徐 海，徐慶波（.河南職業(yè)技術(shù)學(xué)院，鄭州，450046；.東北林業(yè)大學(xué)，哈爾濱，50040）

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一種機械零件尺寸自動測量方法的研究

徐 海1，徐慶波2
（1.河南職業(yè)技術(shù)學(xué)院，鄭州，450046；2.東北林業(yè)大學(xué)，哈爾濱，150040）

摘要：設(shè)計一種基于高精度壓力傳感器和伺服電機的機械零件尺寸自動測量系統(tǒng)，介紹了該系統(tǒng)的測量原理和程序設(shè)計，給出了計算零件尺寸的實用方法。該系統(tǒng)可實現(xiàn)批量工件的自動化檢測，對同類項目有一定的參考價值。關(guān)鍵詞：壓力傳感器；自動測量；零件尺寸；伺服電機

機械工業(yè)是國民經(jīng)濟發(fā)展的重要基礎(chǔ)，計量測試技術(shù)則是機械工業(yè)發(fā)展的先決條件之一。目前機械工業(yè)的產(chǎn)品日益向高精度方向發(fā)展，因而對計量測試的技術(shù)和儀器要求也愈來愈高。在機械技術(shù)裝備的制造、安裝過程中，主要零件的幾何尺寸和形位誤差的測量與質(zhì)量控制，更是保證整套設(shè)備質(zhì)量的關(guān)鍵因素，隨著生產(chǎn)的發(fā)展， 測量技術(shù)作為生產(chǎn)質(zhì)量和效率的保證手段， 越來越顯示其重要性。近年來CCD檢測技術(shù)比較成熟，但價格高，為此設(shè)計一套基于高精度壓力傳感器的零件尺寸檢測系統(tǒng)，可以實現(xiàn)大批量零件的快速準(zhǔn)確測量。

1　系統(tǒng)組成

機械零件尺寸自動檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。擋板和擋塊位置固定，待測工件放在擋板左側(cè)，控制按鍵、顯示部分、壓力傳感器、伺服電機驅(qū)動器連接到PLC，PLC向驅(qū)動器發(fā)出脈沖和控制信號，伺服電機正反轉(zhuǎn)。伺服電機通過聯(lián)軸器和絲杠連接，高精度壓力傳感器裝在測量臺上隨伺服電機正反轉(zhuǎn)而左右移動。壓力傳感器不受壓力時輸出值為P0，當(dāng)其移動到右側(cè)受到工件向左壓力時，輸出值變大；移動到左側(cè)受到擋塊向右壓力時，輸出值變小，在壓力范圍內(nèi)，形變程度與所受壓力成正比。

2　系統(tǒng)測量原理

圖1　零件尺寸測量系統(tǒng)

圖2 測量流程圖

圖2為PLC測量流程圖，圖3是測量原理圖。開機后伺服電機帶動絲杠旋轉(zhuǎn)使工作臺向左移動，當(dāng)壓力傳感器碰到擋塊且壓力達(dá)到規(guī)定值范圍（壓力小于等于P3）后停止到E點，讀取此時壓力值P1并延時t1。延時到工作臺自動向右行駛并開始記錄PLC向驅(qū)動器發(fā)出的脈沖數(shù)，當(dāng)脈沖數(shù)達(dá)到設(shè)定值n1后停止到A點。

需要測量工件尺寸時按下測量開關(guān)，工作臺自A點向右行駛，當(dāng)壓力傳感器碰到工件且壓力達(dá)到規(guī)定值范圍（壓力大于等于P4）后停止在C點并延時t2，讀取此時壓力值P2和從A點到C點PLC發(fā)出的脈沖數(shù)n2，延時到工作臺自動向左行駛。當(dāng)碰到擋塊且壓力又小于P3后停止，再延時t1，讀取此時壓力值P1作為下次測量計算用。延時到工作臺自動向右行駛，當(dāng)PLC再向驅(qū)動器發(fā)出n1個脈沖后停止在A點。如需再次測量，按下測量按鍵即可，如此循環(huán)。

如圖3，假設(shè)在右側(cè)壓力傳感器剛碰到工件的位置為B點，在左側(cè)壓力傳感器剛碰到擋塊位置為D點，則在右側(cè)壓力傳感器從開始碰到工件（B點）到停止（C點）壓力變化為P2-P0；在左側(cè)壓力傳感器開始碰到擋塊（D點）到停止（E點）壓力為變化為P0-P1。如果壓力傳感器被壓變形1微米所輸出壓力值的變化為K1 （K1/微米），則在右側(cè)壓力傳感器形變s2為:左側(cè)壓力傳感器形變s1為:

從左側(cè)停止位置E點到A點PLC向驅(qū)動器發(fā)出的脈沖數(shù)為n1，從A點到右側(cè)停止位置C點PLC向驅(qū)動器發(fā)出的脈沖數(shù)為n2。如果伺服驅(qū)每接收n3個脈沖伺服電機轉(zhuǎn)動一周，絲杠螺距為K毫米，則PLC向驅(qū)動器每發(fā)出一個脈沖傳感器移動的距離為（1000*K）/n3微米。假如壓力傳感器的厚度為h，可知在測量過程中從左側(cè)停止位置E點到右側(cè)停止位置C的長度L3為:由圖3可知，從擋塊到工件左側(cè)的長度L2為：

如先用此方法測出從擋塊到擋板的長度L1，則待測工件的長度L為：

3　結(jié)論

實驗數(shù)據(jù)表明，基于高精度壓力傳感器的伺服電機工件尺寸檢測系統(tǒng)可靠，測量精度高，可以實現(xiàn)批量工件的自動化檢測，避免了人工檢測誤差的隨機性。采用數(shù)字顯示直接標(biāo)出被側(cè)工件的尺寸，適合于工業(yè)生產(chǎn)線中大批量的工件檢測及分選。該系統(tǒng)該成本低，使用方便，適應(yīng)性強，具有廣泛的應(yīng)用價值。

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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

中圖分類號：TP274+.5

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

作者簡介

徐海（1969-），男，河南新鄉(xiāng)人，副教授/碩士，主要從事檢測技術(shù)及自動化裝置和數(shù)控技術(shù)方面的研究。

圖3　測量原理圖