一种机械零件尺寸自动测量方法的研究

徐 海，徐庆波（.河南职业技术学院，郑州，450046；.东北林业大学，哈尔滨，50040）



一种机械零件尺寸自动测量方法的研究

徐 海1，徐庆波2
（1.河南职业技术学院，郑州，450046；2.东北林业大学，哈尔滨，150040）

摘要：设计一种基于高精度压力传感器和伺服电机的机械零件尺寸自动测量系统，介绍了该系统的测量原理和程序设计，给出了计算零件尺寸的实用方法。该系统可实现批量工件的自动化检测，对同类项目有一定的参考价值。关键词：压力传感器；自动测量；零件尺寸；伺服电机

机械工业是国民经济发展的重要基础，计量测试技术则是机械工业发展的先决条件之一。目前机械工业的产品日益向高精度方向发展，因而对计量测试的技术和仪器要求也愈来愈高。在机械技术装备的制造、安装过程中，主要零件的几何尺寸和形位误差的测量与质量控制，更是保证整套设备质量的关键因素，随着生产的发展， 测量技术作为生产质量和效率的保证手段， 越来越显示其重要性。近年来CCD检测技术比较成熟，但价格高，为此设计一套基于高精度压力传感器的零件尺寸检测系统，可以实现大批量零件的快速准确测量。

1　系统组成

机械零件尺寸自动检测系统结构如图1所示。挡板和挡块位置固定，待测工件放在挡板左侧，控制按键、显示部分、压力传感器、伺服电机驱动器连接到PLC，PLC向驱动器发出脉冲和控制信号，伺服电机正反转。伺服电机通过联轴器和丝杠连接，高精度压力传感器装在测量台上随伺服电机正反转而左右移动。压力传感器不受压力时输出值为P0，当其移动到右侧受到工件向左压力时，输出值变大；移动到左侧受到挡块向右压力时，输出值变小，在压力范围内，形变程度与所受压力成正比。

2　系统测量原理

图1　零件尺寸测量系统

图2 测量流程图

图2为PLC测量流程图，图3是测量原理图。开机后伺服电机带动丝杠旋转使工作台向左移动，当压力传感器碰到挡块且压力达到规定值范围（压力小于等于P3）后停止到E点，读取此时压力值P1并延时t1。延时到工作台自动向右行驶并开始记录PLC向驱动器发出的脉冲数，当脉冲数达到设定值n1后停止到A点。

需要测量工件尺寸时按下测量开关，工作台自A点向右行驶，当压力传感器碰到工件且压力达到规定值范围（压力大于等于P4）后停止在C点并延时t2，读取此时压力值P2和从A点到C点PLC发出的脉冲数n2，延时到工作台自动向左行驶。当碰到挡块且压力又小于P3后停止，再延时t1，读取此时压力值P1作为下次测量计算用。延时到工作台自动向右行驶，当PLC再向驱动器发出n1个脉冲后停止在A点。如需再次测量，按下测量按键即可，如此循环。

如图3，假设在右侧压力传感器刚碰到工件的位置为B点，在左侧压力传感器刚碰到挡块位置为D点，则在右侧压力传感器从开始碰到工件（B点）到停止（C点）压力变化为P2-P0；在左侧压力传感器开始碰到挡块（D点）到停止（E点）压力为变化为P0-P1。如果压力传感器被压变形1微米所输出压力值的变化为K1 （K1/微米），则在右侧压力传感器形变s2为:左侧压力传感器形变s1为:

从左侧停止位置E点到A点PLC向驱动器发出的脉冲数为n1，从A点到右侧停止位置C点PLC向驱动器发出的脉冲数为n2。如果伺服驱每接收n3个脉冲伺服电机转动一周，丝杠螺距为K毫米，则PLC向驱动器每发出一个脉冲传感器移动的距离为（1000*K）/n3微米。假如压力传感器的厚度为h，可知在测量过程中从左侧停止位置E点到右侧停止位置C的长度L3为:由图3可知，从挡块到工件左侧的长度L2为：

如先用此方法测出从挡块到挡板的长度L1，则待测工件的长度L为：

3　结论

实验数据表明，基于高精度压力传感器的伺服电机工件尺寸检测系统可靠，测量精度高，可以实现批量工件的自动化检测，避免了人工检测误差的随机性。采用数字显示直接标出被侧工件的尺寸，适合于工业生产线中大批量的工件检测及分选。该系统该成本低，使用方便，适应性强，具有广泛的应用价值。

参考文献

［1］ 梁森.自动检测与转换技术［M］.北京：机械工业出版社，2009.

［2］ 舒志兵.交流伺服运动控制系统［M］.北京：清华大学出版社，2006：121-152.

［3］倪受俊，蒋蔚.轴承外径在线测量系统定位误差分析［J］.轴承，2005，48（11）：33-36.

［4］ 贺东波.论机械设备的检测与误差原因［J］.价值工程，2011（10）：36-37.

［5］ 韩辉，张伟军，袁建军.基于激光传感器和嵌入式的工装在线监测系统设计［J］.机械与电子，2011（8）：68-71.

［6］ 张鄂.几何量测量仪器的新进展［J］.航空计测技术.1999，Vol.15.

［7］ 李岩，花国梁.精密测量技术［M］.北京：中国计量出版社. 2001.

Study on Automatic Measurement Method of Mechanical Parts

Xu Hai，Xu Qingbo
（1，Henan Polytechnic，Zhengzhou，450046；2，Northeast Forestry，Harbin，150040）

Abstract：This paper designs a kind of automatic measuring system based on high precision pressure sensor and servo motor.The measuring principle and program design of the system are introduced.The system can realize the automatic detection of the batch work piece，and it has certain reference value for the similar projects.

Keywords：pressure sensor；automatic measurement；part size；servo motor

中图分类号：TP274+.5

文献标识码：A

作者简介

徐海（1969-），男，河南新乡人，副教授/硕士，主要从事检测技术及自动化装置和数控技术方面的研究。

图3　测量原理图