專利名稱：實(shí)時(shí)在線光纖位移傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種傳感裝置，特別是涉及一種應(yīng)用光纖 導(dǎo)光對(duì)大型精密復(fù)雜機(jī)械部件在使用多軸多刀數(shù)控機(jī)床同時(shí)進(jìn)行多工序加 工作業(yè)時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)直徑、內(nèi)孔、平行度、同心度、垂直度等多種位移變化 或形位精度進(jìn)行實(shí)時(shí)在線測(cè)量及監(jiān)控配套使用的傳感裝置。
技術(shù)背景隨著我國(guó)數(shù)控技術(shù)的迅速發(fā)展，對(duì)于大型精密復(fù)雜的機(jī)械 部件，均使用數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工，而加工時(shí)往往要對(duì)直徑、內(nèi)孔、平面、 平行度、垂直度、平面度、同心度、精糙度等尺寸、形位質(zhì)量精度有明確 的嚴(yán)格要求。就現(xiàn)有的數(shù)控機(jī)床來(lái)看，使用多軸多刀數(shù)控機(jī)床同時(shí)進(jìn)行多 工序加工不成問題，但按照質(zhì)量管理制度規(guī)定，無(wú)論選擇怎樣精密的加工 設(shè)備，都不能憑加工設(shè)備的工作結(jié)果來(lái)認(rèn)定產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，而必須要通過 適當(dāng)?shù)臋z測(cè)儀器作出判斷。然而，目前國(guó)內(nèi)尚有該檢測(cè)儀器對(duì)以上所述大 型精密復(fù)雜機(jī)械部件的加工進(jìn)行實(shí)時(shí)在線檢測(cè)監(jiān)控。其主要原因是國(guó)內(nèi)現(xiàn) 有的傳感裝置一般都只能接收發(fā)射光源的光通量并進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換與信號(hào)處 理，而所接收的光通量根本無(wú)法體現(xiàn)位移(即對(duì)直徑、內(nèi)孔、平行度、同 心度、垂直度等多種位移)的變化。為此生產(chǎn)加工企業(yè)都是在機(jī)械部件加 工后，用專項(xiàng)或通用量檢具分別進(jìn)行單項(xiàng)檢査或比對(duì)換算，然后再對(duì)機(jī)械 部件的加工質(zhì)量作出獨(dú)立判斷。這種現(xiàn)狀既費(fèi)時(shí)費(fèi)力，還易造成質(zhì)量誤差， 對(duì)于出現(xiàn)的質(zhì)量問題毫無(wú)辦法。該檢測(cè)方法根本不能適應(yīng)大規(guī)模自動(dòng)化生 產(chǎn)流水線及現(xiàn)代化生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)在線控制系統(tǒng)的需求。因此，開發(fā)多路實(shí)時(shí)在 線光纖位移傳感器的任務(wù)勢(shì)在必行。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的任務(wù)提供一種實(shí)時(shí)在線光纖位移傳感器，主 要是解決國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的傳感裝置只能接收發(fā)射光源的光通量并進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換 與信號(hào)處理，且該光通量根本無(wú)法體現(xiàn)位移的變化，不能適應(yīng)大規(guī)模自動(dòng) 化生產(chǎn)流水線及現(xiàn)代化生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)在線控制系統(tǒng)的需求。
本實(shí)用新型的方案如下所述該實(shí)用新型包括模/數(shù)轉(zhuǎn)換器和顯示器， 它是通過設(shè)置光纖測(cè)感器，光信號(hào)讀出器及模擬信號(hào)調(diào)節(jié)器，并將光纖測(cè)感器與光信號(hào)讀出器、模擬信號(hào)調(diào)節(jié)器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、顯示器按所述順序 前一輸出端與后一輸入端相連接來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
本實(shí)用新型的有益效果由于該實(shí)用新型采取了上述結(jié)構(gòu)，利用光纖 測(cè)感器對(duì)被測(cè)對(duì)象的位移變化進(jìn)行探測(cè)接收，并綜合運(yùn)用光纖傳導(dǎo)、光電 轉(zhuǎn)換、信號(hào)調(diào)節(jié)、處理顯示、電子集成多項(xiàng)技術(shù)有機(jī)結(jié)合，可靠實(shí)現(xiàn)了精 密復(fù)雜機(jī)械部件在使用多軸多刀數(shù)控機(jī)床同時(shí)進(jìn)行多工序加工作業(yè)時(shí)，對(duì) 每路部件的直徑、內(nèi)孔、平面、平行度、垂直度、平面度、同心度、粗糙 度等尺寸、形位等質(zhì)量精度，進(jìn)行實(shí)時(shí)在線檢測(cè)，并可通過系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)控制。 還具有發(fā)明構(gòu)思新穎獨(dú)特、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)緊湊合理、工作性能穩(wěn)定可靠、適合 業(yè)內(nèi)進(jìn)行推廣等優(yōu)點(diǎn)。


圖l是實(shí)時(shí)在線光纖位移傳感器結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是光纖測(cè)感器結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是光信號(hào)讀出器結(jié)構(gòu)示意圖; 圖4是模擬信號(hào)調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
由圖l一圖4所示的實(shí)時(shí)在線光纖位移傳感器，它利 用了模/數(shù)轉(zhuǎn)換器4和顯示器5已有技術(shù)，同時(shí)進(jìn)行了三項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新即光纖 測(cè)感器1、光信號(hào)讀出器2和模擬信號(hào)調(diào)節(jié)器3三部分。并將光纖測(cè)感器1 與光信號(hào)讀出器2、模擬信號(hào)調(diào)節(jié)器3、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器4、顯示器5按所述順 序前一輸出端與后一輸入端相連接。組裝時(shí)將光信號(hào)讀出器2、模擬信號(hào)調(diào) 節(jié)器3、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器4、顯示器5整體封裝在一個(gè)長(zhǎng)方形殼體內(nèi)，經(jīng)傳輸光 纖9與光纖測(cè)感器1連接即可。
所述的光纖測(cè)感器l，是在殼體6外部封裝透明平鏡片7、在殼體6基 座8內(nèi)設(shè)與透明平鏡片7對(duì)應(yīng)的傳輸光纖9、光源光纖IO和在光源光纖10 一側(cè)的半導(dǎo)體發(fā)光二極管11組成。光纖測(cè)感器1通過安裝調(diào)節(jié)支架12安 裝在距被測(cè)對(duì)象規(guī)定距離的固定物體上。由半導(dǎo)體發(fā)光二極管11發(fā)出定向 光束，通過光源光纖10照射在被測(cè)對(duì)象加工位置上，利用被測(cè)位置變化可 以改變光束反射或折射進(jìn)入傳輸光纖9光通量不同的特性；由傳輸光纖9實(shí)時(shí)拾取、接收由被測(cè)對(duì)象反射或折射出的連續(xù)變化的光信號(hào)，實(shí)時(shí)測(cè)感
被測(cè)量的變化狀態(tài)；并把能反映被測(cè)量變化的敏感光信號(hào)通過傳輸光纖9 傳送到光信號(hào)讀出器2內(nèi)。
所述的光信號(hào)讀出器2，是由光電倍增管13及在光電倍增管13的陰極 14與運(yùn)算放大器15輸入端之間設(shè)置增益電路與負(fù)載電阻RL串聯(lián)的控制電 路，將光電倍增管13的倍增極D,—D6與增益電路的分壓電阻R,—R7的串 聯(lián)節(jié)點(diǎn)連接，再將光電倍增管13的陽(yáng)極16接入運(yùn)算放大器15另一輸入端 組成。其增益電路為已有技術(shù)，由圖3中電阻R,—117及電容Q)、 d—C3 組成。光信號(hào)讀出器2與傳輸光纖9尾端連接，當(dāng)傳輸光纖9把反映被測(cè) 量連續(xù)變化的敏感光信號(hào)，通過光電倍增管13透明窗，照射在光電倍增管 13陰極14的半導(dǎo)體材料表面上，根據(jù)半導(dǎo)體光電效應(yīng)技術(shù)原理，光電倍增 管13連續(xù)接收不同光通量，就能相應(yīng)連續(xù)產(chǎn)生不同當(dāng)量的光電流;再經(jīng)過 光電倍增管13各二次電子發(fā)射倍增極D,—D6，及與其配套連接的倍增運(yùn)算 電路，對(duì)產(chǎn)生的光電流進(jìn)行倍增放大運(yùn)算處理后，把這些經(jīng)傳輸光纖9輸 入的連續(xù)變化的敏感光信號(hào)，轉(zhuǎn)換成可讀出的連續(xù)變化的電量信號(hào)，再實(shí) 時(shí)傳送到模擬信號(hào)調(diào)節(jié)器3中。
所述的模擬信號(hào)調(diào)節(jié)器3，由譯碼驅(qū)動(dòng)器17、運(yùn)算放大器18、 19、增 益電路及與譯碼驅(qū)動(dòng)器17輸出端連接且并聯(lián)在運(yùn)算放大器18、 19輸入端， 同時(shí)與運(yùn)算放大器18、 19兩輸出端之間連接的增益電路的分壓電阻119— R,5串聯(lián)節(jié)點(diǎn)相連接的兩組開關(guān)20、 21共同組成增益放大器，再將增益放 大器的同相輸入端與一階無(wú)源濾波器22輸入進(jìn)行連接組成。模擬信號(hào)調(diào)節(jié) 器3首先將光信號(hào)讀出器2輸入的連續(xù)變化的電信號(hào)，通過譯碼驅(qū)動(dòng)器17、 驅(qū)動(dòng)開關(guān)20、 21，再選擇組合并驅(qū)動(dòng)運(yùn)算放大器18、 19、及增益電路進(jìn)行 工作，由增益放大器進(jìn)行增益放大處理后，把電信號(hào)量程實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)成各功 能器件都能采用的電量量程。將一階無(wú)源濾波器22與增益放大器的同相輸 入端相連接，共同組成低通有源濾波電路；在低通有源濾波電路中，放大 器成為濾波器22的有源器件，共同發(fā)揮隔離、放大作用，共同過濾篩選出 有用的頻率信號(hào)，抑制雜散無(wú)用的頻率信號(hào)，而且能使一定頻率范圍內(nèi)的有用信號(hào)通過，使在此頻率范圍以外的雜散無(wú)用信號(hào)迅速衰減。再傳輸?shù)?模/數(shù)轉(zhuǎn)換器4。
工作時(shí)，被測(cè)對(duì)象的位置將發(fā)生連續(xù)不斷的變化，從而連續(xù)不斷地改 變著定向光束的反射角度，使光纖測(cè)感器1設(shè)在同一位置上的傳輸光纖實(shí) 時(shí)接收、拾取因不同反射角度產(chǎn)生的不同光通量信號(hào)并傳輸給光信號(hào)讀出
器2。由光信號(hào)讀出器2轉(zhuǎn)化成可讀取的電信號(hào)，再經(jīng)模擬信號(hào)調(diào)節(jié)器3調(diào) 節(jié)成各功能部件可采用的電量量程接入模數(shù)轉(zhuǎn)換器4;由模/數(shù)轉(zhuǎn)換器4把 反映被測(cè)量連續(xù)變化的模擬電信號(hào)，經(jīng)過采樣、量化、編碼、逐次逼近轉(zhuǎn) 換運(yùn)算處理后，轉(zhuǎn)化成階躍變化的數(shù)字信號(hào)再送入顯示器進(jìn)行顯示。
權(quán)利要求1、一種實(shí)時(shí)在線光纖位移傳感器，包括模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(4)和顯示器(5)，其特征在于所述光纖位移傳感器設(shè)置了光纖測(cè)感器(1)，光信號(hào)讀出器(2)及模擬信號(hào)調(diào)節(jié)器(3)，并將光纖測(cè)感器(1)與光信號(hào)讀出器(2)、模擬信號(hào)調(diào)節(jié)器(3)、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(4)、顯示器(5)按所述順序前一輸出端與后一輸入端相連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)時(shí)在線光纖位移傳感器，其特征在于光 纖測(cè)感器(1)，是在殼體(6)外部封裝透明平鏡片(7)、在殼體(6)基 座(8)內(nèi)設(shè)與透明平鏡片(7)對(duì)應(yīng)的傳輸光纖(9)、光源光纖(10)和 在光源光纖(10) —側(cè)的半導(dǎo)體發(fā)光二極管(11)，并經(jīng)調(diào)節(jié)支架(12)安 裝在距被測(cè)對(duì)象規(guī)定距離的固定物體上
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的實(shí)時(shí)在線光纖位移傳感器，其特征在于光 信號(hào)讀出器(2)，是由光電倍增管(13)及在光電倍增管(13)的陰極(14) 與運(yùn)算放大器(15)輸入端之間設(shè)置增益電路與負(fù)載電阻RL串聯(lián)的控制電 路，將光電倍增管(13)的倍增極D,~~"D6與增益電路的分壓電阻R,— R7的串聯(lián)節(jié)點(diǎn)連接，再將光電倍增管(13)的陽(yáng)極(16)接入運(yùn)算放大器(15)另一輸入端。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)時(shí)在線光纖位移傳感器，其特征在于模 擬信號(hào)調(diào)節(jié)器(3)，由譯碼驅(qū)動(dòng)器(17)、運(yùn)算放大器(18、 19)、增益電 路及與譯碼驅(qū)動(dòng)器(17)輸出端連接且并聯(lián)在運(yùn)算放大器(18、 19)輸入 端，同時(shí)與運(yùn)算放大器(18、 19)兩輸出端之間連接的增益電路的分壓電 阻R9—R,5串聯(lián)節(jié)點(diǎn)相連接的兩組開關(guān)(20、 21)共同組成增益放大器，再 將增益放大器的同相輸入端與一階無(wú)源濾波器(22)輸入進(jìn)行連接。
專利摘要本實(shí)用新型公開了傳感器領(lǐng)域中的實(shí)時(shí)在線光纖位移傳感器，通過設(shè)置光纖測(cè)感器，光信號(hào)讀出器及模擬信號(hào)調(diào)節(jié)器，將光纖測(cè)感器與光信號(hào)讀出器、模擬信號(hào)調(diào)節(jié)器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、顯示器按所述順序前一輸出端與后一輸入端相連接而成。它利用光纖測(cè)感器對(duì)被測(cè)對(duì)象位移變化進(jìn)行探測(cè)接收，運(yùn)用光纖傳導(dǎo)、光電轉(zhuǎn)換、信號(hào)調(diào)節(jié)、處理顯示、電子集成多項(xiàng)技術(shù)有機(jī)結(jié)合，可靠實(shí)現(xiàn)精密復(fù)雜機(jī)械部件在使用多軸多刀數(shù)控機(jī)床同時(shí)進(jìn)行多工序加工作業(yè)時(shí)，對(duì)每路部件的直徑、內(nèi)孔、平面、平行度、垂直度、平面度、同心度、粗糙度等尺寸、形位等質(zhì)量精度，進(jìn)行實(shí)時(shí)在線檢測(cè)控制。還具有構(gòu)思新穎獨(dú)特、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)緊湊合理、工作性能穩(wěn)定可靠、適合業(yè)內(nèi)進(jìn)行推廣等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B23Q17/24GK201224052SQ200820071480
公開日2009年4月22日 申請(qǐng)日期2008年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月7日
發(fā)明者劉長(zhǎng)良, 徐學(xué)貴, 李延濯 申請(qǐng)人:四平市變速機(jī)械廠