一种光电位移传感器的闭环精度校准检测装置

摘要

本发明公开了一种光电位移传感器的闭环精度校准检测装置，包括底板、等宽滚柱、位移板、直线电机，等宽滚柱平放在底板上并在底板上表面滚动，等宽滚柱上平放位移板，直线电机设置在底板一旁，直线电机输出轴与等宽滚柱轴垂直，直线电机带动位移板做水平直线移动，等宽滚柱外轮廓线为圆以外的等宽曲线。等宽滚柱包括三边滚柱、五边滚柱、七边滚柱，等宽滚柱具有相同宽度，滚柱轴线上设置磁柱，底板包括板体和设置在板体上的下吸磁体，磁柱两端受到向下吸引力。通过等宽滚柱确定精确的单次位移距离，不同轮廓的滚柱具有不同的位移长度，两个滑板通过双连杆勾连后，获得多种组合距离，让传感器检测多种距离并进行的校准与标定。

权利要求

1.一种光电位移传感器的闭环精度校准检测装置，其特征在于：所述校准检测装置包括底板（1）、等宽滚柱（2）、位移板（3）、直线电机（4），所述等宽滚柱（2）平放在底板（1）上并在底板（1）上表面滚动，所述等宽滚柱（2）上平放位移板（3），所述直线电机（4）设置在底板（1）一旁，直线电机（4）输出轴轴线与等宽滚柱（2）的轴线垂直，直线电机（4）的输出轴连接位移板（3）并带动位移板（3）做水平直线移动，所述等宽滚柱（2）外轮廓线为圆以外的等宽曲线；

所述位移板（3）包括滑板（31）、牵引块（32）、吸合柱（33），所述滑板（31）平放在等宽滚柱（2）上，所述牵引块（32）固定在滑板（31）上表面，所述牵引块（32）与直线电机（4）输出轴传动连接；

所述牵引块（32）包括块体（321）、电磁铁（322），所述块体（321）中间位置设置水平的通孔，通孔上内壁处设置浅槽，浅槽上表面设置电磁铁（322），所述直线电机（4）输出轴插入通孔内，直线电机（4）输出轴上设置柱孔（41），所述柱孔（41）为盲孔并且竖直设置，柱孔（41）的开孔位置朝向正上方的电磁铁（322），所述吸合柱（33）滑动设置在柱孔（41）内，电磁铁（322）失电时，吸合柱（33）落入柱孔（41）内且端部不超出直线电机（4）输出轴的圆柱表面，电磁铁（322）得电时，吸合柱（33）被吸引而上端嵌入浅槽、下端保持在柱孔（41）内；

所述等宽滚柱（2）包括三边滚柱（21）、五边滚柱（22）、七边滚柱（23），所有的等宽滚柱（2）具有相同的宽度，所述三边滚柱（21）、五边滚柱（22）、七边滚柱（23）分别至少有两个，相同轮廓的滚柱的间距为间距一，相异轮廓的滚柱的间距为间距二，所述滑板（31）的长度大于间距一，滑板（31）的长度小于间距二乘以二后加上间距一的和。

2.根据权利要求1所述的一种光电位移传感器的闭环精度校准检测装置，其特征在于：所述等宽滚柱（2）还包括设置在滚柱轴线上的磁柱（28），所述底板（1）包括板体（11）和设置在板体（11）上的下吸磁体（12），所述磁柱（28）两端受到向下吸引力。

3.根据权利要求2所述的一种光电位移传感器的闭环精度校准检测装置，其特征在于：所述磁柱（28）的其中一端设置轴向延伸的齿轮（29），所述板体（11）一侧面伸出凸台并在边沿上设置水平延伸的齿条（13），所述齿轮（29）与齿条（13）啮合。

4.根据权利要求3所述的一种光电位移传感器的闭环精度校准检测装置，其特征在于：所述等宽滚柱（2）相邻的滚柱的轴两端之间分别通过套环杆连接。

5.根据权利要求1所述的一种光电位移传感器的闭环精度校准检测装置，其特征在于：所述校准检测装置还包括双连杆（6）和导向槽（7），所述底板（1）、等宽滚柱（2）、位移板（3）、直线电机（4）共两套，两套底板（1）、等宽滚柱（2）、位移板（3）、直线电机（4）平行设置，所述双连杆（6）两端铰接在两个滑板（31）的上表面，所述双连杆（6）中间位置设置靶标（5），双连杆（6）下方设置与底板（1）平行的导向槽（7），所述靶标（5）在导向槽（7）内滑动。

6.根据权利要求2所述的一种光电位移传感器的闭环精度校准检测装置，其特征在于：所述板体（11）上表面粗糙度大于6.3。

7.根据权利要求1所述的一种光电位移传感器的闭环精度校准检测装置，其特征在于：所述滑板（31）上安装有水平仪。

说明书

一种光电位移传感器的闭环精度校准检测装置

技术领域

[0001] 本发明涉及位移传感器校准技术领域，具体为一种光电位移传感器的闭环精度校准检测装置。

背景技术

[0002] 位移传感器需要校准后才能出厂，光电式的位移传感器，其检测量会转变为电信号进行输出，检测时使用红外光或弱激光进行距离检测，实际检测的距离与输出量之间的
对应关系就是校准时所需要整理出的对应关系。

[0003] 校准时，最重要的一点就是提供一个精确的距离来进行检测，现有技术中，一般只是使用更高精度的位移计来测取某一位移量，认为这一高精度的距离就是实际距离，然后
与待校准的传感器输出信号对应上，但实际上，位移传感器因为设计原理，其精度并不能无
限提高，所以，现有技术还有一种就是使用精确的距离限位来确定单次位移量，一般就是一
些限位柱分布在移动板导轨上确定一系列的精确距离，但是，这种确定位移的方式容易受
到环境因素的影响，因为温度变化而引起轻微的变形并不能被及时获知，而且，温差变形引
起的导轨长度变化，在某些位置累积后具有很大误差，所以，直线导轨加上限位柱所给出的
位置点精度有限，用于带动位移块移动的驱动装置，其精度也不会高出光电式位移传感器
多少，例如直线电机等，其直线移动后在某一位置并不能立即精确定位。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于提供一种光电位移传感器的闭环精度校准检测装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

[0005] 为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

[0006] 一种光电位移传感器的闭环精度校准检测装置，包括底板、等宽滚柱、位移板、直线电机，等宽滚柱平放在底板上并在底板上表面滚动，等宽滚柱上平放位移板，直线电机设
置在底板一旁，直线电机输出轴轴线与等宽滚柱的轴线垂直，直线电机的输出轴连接位移
板并带动位移板做水平直线移动，等宽滚柱外轮廓线为圆以外的等宽曲线。位移板压着等
宽滚柱进行滚动，保持统一的水平高度，等宽曲线除去圆之外，多边形等宽曲线的重心在滚
动的时候，都是高低变化的，只有在每条边的中点位于重心正下方时，才是重心的低位，所
以每个滚柱只有几个稳态位置，每个稳态位置的水平距离即为滚柱的一个位移单位，直线
电机驱动位移板移动近似一个单位的距离，之后直线电机松开位移板并允许其自由移动，
位移板压住的等宽滚柱自动微调位置，回正到预期的单位距离位置上，确保每次移动精确
的单位距离，每次移动精确距离后，位移传感器检测移动距离量将其自身信号与该精确距
离联系获得标定的函数关系。

[0007] 进一步的，位移板包括滑板、牵引块、吸合柱，滑板平放在等宽滚柱上，牵引块固定在滑板上表面，牵引块与直线电机输出轴传动连接；

[0008] 牵引块包括块体、电磁铁，块体中间位置设置水平的通孔，通孔上内壁处设置浅槽，浅槽上表面设置电磁铁，直线电机输出轴插入通孔内，直线电机输出轴上设置柱孔，柱
孔为盲孔并且竖直设置，柱孔的开孔位置朝向正上方的电磁铁，吸合柱滑动设置在柱孔内，
电磁铁失电时，吸合柱落入柱孔内且端部不超出直线电机输出轴的圆柱表面，电磁铁得电
时，吸合柱被吸引而上端嵌入浅槽、下端保持在柱孔内。

[0009] 直线电机对于位移板的传动应当在传动完毕撤除后让位移板获得水平自由移动的条件，在需要传动的情况时，又能保证传动关系的确定并且建立传动时，不影响滑板的位
置，所以，通过电磁式的连接，在需要传动时，电磁铁吸引吸合柱将其上提，吸合柱一端嵌入
牵引块、一端嵌入直线电机输出轴，确定传动关系，此时，直线电机的水平移动能够带动滑
板的水平位移，而位移驱动完毕后，电磁铁吸引力撤除，吸合柱落下，牵引块和滑板获得自
由，等宽滚柱即能够微调自身位置，确保重心到达稳态位置，从而确定精确的滑板位移。

[0010] 进一步的，等宽滚柱包括三边滚柱、五边滚柱、七边滚柱，所有的等宽滚柱具有相同的宽度，三边滚柱、五边滚柱、七边滚柱分别至少有两个，相同轮廓的滚柱的间距为间距
一，相异轮廓的滚柱的间距为间距二，滑板的长度大于间距一，滑板的长度小于间距二乘以
二后加上间距一的和。三种规格的滚柱具有三种位移单位，从而让位移传感器的位移间距
检测多种距离后进行标定调整。除去三边、五边、七边的等宽滚柱外，还可以有更多边数的
滚柱，因为所有的滚柱等宽，所以滚柱滚动一周的距离相等，三边滚柱具有三个稳态点，单
位位移最大，五边滚柱有五个稳态点，单位位移中等，每种间距均是精确的位移量，直线移
动的驱动精度也就需求不高。

[0011] 进一步的，等宽滚柱还包括设置在滚柱轴线上的磁柱，底板包括板体和设置在板体上的下吸磁体，磁柱两端受到向下吸引力。滚柱在稳态点附近的回正力来自于重力，滚柱
自身的重力可能在某些情况时较小不足以使得滚柱快速回正确定稳态位置，所以，在两端
加上磁力而增加一道向下的力，这个力对于滚柱滚动的影响较小，但可以作为重力的叠加
力加载在等宽滚柱上。电磁力还可以通过周围大环境下的平行磁场来提供。

[0012] 进一步的，磁柱的其中一端设置轴向延伸的齿轮，板体一侧面伸出凸台并在边沿上设置水平延伸的齿条，齿轮与齿条啮合。等宽滚柱的运动只能是滚动，从而确保单位距离
为确定距离，不能出现滚柱沿底板滑动的情况，齿轮齿条啮合后，运动滚柱的滚动而阻止其
水平滑动，应当注意的是，等宽滚柱的中心线高度在滚动过程发生变化，所以，加工齿条的
齿形时，应当以滚柱作为滚齿加工靠模参照物。

[0013] 进一步的，等宽滚柱相邻的滚柱的轴两端之间分别通过套环杆连接。套环杆保证等宽滚柱的间距不变。

[0014] 进一步的，校准检测装置还包括双连杆和导向槽，底板、等宽滚柱、位移板、直线电机共两套，两套底板、等宽滚柱、位移板、直线电机平行设置，双连杆两端铰接在两个滑板的
上表面，双连杆中间位置设置靶标，双连杆下方设置与底板平行的导向槽，靶标在导向槽内
滑动。位移传感器检测靶标移动量，两套位移板分别确定两种单位位移，两种单位位移的平
均转化到靶标上被检测到作为位移传感器的校准依据，三种规格的等宽滚柱具有三种位移
量，并联连接后取中间值，从而获得多种位移组合，位移量依然保持精确度，在多种位移距
离下，检测位移传感器信号并标定，获取标定曲线并反馈回去作为修正依据，形成校准标定
的闭环系统。

[0015] 进一步的，板体上表面粗糙度大于6.3。粗糙度保证摩擦力，进一步限定滚柱只能滚动而不能滑动。

[0016] 进一步的，滑板上安装有水平仪。水平仪检测滑板水平度，当滑板不再保持水平时，即表示等宽滚柱发生了磨损，需要即使更换，防止单位位移的不准确，当滚柱因为受热
而发生轻微变形时，不同轮廓的滚柱的变形量不同，也导致水平仪不再水平，此时应当更换
环境或者更换校准时机，防止环境误差引起校准不准确。

[0017] 与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明通过等宽滚柱确定精确的单次位移距离，不同轮廓的滚柱具有不同的位移长度，两个滑板通过双连杆勾连后，获得多
种组合距离，让传感器检测多种距离并进行校准与标定，滚柱中轴位置设置磁体，附加在重
力上成为下拽力，保持滚柱快速回正到稳态位置，齿条勾住滚柱侧面，使其只能滚动不能滑
动。

附图说明

[0018] 附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

[0019] 图1是本发明的结构示意图；

[0020] 图2是图1中的视图A；

[0021] 图3是本发明滑板在五边滚柱上的运动示意图；

[0022] 图4是图3中的视图B‑B；

[0023] 图5是本发明滑板在七边滚柱上的运动示意图；

[0024] 图6是本发明带有双连杆结构的俯视示意图；

[0025] 图7是本发明滑板在三边滚柱上的立体示意图；

[0026] 图中：1‑底板、11‑板体、12‑下吸磁体、13‑齿条、2‑等宽滚柱、21‑三边滚柱、22‑五边滚柱、23‑七边滚柱、28‑磁柱、29‑齿轮、3‑位移板、31‑滑板、32‑牵引块、321‑块体、322‑电
磁铁、33‑吸合柱、4‑直线电机、41‑柱孔、5‑靶标、6‑双连杆、7‑导向槽、9‑位移传感器。

具体实施方式

[0027] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于
本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他
实施例，都属于本发明保护的范围。

[0028] 请参阅图1‑7，本发明提供技术方案：

[0029] 一种光电位移传感器的闭环精度校准检测装置，包括底板1、等宽滚柱2、位移板3、直线电机4，等宽滚柱2平放在底板1上并在底板1上表面滚动，等宽滚柱2上平放位移板3，直
线电机4设置在底板1一旁，直线电机4输出轴轴线与等宽滚柱2的轴线垂直，直线电机4的输
出轴连接位移板3并带动位移板3做水平直线移动，等宽滚柱2外轮廓线为圆以外的等宽曲
线。如图1所示，位移板3压着等宽滚柱2进行滚动，保持统一的水平高度，等宽曲线除去圆之
外，多边形等宽曲线的重心在滚动的时候，都是高低变化的，只有在每条边的中点位于重心
正下方时，才是重心的低位，所以每个滚柱只有几个稳态位置，每个稳态位置的水平距离即
为滚柱的一个位移单位，直线电机4驱动位移板3移动近似一个单位的距离，之后直线电机4
松开位移板3并允许其自由移动，位移板3压住的等宽滚柱2自动微调位置，回正到预期的单
位距离位置上，确保每次移动精确的单位距离，每次移动精确距离后，位移传感器检测移动
距离量将其自身信号与该精确距离联系获得标定的函数关系。

[0030] 如图1、2所示，位移板3包括滑板31、牵引块32、吸合柱33，滑板31平放在等宽滚柱2上，牵引块32固定在滑板31上表面，牵引块32与直线电机4输出轴传动连接；

[0031] 牵引块32包括块体321、电磁铁322，块体321中间位置设置水平的通孔，通孔上内壁处设置浅槽，浅槽上表面设置电磁铁322，直线电机4输出轴插入通孔内，直线电机4输出
轴上设置柱孔41，柱孔41为盲孔并且竖直设置，柱孔41的开孔位置朝向正上方的电磁铁
322，吸合柱33滑动设置在柱孔41内，电磁铁322失电时，吸合柱33落入柱孔41内且端部不超
出直线电机4输出轴的圆柱表面，电磁铁322得电时，吸合柱33被吸引而上端嵌入浅槽、下端
保持在柱孔41内。

[0032] 直线电机4对于位移板3的传动应当在传动完毕撤除后让位移板3获得水平自由移动的条件，在需要传动的情况时，又能保证传动关系的确定并且建立传动时，不影响滑板31
的位置，所以，通过电磁式的连接，在需要传动时，电磁铁322吸引吸合柱33将其上提，吸合
柱33一端嵌入牵引块32、一端嵌入直线电机4输出轴，确定传动关系，此时，直线电机4的水
平移动能够带动滑板31的水平位移，而位移驱动完毕后，电磁铁322吸引力撤除，吸合柱33
落下，牵引块32和滑板31获得自由，等宽滚柱2即能够微调自身位置，确保重心到达稳态位
置，从而确定精确的滑板位移。

[0033] 等宽滚柱2包括三边滚柱21、五边滚柱22、七边滚柱23，所有的等宽滚柱2具有相同的宽度，三边滚柱21、五边滚柱22、七边滚柱23分别至少有两个，相同轮廓的滚柱的间距为
间距一，相异轮廓的滚柱的间距为间距二，滑板31的长度大于间距一，滑板31的长度小于间
距二乘以二后加上间距一的和。如图1、3、5所示，三种规格的滚柱具有三种位移单位，从而
让位移传感器的位移间距检测多种距离后进行标定调整。除去三边、五边、七边的等宽滚柱
外，还可以有更多边数的滚柱，因为所有的滚柱等宽，所以滚柱滚动一周的距离相等，但具
有的稳态点和稳态点滚动间距不同，例如图3中，五边滚柱两个稳态点滚动间距是S5，图5
中，七边滚柱两个稳态点的滚动间距是S7，三边滚柱具有三个稳态点，单位位移最大，五边
滚柱有五个稳态点，单位位移中等，每种间距均是精确的位移量，直线移动的驱动精度也就
需求不高。

[0034] 等宽滚柱2还包括设置在滚柱轴线上的磁柱28，底板1包括板体11和设置在板体11上的下吸磁体12，磁柱28两端受到向下吸引力。如图3、4所示，滚柱在稳态点附近的回正力
来自于重力，滚柱自身的重力可能在某些情况时较小不足以使得滚柱快速回正确定稳态位
置，所以，在两端加上磁力而增加一道向下的力，这个力对于滚柱滚动的影响较小，但可以
作为重力的叠加力加载在等宽滚柱2上。电磁力还可以通过周围大环境下的平行磁场来提
供。

[0035] 磁柱28的其中一端设置轴向延伸的齿轮29，板体11一侧面伸出凸台并在边沿上设置水平延伸的齿条13，齿轮29与齿条13啮合。等宽滚柱2的运动只能是滚动，从而确保单位
距离为确定距离，不能出现滚柱沿底板滑动的情况，齿轮齿条啮合后，运动滚柱的滚动而阻
止其水平滑动，应当注意的是，等宽滚柱2的中心线高度在滚动过程发生变化，所以，加工齿
条13的齿形时，应当以滚柱作为滚齿加工靠模参照物。

[0036] 等宽滚柱2相邻的滚柱的轴两端之间分别通过套环杆连接。如图7所示，套环杆保证等宽滚柱2的间距不变。

[0037] 如图6所示，校准检测装置还包括双连杆6和导向槽7，底板1、等宽滚柱2、位移板3、直线电机4共两套，两套底板1、等宽滚柱2、位移板3、直线电机4平行设置，双连杆6两端铰接
在两个滑板31的上表面，双连杆6中间位置设置靶标5，双连杆6下方设置与底板1平行的导
向槽7，靶标5在导向槽7内滑动。位移传感器检测靶标5移动量，两套位移板3分别确定两种
单位位移，两种单位位移的平均转化到靶标5上被检测到作为位移传感器的校准依据，三种
规格的等宽滚柱具有三种位移量，并联连接后取中间值，从而获得多种位移组合，位移量依
然保持精确度，在多种位移距离下，检测位移传感器信号并标定，获取标定曲线并反馈回去
作为修正依据，形成校准标定的闭环系统。

[0038] 板体11上表面粗糙度大于6.3。粗糙度保证摩擦力，进一步限定滚柱只能滚动而不能滑动。

[0039] 滑板31上安装有水平仪。水平仪检测滑板31水平度，当滑板31不再保持水平时，即表示等宽滚柱2发生了磨损，需要即使更换，防止单位位移的不准确，当滚柱因为受热而发
生轻微变形时，不同轮廓的滚柱的变形量不同，也导致水平仪不再水平，此时应当更换环境
或者更换校准时机，防止环境误差引起校准不准确。

[0040] 需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存
在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖
非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要
素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备
所固有的要素。

[0041] 最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可
以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。
凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的
保护范围之内。