具体实施例的整体结构俯视示意图。
图2A所示为本实用新型采用主、辅标尺结合测量时的原理图。
图3A、图3B为本实用新型的一具体实施例中重锤位于初始位置和测量中的示意
图4A、图4B为本实用新型的一具体实施例中采用的光反射对管的结构及原理示
图5为本实用新型的一具体实施例的电控原理示意图。
图6为本实用新型的一具体实施例的信息处理过程示意图。
附图标号说明
2.驱动器 5. 15.内隔板
8.驱动电线 11. 17.光栅尺及读数头 14.平衡水泡 19、光反射对管
1
框架底座 4.框架外壁 7.旋转编码器 10.移动平台 13.套筒 18、重锤
3.控制电路板
6.电机
9.法兰
12.载物平台
16.电源具体实施方式下面配合附图及具体实施例对本实用新型的具体实施方式
作进一步的详细说明。 如图所示，本实用新型提出的智能万分尺包括框架及其内部相互隔离设置的电 源、控制驱动系统、测量系统，电源可采用输出电压为24-25v的开关电源，控制驱动系统包 括控制电路板3、电机驱动器2以及相关控制按钮(图中未示出)，测量系统包括载物平台 12及移动测长装置，载物平台12固定于框架的底座1上，控制电路板3通过电机驱动器2 控制电机旋转并带动移动测长装置对载物平台12上的物体进行测量。 具体请参见图1、图2所示，为本发明的智能万分仪的整体结构布置图，其中图1为 正面示意图，图2为俯视示意图。智能万分尺主要由框架及其内部相互隔离的电源16、控制 驱动系统、测量系统构成，具体地，该框架包括底座、外壁4及内隔板5，其内部具有三个相 互隔离的空间，该框架内的背侧空间安装电源16，框架左侧空间安装控制电路板3、电机驱 动器2以及控制按钮，框架右侧空间较大，用于安装测量系统，测量系统包括载物平台12及 移动测长装置，移动测长装置包括该电机2、移动平台10、主标尺、辅标尺，其中，电机2的输 出丝杠连接至移动平台10。 本实用新型可选用MAXON电机及MAXON线性电机驱动器，通过单片机的弱电信号 控制强电信号；可选用瑞士产磨削丝杠构建的移动平台行程是50mm、导程lmm，行程精度 可达3 ii m。此平台由电机驱动带动各传感器上下运动，其优点是精度高，导程小。 本实用新型的一具体实施例中，主标尺是以光栅编码器来实现，包括光栅尺11和 读取头17，光栅尺11随移动平台IO上下移动，读取头17对应光栅尺11的位置固定于框架 内壁，探测光栅尺11的移动位置，并输出移动方向和移动距离增量信号。本实用新型采用 光栅尺做主标尺，从而避免了机械传动机构引入的误差。而且，可利用细分(或称倍频)技 术来成倍提高光栅尺的分辨率。欲实现光栅编码计数脉冲细分，既可使用纯硬件电路完成， 也可以使用单片机软硬结合来完成，此处不再赘述。 另外，本实用新型的在具体实施时，可采用螺旋编码器作为辅标尺，该螺旋编码器 可装设于电机上部，并于电机同步旋转，输出丝杆旋转方向和角度增量信号。其中一具体实 施例中，直接采用MAXON电机及线形驱动器，此电机配有减速器和码盘7(即作为旋转编码 器)，其中减速器的减速比为33 : 1，码盘的线数为500线。该电机在精密控制领域有广泛 的应用，低速运行性能较好、平稳。使用旋转编码器做辅标尺，在主标尺的每个计数脉冲产 生时刻，对辅标尺计数器清零。换句话说，仅仅在每两个主标尺计数脉冲间隔内，使用辅标 尺计数。 图2A所示为本实用新型采用主、辅标尺结合的方式，尤其是利用光栅尺和螺旋编 码器结合的方式进行测量的原理示意图，距离说明，如果主标尺的移动距离为n，辅标尺的 移动旋转刻度为m，则移动平台的移动距离为Q = n+m。由该图可知，本实用新型不仅能够 有效提高系统测试精度，还可回避机械传动机构引入的各种误差(尤其是积累误差)。 请再结合图3A、图3B及图图4A、图4B所示，本实用新型的一具体实施例中，该移 动测长装置还包括标识装置，标识装置包括重锤18和光反射对管19。重锤18包括下部的平 压部和其上的杆部，杆部上的测量区域分隔成反光区和不反光区，重锤18的杆部可固定于 可防止旋转的轴承里，并利用自身重力以平压部压实被测物体或水平台的自身零点Z(即 归零点)。当有灰尘影响测量精度时，可使用气泵清除。本实用新型中，该重锤可上下移动
5地设置，如以一套筒13套设该重锤杆部，从而限定该重锤18的上下移动轨迹，该套筒可以 固定在框架顶部，防止重锤左右摆动，使测量更精确。光反射对管装设于移动平台前部的托 架上，包括发光管191和光敏管192，发光管191发射出的光信号遇到反光区181被反射， 能被光敏管192接收并输出逻辑"1";如光信号遇到不反光区182，则光敏管192接收不到 光信号，只能输出逻辑"0"。利用此特点可判断反光区和不反光区。由此，通过检测重锤18 杆部的反光区和不反光区的分界线点Q，计算其移动的距离D'，即可由此得到被测物体的 高度D( = D，)。 另外，本实用新型可在底座加装一个平衡水泡14，可以检查底座1是否处于平衡 状态，然后进行调节，使机器测量时减少不必要的误差。 本实用新型的智能万分尺还设有液晶显示器，控制电路板3的CPU选用dsPIC单 片机，该单片机通过D/A芯片发出模拟信号，送入电机驱动器2，控制电机6旋转并带动移 动平台10上的光学传感器自动测量；光栅读数头17和电机6上的旋转编码器反馈回来的 两相脉冲信号送入计数芯片，计数芯片根据电机6的正反转或者移动平台的上下运动自动 进行增减计数，单片机读计数芯片的计数结果，运算并消除误差，并将结果由液晶显示器显 示出来。其具体的电控原理请参见图5。对应的信号处理过程为码盘信号由专用计数芯 片LS7266R1处理，芯片根据A、 B相的脉冲个数及两相的相角关系自动进行增减技术，得出 的数据经过数据总线输入单片机进行处理。例如假设在理想情况下丝杠上升lmm—减速 器输出轴旋转1圈一通过减速，电机旋转33圈一码盘产生脉冲个数为500X33 —经过四倍 频，产生脉冲个数为500X33X4。经计算丝杠上升lmm码盘产生的脉冲个数为66000，即理 想精度为O. 015iim。 本实用新型的操作方法如下 1、打开电源。 2、清零结合图3A所示，载物平台12上放置被测物体前，需先将重锤18落到底 部，按清零(黄色)按钮，液晶显示器显示"清零中"；当显示器显示O.OOiim时，清零完成。 3、测量结合图3B所示，将重锤18抬起并放入被测物体，重锤18下落，按下测量 按钮(图中未示出，如可为蓝色)，显示器显示"测量中"，此时电机启动，带动移动平台连同 光栅尺和光反射对管向上移动，当光反射对管检测出重锤的分界线后，读取经过分界线时 的码盘值和光栅尺移动的距离，单片机对测量值进行运算，并调用误差表修正，结果由液晶 显示。当显示"x. xxii m"后结束测量。 4、停止若发生意外，立即按停止(图中未示出，如可为红色)按钮，停止一切动 作，避免造成损失。 本实用新型采用光栅编码器、螺旋编码器代替螺旋测微器的刻度，测量物体，提高 精度，并使用单片机智能控制，使设备实现自动测量和误差处理，由于有单片机的智能控制 可以达到多次测量取平均值(即实验法)，得出精度更高的数据。因为避免了手动测量造成 的误差，可以提高测量精度和效率。因为有了光栅尺和码盘的相互配合，在测量过程中能够 方便地进行校准，并在二者的配合下建立机械误差对照表，减小在生产和加工过程中造成 的机械误差。为精密制造和精密加工及研究等领域进一步地提高测量精度。 本实用新型为纳米级智能测长仪，可用于精密机械加工、制造，如高速电机中所必 须的精密轴承部件、精密传感器制造等，也可用于科学实验等领域。[0053] 虽然本实用新型已以具体实施例揭示，但其并非用以限定本实用新型，任何本领 域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和范围的前提下所作出的等同组件的置换，或 依本实用新型专利保护范围所作的等同变化与修饰，皆应仍属本专利涵盖的范畴。
权利要求一种智能万分尺，其特征在于，该智能万分尺包括框架及其内部相互隔离设置的电源、控制驱动系统、测量系统，所述控制驱动系统包括控制电路板、电机驱动器以及控制按钮，所述测量系统包括载物平台及移动测长装置，所述载物平台固定于框架的底座上，所述控制电路板通过电机驱动器控制电机带动移动测长装置对载物平台上的物体进行测量。
2. 如权利要求1所述的智能万分尺，其特征在于，所述移动测长装置包括该电机、移动 平台、主标尺及辅标尺，其中，所述电机的输出丝杠连接至移动平台，能够在电机驱动器的 控制下带动移动平台上下移动，所述主标尺、辅标尺共同检测该移动平台的移动方向和移 动距离。
3. 如权利要求2所述的智能万分尺，其特征在于，所述辅标尺为螺旋编码器，该螺旋编 码器装设于电机上部，并与电机同步旋转，输出该丝杆的旋转方向和角度增量信号。
4. 如权利要求3所述的智能万分尺，其特征在于，所述主标尺为光栅编码器，包括光栅 尺和读取头，所述光栅尺随移动平台上下移动，所述读取头对应所述光栅尺的位置固定于 框架内侧，探测光栅尺的移动位置，并输出其移动方向和移动距离增量信号。
5. 如权利要求4所述的智能万分尺，其特征在于，所述移动测长装置还包括标识装置， 所述标识装置包括重杆和光反射对管，所述重杆可上下移动地设置，重杆上的测量区域分 成反光区和不反光区，所述光反射对管装设于移动平台上，包括发光管和光敏管，发光管发 射出的光信号遇到反光区被反射，能被光敏管接收并输出信号，以此检测重杆上的反光区 和不反光区的分界线。
6. 如权利要求1所述的智能万分尺，其特征在于，所述智能万分尺还包括与控制电路 板连接的液晶显示器。
7. 如权利要求5所述的智能万分尺，其特征在于，所述控制电路板的CPU选用dsPIC单 片机，该单片机通过D/A芯片发出模拟信号，送入电机驱动器，控制电机旋转并带动移动平 台上的光学传感器自动测量；电机上的旋转编码器和光栅读数头反馈回来的两相脉冲信号 送入计数芯片，计数芯片根据电机的正反转或者移动平台的上下运动自动进行增减计数， 单片机读计数芯片的计数结果，由液晶显示器显示经运算并消除误差的结果。
8. 如权利要求7所述的智能万分尺，其特征在于，所述电机驱动器为MAX0N线性电机驱 动器，其连接于单片机和电机间，通过单片机的弱电信号控制强电信号。
9. 如权利要求1所述的智能万分尺，其特征在于，所述智能万分尺的框架底座装设有 平衡水泡。
专利摘要本实用新型一种智能万分尺，该智能万分尺包括框架及其内部相互隔离设置的电源、控制驱动系统、测量系统，所述控制驱动系统包括控制电路板、电机驱动器以及控制按钮，所述测量系统包括载物平台及移动测长装置，所述载物平台固定于框架的底座上，所述控制电路板通过电机驱动器控制电机带动移动测长装置对载物平台上的物体进行测量。本实用新型采用光栅编码器、螺旋编码器代替螺旋测微器，能避免手动测量造成的误差，提高测量精度和效率。
文档编号G01B21/02GK201463862SQ20092010610
公开日2010年5月12日 申请日期2009年3月11日 优先权日2009年3月11日
发明者陈斯末 申请人:陈斯末