專利名稱:一種多軸同步誤差檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本實用新型涉及一種檢測裝置,具體涉及一種用于檢測多軸同步誤差的裝置。
背景技術(shù):
目前常用的同步誤差檢測裝置與方法主要是針對兩軸的,如將兩個碼盤分別安裝在被測對象的不同輸出軸上,回零后同步采集兩傳感器的角位移數(shù)據(jù),再根據(jù)兩軸的轉(zhuǎn)數(shù)比關(guān)系得到其同步誤差曲線。這種測量方式很難實現(xiàn)三軸或三軸以上的多軸同步誤差檢測,而對于旋轉(zhuǎn)軸與直線軸混合的多軸同步誤差檢測領(lǐng)域更是無能為力。為了提高檢測的分辨率和精度,現(xiàn)有的檢測設(shè)備和方法大都采用高精度高分辨率的傳感器、軟件細分倍頻技術(shù)以及提高安裝精度等措施。但高昂的硬件成本、最大四倍頻的細分局限、軟件細分誤差所帶來的精度損失以及安裝使用的不便都很難使其大規(guī)模的推廣運用,且現(xiàn)有檢測設(shè)備的檢測手段、效率、運用范圍也有限,如激光干涉儀只能靜態(tài)檢測,檢測周期長,其適用范圍也局限在低速領(lǐng)域。
發(fā)明內(nèi)容針對目前多軸同步誤差檢測中測量精度、分辨率低、檢測手段單一、成本高、效率低、安裝使用不便、難以實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)軸與直線軸混合的多軸同步誤差的問題,本實用新型目的在于提供一種運用范圍廣、檢測速度快、可靠性好、精度高、操作簡便、可實現(xiàn)動態(tài)測量和靜態(tài)測量兩種測量方式的多軸同步誤差檢測裝置。本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的一種多軸同步誤差檢測裝置,檢測裝置包括第一角位移測量裝置、第二角位移測量裝置和線位移測量裝置,第一角位移測量裝置、第二角位移測量裝置和線位移測量裝置與數(shù)據(jù)同步采集控制裝置連接,數(shù)據(jù)同步采集控制裝置與計算機分析處理裝置連接。第一角位移測量裝置上的第一旋轉(zhuǎn)軸上安裝有第一旋轉(zhuǎn)軸角位移傳感器,第一支撐套與第一旋轉(zhuǎn)軸角位移傳感器外圈相連,第一壓蓋與第一旋轉(zhuǎn)軸角位移傳感器內(nèi)圈相連,第一聯(lián)軸器通過第一連接螺栓與第一旋轉(zhuǎn)軸相連,第一聯(lián)軸器上端與第一軸承內(nèi)圈相連,第一軸承外圈與第一支撐套內(nèi)圈相連,第一連接螺釘連接第一旋轉(zhuǎn)軸角位移傳感器內(nèi)圈和第一聯(lián)軸器上端,第一支撐套通過第一雙頭螺桿與固定支座連接。第二角位移測量裝置上的第二旋轉(zhuǎn)軸上安裝有第二旋轉(zhuǎn)軸角位移傳感器,第二旋轉(zhuǎn)軸通過第二壓緊螺母與第二旋轉(zhuǎn)軸的接軸套固連,第二旋轉(zhuǎn)軸的第二支撐套和與接軸套之間通過第二軸承連接,第二軸承內(nèi)圈用壓緊墊圈和螺釘緊固,第二旋轉(zhuǎn)軸角位移傳感器外圈與第二旋轉(zhuǎn)軸的第二支撐套用螺釘固連,第二旋轉(zhuǎn)軸角位移傳感器內(nèi)圈與第二旋轉(zhuǎn)軸的第二壓蓋相連,并用螺釘緊固,第二壓蓋通過第二旋轉(zhuǎn)軸連接螺釘與第二旋轉(zhuǎn)軸接軸套固連,第二旋轉(zhuǎn)軸的第二支撐套外開有螺紋孔,第二雙頭螺桿同過鎖緊螺母將第二旋轉(zhuǎn)軸和第二支撐套以及固定鈑金件固連,固定鈑金件固接于機身上。線位移測量裝置的直線光柵尺安裝于導(dǎo)軌的下方,與導(dǎo)軌固連,讀數(shù)頭通過安裝支架與機身固連。數(shù)據(jù)同步采集控制裝置由硬件細分計數(shù)卡和采樣同步控制器組成。第一角位移測量裝置和第二角位移測量裝置上還設(shè)有同軸度檢測裝置;線位移測量裝置上還設(shè)直線度檢測裝置。第一旋轉(zhuǎn)軸角位移傳感器外圈和第二旋轉(zhuǎn)軸角位移傳感器外圈既可單獨固定,也可一起固定。本實用新型提供的一種多軸同步誤差檢測裝置與檢測方法,具有以下有益效果1、檢測分辨率及精度高。角位移分辨率可達0. 1角秒,精度2個角秒;線位移分辨率可達0. 1微米,精度2個微米;2、檢測速度快。在動態(tài)檢測方式下,完成任意兩軸實時傳動比輸出、同步誤差波形顯示以及報表輸出僅需2分鐘;3、運用范圍廣。從幾赫茲到上萬赫茲的可調(diào)采樣頻率適用于極低速到高速以及任意傳動比的檢測場合;獨有的采樣同步控制器可實現(xiàn)任意組合的多軸同步誤差檢測;4、檢測手段多樣。既可以靜態(tài)測量,也可以動態(tài)測量;5、安裝簡單,使用方便。獨特的工裝設(shè)計簡化了傳感器與軸的連接,配套的安裝誤差檢測設(shè)備降低了初次安裝的精度要求;6、檢測結(jié)果豐富。在動態(tài)測量方式下,可得任意兩軸的實時傳動比和同步誤差曲線,并可實時輸出各測量軸的速度、加速度波形以及對誤差數(shù)據(jù)進行時域分析、頻域分析和時頻分析等后續(xù)處理。
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。
圖1為第一角位移測量裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為第二角位移測量裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為線位移測量裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖4多軸同步誤差檢測裝置硬件框圖。
具體實施方式
本實用新型提供的一種多軸同步誤差檢測裝置,包括第一角位移測量裝置、第二角位移測量裝置和線位移測量裝置,第一角位移測量裝置、第二角位移測量裝置和線位移測量裝置與數(shù)據(jù)同步采集控制裝置連接,數(shù)據(jù)同步采集控制裝置與計算機分析處理裝置連接。第一角位移測量裝置完成第一旋轉(zhuǎn)軸1的角位移測量;第二角位移測量裝置完成第二旋轉(zhuǎn)軸的角位移測量;線位移測量裝置完成直線軸的線位移測量;硬件細分計數(shù)卡完成各傳感器輸出信號的采集和細分計數(shù),采樣同步控制器保證各傳感器輸出數(shù)據(jù)的同步采樣和輸出;計算機分析處理部分完成任意兩軸的實時傳動比和同步誤差波形顯示,并對誤差數(shù)據(jù)做時域分析、頻域分析和時頻分析等后續(xù)處理。其中,第一角位移測量裝置主要由第一旋轉(zhuǎn)軸角位移傳感器7、第一旋轉(zhuǎn)軸聯(lián)軸器 3、第一支撐套5、第一壓蓋8、第一雙頭螺桿10和固定支座11等組成;
4[0026]第一角位移測量裝置上的第一旋轉(zhuǎn)軸1上安裝有第一旋轉(zhuǎn)軸角位移傳感器7,第一支撐套5與第一旋轉(zhuǎn)軸角位移傳感器7外圈相連,第一壓蓋8與第一旋轉(zhuǎn)軸角位移傳感器7內(nèi)圈相連,第一聯(lián)軸器3通過第一連接螺栓2與第一旋轉(zhuǎn)軸1相連,第一聯(lián)軸器3上端與第一軸承4內(nèi)圈相連,第一軸承4外圈與第一支撐套5內(nèi)圈相連,第一連接螺釘9連接第一旋轉(zhuǎn)軸角位移傳感器7內(nèi)圈和第一聯(lián)軸器3上端,第一支撐套5通過第一雙頭螺桿10與固定支座11連接。在測量過程中,第一聯(lián)軸器3、第一壓蓋8和第一旋轉(zhuǎn)軸角位移傳感器7內(nèi)圈隨第一旋轉(zhuǎn)軸同步轉(zhuǎn)動;第一旋轉(zhuǎn)軸的第一支撐套5和第一旋轉(zhuǎn)軸角位移傳感器7外圈通過雙頭螺桿10與固定鈑金件11固連,保持靜止。為了保證測量精度,減小因安裝帶來的誤差,角位移測量部分配備有同軸度檢測設(shè)備,測試開始前,先對第一旋轉(zhuǎn)軸的第一聯(lián)軸器3的軸端進行校準,當(dāng)同軸度達到測試系統(tǒng)相應(yīng)的誤差要求后,在安裝角位移傳感器,最后再測量。為了保證第一聯(lián)軸器3軸端同軸度檢測的有效開展,第一聯(lián)軸器3軸端在車削完后要進行磨削和拋光處理。第二角位移測量裝置主要由第二旋轉(zhuǎn)軸角位移傳感器18、接軸套14、第二壓緊螺母13、第二支撐套16、固定鈑金件22和第二壓蓋20等組成;第二角位移測量裝置上的第二旋轉(zhuǎn)軸12上安裝有第二旋轉(zhuǎn)軸角位移傳感器18, 第二旋轉(zhuǎn)軸12通過第二壓緊螺母13與第二旋轉(zhuǎn)軸12的接軸套14固連,第二旋轉(zhuǎn)軸12的第二支撐套16和與接軸套14之間通過第二軸承15連接,第二軸承15內(nèi)圈用壓緊墊圈17 和螺釘緊固,第二旋轉(zhuǎn)軸角位移傳感器18外圈與第二旋轉(zhuǎn)軸12的第二支撐套16用螺釘固連,第二旋轉(zhuǎn)軸角位移傳感器18內(nèi)圈與第二旋轉(zhuǎn)軸12的第二壓蓋19相連,并用螺釘緊固, 第二壓蓋19通過第二旋轉(zhuǎn)軸連接螺釘20與第二旋轉(zhuǎn)軸12接軸套14固連,第二旋轉(zhuǎn)軸12 的第二支撐套16外開有螺紋孔,第二雙頭螺桿21同過鎖緊螺母將第二旋轉(zhuǎn)軸12和第二支撐套16以及固定鈑金件22固連,固定鈑金件22固接于機身上。測量過程中,第二旋轉(zhuǎn)軸12的接軸套14、第二壓蓋19和第二旋轉(zhuǎn)軸角位移傳感器18內(nèi)圈隨第二旋轉(zhuǎn)軸12同步轉(zhuǎn)動;第二支撐套16和第二旋轉(zhuǎn)軸角位移傳感器18外圈通過雙頭螺桿21與固定鈑金件22固連,保持相對靜止。第二旋轉(zhuǎn)軸12的接軸套14端面與軸端經(jīng)過磨削和拋光處理。線位移測量部分是由直線光柵尺23、讀數(shù)頭M、安裝支架25和導(dǎo)軌沈等組成;直線光柵尺23安裝于導(dǎo)軌沈的下方,與導(dǎo)軌沈固連,讀數(shù)頭M通過安裝支架25與機身27 固連。為了保證直線光柵尺23安裝的直線度和與導(dǎo)軌沈的平行度,直線位移測量部分配備有相應(yīng)的檢測設(shè)備。數(shù)據(jù)同步采集控制部分是由硬件細分計數(shù)卡和采樣同步控制器組成。在多軸同步誤差測量過程中,為了保證角位移傳感器外圈的相對靜止,多軸同步誤差測量裝置采取了以下三方面的措施一、精選軸承。盡量選擇摩擦阻力小的軸承,并定期向軸承內(nèi)部添加黃油以保證潤滑效果;二、較小預(yù)緊力。在用雙頭螺桿連接旋轉(zhuǎn)軸支撐套和固定鈑金件時,需要用螺母在固定鈑金件U形槽兩端進行固定,此時,如果預(yù)緊力過大, 將給旋轉(zhuǎn)軸支撐套帶來附加扭矩和拉應(yīng)力,影響測量精度,因此在安裝過程中,固定鈑金件U形槽兩端的螺母要輪流預(yù)緊,且預(yù)緊力大小以保證用手不致使雙頭螺桿和固定鈑金件發(fā)生相對位移為準;三、加強筋。在多軸同步誤差測量過程中,固定鈑金件難免受到雙頭螺桿的力的作用,為了提高固定鈑金件的剛性,使其在一定的受力范圍內(nèi)不發(fā)生變形,除了選用較厚的鋼板做固定鈑金件外,可考慮在在固定鈑金件兩側(cè)焊接加強筋。針對不同的測量對象,旋轉(zhuǎn)軸角位移傳感器外圈既可選擇單獨固定,也可選擇一起固定。針對不同的測量對象,旋轉(zhuǎn)軸角位移傳感器外圈既可選擇單獨固定,也可選擇一起固定。本裝置采用的角位移傳感器和線位移傳感器都為光柵式傳感器,光柵傳感器是一種集光、機、電為一體的數(shù)字化檢測裝置,它具有分辨率高、精度高、結(jié)構(gòu)簡單、體積小、使用可靠、接口數(shù)字化、易于維護、性價比高等優(yōu)點,是目前應(yīng)用最廣泛的位移傳感器。角位移傳感器的分辨率為0.02°,經(jīng)硬件細分后其分辨率可達0.0001°,精度士 0.001°,最大測量轉(zhuǎn)速不小于60r/min,最小測量轉(zhuǎn)速不大于1° /min ;線位移傳感器的分辨率為4um,經(jīng)硬件細分后可達0.02um,精度士2um,最大測量速度不小于30m/min,最小測量速度不大于 0. lmm/min。數(shù)據(jù)同步采集控制部分(如圖4所示)主要由硬件細分計數(shù)卡和采樣同步控制器組成,硬件細分計數(shù)卡完成位移傳感器輸出信號的采集、預(yù)處理、細分、計數(shù)以及計數(shù)值存儲。 采樣同步控制器實現(xiàn)各傳感器信號的同步采集和計數(shù)值的同步輸出。每個硬件細分計數(shù)卡都設(shè)有一個外部信號輸入端用于同步采樣控制,當(dāng)采樣開始時,計算機向采樣同步控制器發(fā)出指令使其按照設(shè)定的頻率輸出同步采樣控制信號,控制器每輸出一個信號,計數(shù)卡完成一次計數(shù)值輸出。第一旋轉(zhuǎn)軸由第一角位移傳感器檢測采集信號,第二旋轉(zhuǎn)軸由第二角位位移傳器采集信號,第η旋轉(zhuǎn)軸由第η角移位傳感器采集信號,直線軸由線位移傳感器采集信號。在計算機分析處理部分,應(yīng)用程序為每個位移傳感器的輸出創(chuàng)建一個數(shù)組,數(shù)組的大小依據(jù)采樣頻率和采樣時間而定,可靜態(tài)設(shè)置,也可動態(tài)調(diào)整。當(dāng)完成一次采樣后,計數(shù)卡輸出的計數(shù)值通過算法轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的位移值并存入對應(yīng)數(shù)組的對應(yīng)位置,程序再根據(jù)預(yù)先設(shè)定的采樣頻率、采樣時間以及各軸的理論速比關(guān)系計算得到對應(yīng)軸的實時傳動比和同步誤差曲線。在靜態(tài)測量中,系統(tǒng)依據(jù)旋轉(zhuǎn)軸與旋轉(zhuǎn)軸、旋轉(zhuǎn)軸與直線軸的速比關(guān)系確定各軸的單步行走位移,計算機設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)并調(diào)用程序采集各軸的位移數(shù)據(jù),系統(tǒng)單步執(zhí)行,計算機對采集的實時數(shù)據(jù)進行分析處理,得到各離散特征點的同步誤差;在動態(tài)測量中,系統(tǒng)依據(jù)旋轉(zhuǎn)軸與旋轉(zhuǎn)軸、旋轉(zhuǎn)軸與直線軸的速比關(guān)系確定各軸的運行速度,系統(tǒng)連續(xù)運行,計算機設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)并調(diào)用程序采集各軸的實時位移數(shù)據(jù),通過算法分析即可得到任意兩軸的實時傳動比和同步誤差曲線,并可實時輸出各測量軸的速度、加速度波形以及對誤差數(shù)據(jù)進行時域分析、頻域分析和時頻分析等后續(xù)處理。計算機分析處理部分通過VC++和MATLAB聯(lián)合編程實現(xiàn),以充分利用VC++代碼的高效率和MATLAB強大的數(shù)據(jù)分析及圖形處理能力。其中時域分析部分主要包括最大值、最小值、均值、峰-峰值、方差、均方值、累計誤差、直方圖分布、概率密度、概率分布等;頻域分析部分主要包括基于快速傅里葉變換的幅值譜、相位譜、倒頻譜、相關(guān)分析、經(jīng)典功率譜分析以及現(xiàn)代功率譜分析(基于AR模型)等;時頻分析主要包括小波分析等。
權(quán)利要求1.一種多軸同步誤差檢測裝置,其特征在于檢測裝置包括第一角位移測量裝置、第二角位移測量裝置和線位移測量裝置,第一角位移測量裝置、第二角位移測量裝置和線位移測量裝置與數(shù)據(jù)同步采集控制裝置連接,數(shù)據(jù)同步采集控制裝置與計算機分析處理裝置連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多軸同步誤差檢測裝置,其特征在于第一角位移測量裝置上的第一旋轉(zhuǎn)軸(1)上安裝有第一旋轉(zhuǎn)軸角位移傳感器(7),第一支撐套(5)與第一旋轉(zhuǎn)軸角位移傳感器(7)外圈相連,第一壓蓋(8)與第一旋轉(zhuǎn)軸角位移傳感器(7)內(nèi)圈相連,第一聯(lián)軸器(3)通過第一連接螺栓(2)與第一旋轉(zhuǎn)軸(1)相連,第一聯(lián)軸器(3)上端與第一軸承 (4)內(nèi)圈相連,第一軸承(4)外圈與第一支撐套(5)內(nèi)圈相連,第一連接螺釘(9)連接第一旋轉(zhuǎn)軸角位移傳感器(7)內(nèi)圈和第一聯(lián)軸器(3)上端,第一支撐套(5)通過第一雙頭螺桿(10) 與固定支座(11)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多軸同步誤差檢測裝置,其特征在于第二角位移測量裝置上的第二旋轉(zhuǎn)軸(12)上安裝有第二旋轉(zhuǎn)軸角位移傳感器(18),第二旋轉(zhuǎn)軸(12)通過第二壓緊螺母(13)與第二旋轉(zhuǎn)軸(12)的接軸套(14)固連,第二旋轉(zhuǎn)軸(12)的第二支撐套(16) 和與接軸套(14)之間通過第二軸承(15)連接,第二軸承(15)內(nèi)圈用壓緊墊圈(17)和螺釘緊固,第二旋轉(zhuǎn)軸角位移傳感器(18)外圈與第二旋轉(zhuǎn)軸(12)的第二支撐套(16)用螺釘固連,第二旋轉(zhuǎn)軸角位移傳感器(18)內(nèi)圈與第二旋轉(zhuǎn)軸(12)的第二壓蓋(19)相連,并用螺釘緊固,第二壓蓋(19)通過第二旋轉(zhuǎn)軸連接螺釘(20)與第二旋轉(zhuǎn)軸(12)接軸套(14)固連, 第二旋轉(zhuǎn)軸(12)的第二支撐套(16)外開有螺紋孔,第二雙頭螺桿(21)同過鎖緊螺母將第二旋轉(zhuǎn)軸(12)和第二支撐套(16)以及固定鈑金件(22)固連,固定鈑金件(22)固接于機身上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多軸同步誤差檢測裝置,其特征在于線位移測量裝置的直線光柵尺(23)安裝于導(dǎo)軌(26)的下方,與導(dǎo)軌(26)固連,讀數(shù)頭(24)通過安裝支架(25) 與機身(27)固連。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多軸同步誤差檢測裝置,其特征在于數(shù)據(jù)同步采集控制裝置由硬件細分計數(shù)卡和采樣同步控制器組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多軸同步誤差檢測裝置,其特征在于第一角位移測量裝置和第二角位移測量裝置上還設(shè)有同軸度檢測裝置;線位移測量裝置上還設(shè)直線度檢測裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多軸同步誤差檢測裝置,其特征在于第一旋轉(zhuǎn)軸角位移傳感器(7)外圈和第二旋轉(zhuǎn)軸角位移傳感器(18)外圈既可單獨固定,也可一起固定。
專利摘要一種多軸同步誤差檢測裝置,該裝置主要包括第一和第二角位移測量裝置、角位移和線位移測量裝置、數(shù)據(jù)同步采集控制裝置和計算機分析處理裝置。其中角位移測量裝置分別包括一角位移傳感器,線位移測量裝置包括一線位移傳感器,數(shù)據(jù)采集同步控制裝置包括一硬件細分計數(shù)卡和一采樣同步控制器。檢測方法是計算機根據(jù)檢測要求設(shè)定工作方式、采樣頻率等參數(shù),同步采集各傳感器的實時數(shù)據(jù),并做相應(yīng)的預(yù)處理;計算機實現(xiàn)任意兩軸的實時傳動比和同步誤差波形顯示,并完成對誤差數(shù)據(jù)的時域分析、頻域分析、時頻分析等工作。本裝置和方法適用于機床、雷達、天文臺等精密設(shè)備,運用范圍廣、檢測速度快、可靠性好、精度高、操作簡便。
文檔編號G01M13/02GK202210028SQ20112030755
公開日2012年5月2日 申請日期2011年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月23日
發(fā)明者易傳云, 曹祥熬, 涂雪飛 申請人:宜昌長機科技有限責(zé)任公司