CN107367233A - 一种双齿行程检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双齿行程检测装置及方法，包括与直线运动部件连接的齿条、齿轮、旋转编码器、轮轴、处理器，齿轮的轮齿与齿条的齿模数相等，齿轮与齿条啮合；齿轮包括左半齿、右半齿、扭簧，左半齿与轮轴固定，右半齿与轮轴通过扭簧连接，左半齿、右半齿在扭簧作用下相对旋转，扭转弹簧使左半齿、右半齿的轮齿在与其啮合的齿条的轮齿之间保持撑开的状态；旋转编码器相对于齿轮固定设置，旋转编码器里的转盘与齿轮同步旋转；处理器与旋转编码器连接，计算出齿条行程。优点是：半齿和齿轮都是刚性部件，二者啮合来检测直线运动的距离，杜绝线性部件与其接触的部件之间产生相对运动或受强大外力作用下产生伸长现象。

Description

一种双齿行程检测装置及方法

技术领域

本发明属于机械设备测控领域，尤其涉及一种双齿行程检测装置及方法。

背景技术

机械设备自动化程度的提高，使得检测装备和元件应用越来越广泛。长度的检测(亦即直线运动的检测)大都需要将直线运动的量值转化为旋转运动的量值来进行。如专利文献CN 202582517U公开的一种行程检测装置及混凝土泵车，其检测精度较低，所采用的检测机构中大都使用线性部件连接直线运动的执行部件(即被测的长度测量值的来源)。

现有技术中，线性部件(无论是钢丝绳、或者是液压油管)，都是具有柔性的元件，刚度严重不足。其缺陷是：无法杜绝线性部件与其接触的部件之间产生相对运动(打滑)或受强大外力作用下产生伸长(结构被改变时会变细、伸长)现象。

随着自动控制系统对检测装置及检测元件的可靠性和检测精度提出越来越高的要求。因此，如何克服和解决线性部件的因刚度不足而造成的控制误差及不可靠性就显得尤为紧迫，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种双齿行程检测装置及方法，能够检测到执行部件(直线运动的线性部件)的实时行程，并可以控制数据的精度，提高安装和维护的便利性。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种双齿行程检测装置，包括与直线运动部件连接的齿条、齿轮、旋转编码器、轮轴、处理器，齿轮的轮齿与齿条的齿模数相等，齿轮与齿条啮合；齿轮包括左半齿、右半齿、扭簧，左半齿与轮轴固定，右半齿与轮轴通过扭簧连接，左半齿、右半齿在扭簧作用下相对旋转，扭转弹簧使左半齿、右半齿的轮齿在与其啮合的齿条的轮齿之间保持撑开的状态，消除齿轮齿条运动时的切向间隙；齿条、齿轮由刚性材质制作；旋转编码器相对于齿轮固定设置，旋转编码器里的转盘与齿轮同步旋转；处理器与旋转编码器连接，并根据编码器信号计算出齿条行程。

所述的齿条与直线运动部件同步或等比进行直线运动。

所述的旋转编码器包括转盘、光电发送器件、光电接收器件，光电接收器件、光电发送器件组成光电收发器件，光电发送器件、光电接收器件分别设置在转盘的两侧，所述的转盘上均布有方齿或通孔。

所述的旋转编码器内至少设置一组光电收发器件。

一种双齿行程检测方法，将齿条与直线运动部件固定在一起，直线运动部件运动时，齿条带动齿轮转动，处理器根据旋转编码器发出的光电信号被遮挡次数计算齿条行程，并通过两种或两组以上光电收发器件判断执行部件的运动方向；齿条行程，即直线运动部件的运动长度L满足：

L＝L₀+(1/n)s (1)

s＝2πr (2)

式(1)中：n为转盘的方齿或通孔数量，n值越大精度越大；s为周长；L₀为当前长度，即处理器根据设备安装时初始标定位置为原点进行即时测量出的任意时刻的位置的长度值；

式(2)中：r为光电发送器件的发光轴心与转盘旋转中心的距离。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

半齿和齿轮都是刚性部件，二者啮合来检测直线运动的距离，杜绝线性部件与其接触的部件之间产生相对运动(打滑)或受强大外力作用下产生伸长(结构被改变时会变细、伸长)现象。解决了线性部件的因刚度不足而造成的控制误差及不可靠性问题。真正实现了检测精度的可控制性，只要相应地提高两半齿和齿条的制造和安装精度，检测精度就可以提高。采用光电式旋转编码器更容易实现小型化，精度更高，旋转编码器的转盘上方齿或通孔数越多时，测量数据越准确，而转盘采用通孔可以更方便的增加数量。采用两组或两组以上光电收发器件可判断直线运动部件的运动方向。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是齿轮与齿条啮合结构示意图。

图3是旋转编码器内部结构示意图。

图中：1-齿条 2-左半齿 3-右半齿 4-扭簧 5-旋转编码器 6-转盘 7-光电发送器件 8-光电接收器件 9-联轴器。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明进行详细地描述，但是应该指出本发明的实施不限于以下的实施方式。

见图1-图3，双齿行程检测装置，由以下部件组成：

齿条1，齿条1与直线运动部件连接在一起，并同步或等比缩小地(或等比放大地)进行直线运动。齿条1由刚性材质制作；

齿轮，其旋转是被齿条1的直线运动所驱动。齿轮由刚性材质制作，齿轮的轮齿与齿条1的齿模数相等，分成两半：左半齿2、右半齿3，二者都与齿条1啮合，通过扭簧4形成一定的相对旋转运动，在扭簧4的作用下消除齿轮齿条1运动时的切向间隙。扭簧4套装于轮轴上方内腔里，使得左半齿2与右半齿3的轮齿在与其啮合的齿条1的轮齿之间保持撑开的状态，实现减少检测装置的运动误差，提高检测精度(在使用6-8级的制造精度下，滚齿、插齿加工工艺制造的齿轮及齿条1时，检测精度可达0.02mm)；轮轴通过联轴器9与旋转编码器5相连。

旋转编码器5，相对于齿轮固定设置，当齿轮旋转时，旋转编码器5里的转盘6与齿轮同步旋转；旋转编码器5内设有光电接收器件8、光电发送器件7；当转盘6旋转至转盘6上均布的方齿或通孔时，光电发送器件7发送光电信号；通孔可以是圆形等几何图形，也可以是长条矩型窄缝(以能顺利通过光电发送器件7发出的光电信号为原则)。转盘6与齿轮通过轮轴相对固定安装，可以是键槽和键联接，也可以是螺钉联接。或者是过盈轴孔配合联接。光电收发器件至少为一组，当为两组或两组以上时，根据两组光电收发器件的得电信号逻辑控制关系，可以判定执行部件的运动方向。如果方齿设置在转盘6外圈，光电收发器件对应地设置在转盘6外圈(或外侧)；相应的，如果方齿设置在转盘6内圈，光电收发器件对应地设置在转盘6内圈(或内侧)。

处理器，接收光电收发器件发送的信号，并根据信号计算出所述执行部件的行程。

旋转编码器5内的光电收发器件也可以是接近开关或行程开关，但是其精度较低。

其中，左半齿2是与齿轮安装轴(周向)固定联接的，右半齿3是滑动配合地与左半齿2进行联接的。如果直线运动部件的长度检测需要双向进行，更换另一组左半齿2是滑动配合地与右半齿3进行联接，而右半齿3是与齿轮安装轴(周向)固定联接的双齿轮与齿条1啮合。

直线运动部件的长度检测(亦即直线运动的检测)是通过齿条将直线运动的量值传递给消除了切向间隙的半齿(左半齿2、右半齿3)转化为旋转运动的量值来进行。当齿轮旋转时，旋转编码器5里的转盘6与两半齿(左半齿2、右半齿3)同步旋转；旋转运动的量值测量就由旋转编码器里的转盘6来测量；

光电收发器件(光电发送器件7和光电接收器件8)相对于转盘6固定设置，并当转盘6旋转时，光电发送器件7发送光电信号；该信号遇到方齿就被遮挡，遇到两齿之间的空档处就穿过，并被光电接收器件8所接收。也同样地，转盘6上是通孔时，光电发送器件7发送的光电信号遇到通孔就穿过，并被光电接收器件8所接收，其余位置就被遮挡。

光电发送器件7和光电接收器件8设置于转盘6的两侧面。也可以是转盘6外圆以外和内圆以里。本发明并不受限于此。

假定转盘6上的齿数为n(采集该信号被光电接收器件8所接收的次数时，n为两齿之间的空档处数量)，转盘6上的指定位置周长为s(指定位置就是光电发送器件7上发光轴心，其周长就是该发光轴心距离齿型转盘6旋转中心为半径来计算得出——s＝2πr)，则每感应到一次信号时，直线运动部件运动长度L为：L＝当前长度+(1/n)×s；当前长度为处理器根据设备安装时初始标定位置为原点进行即时测量出的任意时刻的位置的长度值，原点为齿条与直线运动部件端部固定位置。

因此，本发明能够准确测量执行部件的行程，并且在转盘6上的齿数n越多时，测量数据越准确。

Claims (5)

1.一种双齿行程检测装置，其特征在于，包括与直线运动部件连接的齿条、齿轮、旋转编码器、轮轴、处理器，齿轮的轮齿与齿条的齿模数相等，齿轮与齿条啮合；齿轮包括左半齿、右半齿、扭簧，左半齿与轮轴固定，右半齿与轮轴通过扭簧连接，左半齿、右半齿在扭簧作用下相对旋转，扭转弹簧使左半齿、右半齿的轮齿在与其啮合的齿条的轮齿之间保持撑开的状态，消除齿轮齿条运动时的切向间隙；齿条、齿轮由刚性材质制作；旋转编码器相对于齿轮固定设置，旋转编码器里的转盘与齿轮同步旋转；处理器与旋转编码器连接，并根据编码器信号计算出齿条行程。

2.根据权利要求1所述的一种双齿行程检测装置，其特征在于，所述的齿条与直线运动部件同步或等比进行直线运动。

3.根据权利要求1所述的一种双齿行程检测装置，其特征在于，所述的旋转编码器包括转盘、光电发送器件、光电接收器件，光电接收器件、光电发送器件组成光电收发器件，光电发送器件、光电接收器件分别设置在转盘的两侧，所述的转盘上均布有方齿或通孔。

4.根据权利要求3所述的一种双齿行程检测装置，其特征在于，所述的旋转编码器内至少设置一组光电收发器件。

5.利用权利要求1-4任意一项所述的装置实现的一种双齿行程检测方法，其特征在于，将齿条与直线运动部件固定在一起，直线运动部件运动时，齿条带动齿轮转动，处理器根据旋转编码器发出的光电信号被遮挡次数计算齿条行程，并通过两种或两组以上光电收发器件判断执行部件的运动方向；齿条行程，即直线运动部件的运动长度L满足：

L＝L₀+(1/n)s (1)

s＝2πr (2)

式(1)中：n为转盘的方齿或通孔数量，n值越大精度越大；s为周长；L₀为当前长度，即处理器根据设备安装时初始标定位置为原点进行即时测量出的任意时刻的位置的长度值；

式(2)中：r为光电发送器件的发光轴心与转盘旋转中心的距离。