專利名稱：一種端面跳動(dòng)與偏擺的測量裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于精密裝配技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種端面跳動(dòng)與偏擺的測量裝置及方法，用 于回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)回轉(zhuǎn)精度的在線測量。
背景技術(shù)：
在精密微小器件的裝配中，當(dāng)需要對(duì)回轉(zhuǎn)元件進(jìn)行精密分度裝配時(shí)，不可避免的 會(huì)用到回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，且回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的跳動(dòng)與偏擺對(duì)于被裝配元件的裝配姿態(tài)具有重要 影響。通?；剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)出廠時(shí)會(huì)有徑向和軸向跳動(dòng)指標(biāo)，此外，由于回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)安裝軸 線與理想安裝軸線不重合，由此會(huì)帶來裝配偏擺誤差。跳動(dòng)和偏擺對(duì)精密裝配的精度具有 重大影響，需要通過簡單有效的方法測量出來以便進(jìn)行補(bǔ)償。通常，對(duì)機(jī)床、精密運(yùn)動(dòng)平臺(tái)等設(shè)備中的回轉(zhuǎn)件以及齒輪等回轉(zhuǎn)體的跳動(dòng)和偏擺 是分別測量的。在跳動(dòng)檢測方面，基于PSD和激光三角法可以實(shí)現(xiàn)感應(yīng)式電能表轉(zhuǎn)盤的跳 動(dòng)誤差檢測。檢測時(shí)，半導(dǎo)體激光器發(fā)出的光束經(jīng)透鏡匯聚后投射到待檢轉(zhuǎn)盤邊緣的表面 上，漫反射激光的一部分被成像透鏡收集，并將光束的投射點(diǎn)成像在PSD光敏面上。轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn) 動(dòng)時(shí)，其跳動(dòng)誤差信號(hào)可由PSD的檢測孫長敬，單越康，電測與儀表，2008(6)，10-11。該 方法可快速精確地測出圓盤的跳動(dòng)。但是存在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和控制算法復(fù)雜，成本較高的問題。 不利于與裝配系統(tǒng)集成，進(jìn)行在線檢測。對(duì)于機(jī)床主軸這類桿狀元件，可采用電磁力自動(dòng) 抑制的技術(shù)，應(yīng)用徑向跳動(dòng)產(chǎn)生的磁力線圈間隙變化引起的電磁力矩變化，以軸向磁力線 圈和徑向磁力線圈分別抑制主軸徑向跳動(dòng)引起的偏擺和徑向位移，從而抑制主軸徑向跳動(dòng)中國發(fā)明專利機(jī)床主軸跳動(dòng)主動(dòng)抑制方法及裝置，申請(qǐng)(專利)號(hào)=200610098079. 1。 該方法可以提高主軸精度。但是該方法適用于細(xì)長軸類元件的徑向跳動(dòng)補(bǔ)償，不適用于回 轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的端面跳動(dòng)測量與補(bǔ)償。在偏擺檢測方面，多數(shù)基于千分表和定位機(jī)構(gòu)進(jìn)行測量。例如可采用在偏擺測量 儀座一端安裝手輪，配合V型主動(dòng)槽輪與從動(dòng)槽輪，使得千分表座可以沿導(dǎo)軌做往復(fù)直線 運(yùn)動(dòng)，避免了手工推動(dòng)或齒條傳動(dòng)帶來的誤差，提高檢測精度中國實(shí)用新型專利多功能 偏擺檢測儀，申請(qǐng)(專利)號(hào)200620031842.4。另一種應(yīng)用于封閉空心軸類零件裝配用 的徑向偏擺測量裝置，其測量功能主要由內(nèi)徑千分表實(shí)現(xiàn)，應(yīng)用于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的高壓和低 壓轉(zhuǎn)子軸的安裝中國實(shí)用新型專利封閉空心軸類零件裝配用的徑向偏擺測量裝置，申請(qǐng) (專利)號(hào)=200720081711. 1。上述兩種方法采用千分表讀數(shù)，較難與計(jì)算機(jī)控制的裝配 系統(tǒng)集成。此外，該類裝置通常都是專用設(shè)備，與裝配系統(tǒng)的裝配單元非一體設(shè)計(jì)，也會(huì)引 入測量誤差，影響裝配精度。綜上所述，已有的跳動(dòng)和偏擺檢測方法很難在線對(duì)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)類器件的端面跳動(dòng) 和偏擺進(jìn)行快速和精確的檢測，并將采集到的信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)以便進(jìn)行后續(xù)處理。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種基于雙電感測微儀的端面跳動(dòng)和偏擺測量裝置及方法，實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的端面跳動(dòng)和偏擺的在線測量。本發(fā)明的技術(shù)方案如下 該端面跳動(dòng)與偏擺測量裝置包括第一電感測微儀、第二電感測微儀、X方向運(yùn)動(dòng)導(dǎo) 軌、Y方向運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌、Z方向運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌、安裝板、運(yùn)動(dòng)控制卡、數(shù)據(jù)采集卡和計(jì)算機(jī)組成。第 一電感測微儀、第二電感測微儀和作業(yè)單元安裝在安裝板上，計(jì)算機(jī)通過運(yùn)動(dòng)控制卡控制X 方向運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌、Y方向運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌和Z方向運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌來移動(dòng)安裝板；計(jì)算機(jī)同時(shí)記錄兩個(gè)電感 測微儀和作業(yè)單元的位置信息，通過數(shù)據(jù)采集卡輸入計(jì)算機(jī)。其使用方法如下兩個(gè)電感測微儀的測量位置與回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的中心共線，且關(guān)于回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)中 心軸線對(duì)稱。兩個(gè)電感測微儀與作業(yè)單元安裝在同一安裝板上，該安裝板的位置由運(yùn)動(dòng)導(dǎo) 軌控制。在回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)初始位置，先驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌，將電感測微儀移動(dòng)到測量位置。此時(shí) 兩個(gè)電感測微儀位置點(diǎn)的連線中心與回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的回轉(zhuǎn)軸線重合。電感測微儀接觸回轉(zhuǎn) 運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的待測表面，得到的讀數(shù)信號(hào)經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡輸入計(jì)算機(jī)，電感測微儀的信號(hào)與計(jì) 算機(jī)中已有的測量方向(上運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的位置信息疊加后，獲得回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)待測端面被測 點(diǎn)的初始位置信息。然后，回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)回轉(zhuǎn)到裝配任務(wù)所設(shè)定的角度。之后重復(fù)上述測量操作，驅(qū)動(dòng) 運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌，將電感測微儀移動(dòng)到檢測位置，獲得此刻回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)測量端面被測點(diǎn)的位置 信息，將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)回轉(zhuǎn)前后測量端面被測兩點(diǎn)的位置信息比對(duì)，可計(jì)算獲得回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 平臺(tái)回轉(zhuǎn)前后被測兩點(diǎn)的位置變化量A1及Δ2。由于A1 = L*tane + s/C0Se，Δ2 = L · tan θ-δ/cos θ，式中L為被測點(diǎn)距回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)回轉(zhuǎn)中心的徑向距離，δ、θ分別為 所求轉(zhuǎn)動(dòng)前后回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的端面跳動(dòng)及偏擺角度。故根據(jù)上述公式可以計(jì)算獲得回轉(zhuǎn)運(yùn)
動(dòng)平臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)前后的偏擺角為沒= arctan^^，端面跳動(dòng)為5 = -。本發(fā)明的效果和益處是利用電感測微儀進(jìn)行端面跳動(dòng)和偏擺測量，可實(shí)現(xiàn)快速 讀數(shù)，精度優(yōu)于千分表；電感測微儀的安裝板與作業(yè)單元的安裝板一體，減小了測量基準(zhǔn)不 同引入的測量誤差；采用雙電感測微儀進(jìn)行測量，且電感測微儀的測量位置對(duì)稱位于回轉(zhuǎn) 運(yùn)動(dòng)平臺(tái)兩側(cè)，可同時(shí)測得端面跳動(dòng)和偏擺信息；電感測微儀的測量位置可通過變換運(yùn)動(dòng) 導(dǎo)軌的運(yùn)動(dòng)信息來更改，從而可對(duì)應(yīng)多個(gè)不同的測量位置，而無需重新安裝更改硬件，方便 靈活；電感測微儀由運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌驅(qū)動(dòng)，電感測微儀的數(shù)據(jù)以及運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的位置信息可以及時(shí) 輸入計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算分析并記錄。


圖1是本發(fā)明的端面跳動(dòng)與偏擺測量裝置組成示意圖。圖2是本發(fā)明的測量方法示意圖。圖中1X方向運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌；2Y方向運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌；3Z方向運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌；4安裝板；5第一電 感測微儀；6第二電感測微儀；7作業(yè)單元；8運(yùn)動(dòng)控制卡；9數(shù)據(jù)采集卡；10計(jì)算機(jī)；11回轉(zhuǎn) 運(yùn)動(dòng)平臺(tái)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明專利的具體實(shí)施例。端面跳動(dòng)與偏擺測量系統(tǒng)由X方向運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌1，Y方向運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌2，Z方向運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌 3，安裝板4，第一電感測微儀5，第二電感測微儀6，作業(yè)單元7，運(yùn)動(dòng)控制卡8，數(shù)據(jù)采集卡9 及計(jì)算機(jī)10組成。上述裝置用于測量自動(dòng)化裝配系統(tǒng)中的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)11在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中 出現(xiàn)的端面跳動(dòng)和偏擺。首先，在回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)11初始位置，X方向運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌1，Y方向運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌2和Z方 向運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌3帶動(dòng)安裝在安裝板4上的兩個(gè)電感測微儀5、6精確運(yùn)動(dòng)至回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的初 始位置，并保證此時(shí)兩個(gè)電感測微儀的連線的中心點(diǎn)與回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)11的回轉(zhuǎn)軸線重合。 兩個(gè)電感測微儀5、6與回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)11的測量端面接觸，得到的位移信號(hào)由數(shù)據(jù)采集卡9 輸 入計(jì)算機(jī)10，然后將兩個(gè)電感測微儀5、6測得的位移信號(hào)與計(jì)算機(jī)中已有的測量方向上 導(dǎo)軌的位置信息疊加，獲得此時(shí)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)11待測端面被測點(diǎn)的位置信息?；剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 平臺(tái)11回轉(zhuǎn)到裝配任務(wù)所設(shè)定的角度；重復(fù)上述測量操作，獲得此刻回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)11測 量端面被測點(diǎn)的位置信息，與回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)11的初始位置信息比對(duì)，可計(jì)算獲得回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 平臺(tái)11回轉(zhuǎn)前后被測點(diǎn)的位置變化量八工及Δ2。由于=A1 = L ^tan θ+ δ/cos θ，Δ2 = L Mane-SAose,其中L為被測點(diǎn)距回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)回轉(zhuǎn)中心的徑向距離，δ、θ分別為 所求轉(zhuǎn)動(dòng)前后回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的端面跳動(dòng)量及偏擺角度值。根據(jù)上述公式可以計(jì)算獲得回轉(zhuǎn)
運(yùn)動(dòng)平臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)前后的偏擺角為沒= arctan^^，端面跳動(dòng)為5 = -。
權(quán)利要求
一種基于雙電感測微儀的端面跳動(dòng)和偏擺測量裝置，其特征在于該端面跳動(dòng)與偏擺測量裝置包括X方向運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌(1)、Y方向運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌(2)、Z方向運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌(3)、安裝板(4)、第一電感測微儀(5)、第二電感測微儀(6)、運(yùn)動(dòng)控制卡(8)、數(shù)據(jù)采集卡(9)和計(jì)算機(jī)(10)組成；第一電感測微儀(5)、第二電感測微儀(6)和作業(yè)單元(7)均安裝在安裝板(4)上，計(jì)算機(jī)(10)通過運(yùn)動(dòng)控制卡(8)控制X方向運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌(1)、Y方向運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌(2)和Z方向運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌(3)來移動(dòng)安裝板(4)；兩個(gè)電感測微儀(5)、(6)檢測到的位置信息通過數(shù)據(jù)采集卡(9)輸入計(jì)算機(jī)(10)，運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的位置信息通過運(yùn)動(dòng)控制卡(8)輸入計(jì)算機(jī)(10)。
2.使用權(quán)利要求1所述裝置的方法，其特征在于如下步驟，(1)兩個(gè)電感測微儀(5)、(6)的測量位置與回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)(11)的中心共線，且關(guān)于回 轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)(11)中心軸線對(duì)稱，同時(shí)，檢測裝置與作業(yè)單元(7)安裝在同一安裝板(4)上；(2)在回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)(11)初始位置，先驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌⑴、(2)、(3)，將電感測微儀(5)、 (6)移動(dòng)到測量位置；此時(shí)兩個(gè)電感測微儀(5)、(6)的連線的中心點(diǎn)與回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)(11) 的回轉(zhuǎn)軸線重合；電感測微儀(5)、(6)接觸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)(11)的待測表面，得到的讀數(shù)信 號(hào)經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡(9)輸入計(jì)算機(jī)(10)，電感測微儀(5)、(6)的信號(hào)與計(jì)算機(jī)(10)中已有 的測量方向上運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的位置信息疊加后，獲得此時(shí)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)(11)待測端面被測點(diǎn) 的位置信息；(3)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)(11)回轉(zhuǎn)到裝配任務(wù)所設(shè)定的角度；重復(fù)上述測量操作，驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng) 導(dǎo)軌(1)、(2)、(3)，將電感測微儀(5)、(6)移動(dòng)到測量位置，獲得此刻回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)(11) 測量端面被測點(diǎn)的位置信息，與回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)(11)回轉(zhuǎn)初始位置信息比對(duì)，可計(jì)算獲得回 轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)回轉(zhuǎn)前后被測點(diǎn)的位置變化量^R Δ2，然后可計(jì)算得回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)前后的偏擺角為沒= arctan^^，端面跳動(dòng)為5 = -，其中L為被測點(diǎn)距回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)回轉(zhuǎn)中心的徑向距離。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于雙電感測微儀的端面跳動(dòng)和偏擺檢測裝置與方法，實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的端面跳動(dòng)和偏擺的在線測量。該裝置由兩個(gè)電感測微儀、安裝板、X、Y、Z方向運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌組成，運(yùn)動(dòng)控制卡、數(shù)據(jù)采集卡及計(jì)算機(jī)組成，兩個(gè)電感測微儀與作業(yè)單元均安裝在安裝板上。運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌驅(qū)動(dòng)兩電感測微儀移動(dòng)至測量位置采集回轉(zhuǎn)平臺(tái)測量端面被測點(diǎn)處的位置信息，通過數(shù)據(jù)采集卡傳輸至計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)再結(jié)合已有的測量方向上導(dǎo)軌位置信息，獲得此時(shí)回轉(zhuǎn)平臺(tái)測量端面被測點(diǎn)的實(shí)際位置信息。對(duì)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)在初始位置和工作位置分別進(jìn)行兩次測量，對(duì)比兩次測量所獲得的端面被測點(diǎn)的位置信息，可計(jì)算獲得回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)在工作位置的端面跳動(dòng)和偏擺。
文檔編號(hào)G01B7/00GK101968340SQ20101028662
公開日2011年2月9日 申請(qǐng)日期2010年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月19日
發(fā)明者嚴(yán)衛(wèi), 孫金, 張濤, 王東輝, 王密信, 王曉東, 羅怡 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)