基于电容测微仪的深度自动测量系统.pdfVIP

维普资讯 基于电容测微仪的深度 自动测量系统 钱征宇 王宝光 郑义忠 (天津大学精密测试技术与仪器国家重点实验室，天津300072) 摘 要 精密摄像系统中，摄像头镜面的安装精度要求非常高，需经过严格检测后方能使用。本文结合镜面实 际安装工况，以5套精密电容测微仪为核心设计了非接触式 自动测深系统。工件放置后，系统 自动将其传送至测量 范围内，测头自动调整至最佳测量姿态、距离，综合5套传感器数据计算出镜面安装深度。经鉴定整机精度达到2旧。 关键词 电容测微仪；非接触式测量；自动测量 电容传感器 (5个) 0 引言 精密摄像系统中摄像头的镜面安装精度要求较 高，传统的测量方法如游标卡尺，螺旋测微仪等测量 不便、精度较低、人为误差较大，且接触测量时容易 划伤贵重的摄像头镜面。为此，本文设计了以精密 电容测微仪为核心的非接触式 自动测量系统。系统 成功实现了对工件测量面的追踪调平、孔深测量，具 有定位准确、精度高、重复性好、相关软件操作简单 等系列优点。 1 测量原理 图1 测量原理图 如图1所示：摄像头镜面安装在一个圆形孔底部， 送工件至测量位置。传送机构采用螺纹传动，步进电 要求测量镜面与孔上表面的距离。由于孔较深，电容 机驱动，因而机构运动滑快，无震动，能有效地保护工 传感器测量范围有限，且镜面不导电，因而需在镜面 件。整体结构示意图、实物图如图2和图3所示。 上放置一块已知厚度 d的标准测量块方可测量。5 测头机构是机械部分设计的核心。其结构图如 套电容传感器首先调整在同一平面上，4个传感器围 图4所示。结合上述的测量原理，测头上电容传感 绕中心传感器交叉分布，分别测量传感器到工件表面 器安装孔保证足够的平行精度，传感器安装在调节 的距离。当传感器测头所在平面与孔上表面平行时， 螺母中，利用螺塞和防转垫片固定传感器，这样通过 传感器分别测得距离为d1～ 5，则此时孔深： 调节螺母就可以将 5个传感器调节至同一平面上。 D=d5一(d1+d2+d3+d4)／4+d— 测头设计完毕后，由于它要实现 自动跟踪工件 为电气漂移、温度漂移、机械结构和装配等一 的姿态进行测量，因而其安装后应当能够进行姿态 系列原因所引起的仪器综合零点漂移误差。该误差 调节，测头与主体结构采用一点固定、两点可调的连 需要在测量前进行校零对其作综合补偿。 接方式，可调的连接点分别用步进电机控制，这样就 实现了二维姿态调节，配合升降结构从而实现了测 2 系统设计 头机构的三维姿态调节。连接螺栓与测头的连接处 2．1 机械设计 设计成球形，这样，不论测头处于何种状态，与螺栓 机械机构主要分为工件支撑、传送机构和测头 的连接都是面接触，因而能够保证调节过程中测头 机构。支撑、传送机构主要完成工件的承载以及运 始终处于平稳无跳动状态，实现稳定测量。 主上量堇 ： Q · l3 · 维普资讯 图2 系统总体示意图