專利名稱：一種基于傳感器自感知的主軸回轉(zhuǎn)誤差測(cè)量調(diào)心裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及主軸動(dòng)態(tài)回轉(zhuǎn)精度的測(cè)量領(lǐng)域，特別涉及一種基于傳感器自感知的主軸回轉(zhuǎn)誤差測(cè)量調(diào)心裝置，解決了主軸回轉(zhuǎn)誤差測(cè)量的傳感器安裝調(diào)心問題。
背景技術(shù)：
近年來隨著對(duì)加工精度的要求越來越高，對(duì)主軸回轉(zhuǎn)誤差的控制顯得更加重要。 主軸回轉(zhuǎn)誤差也是反映機(jī)床動(dòng)態(tài)性能好壞的關(guān)鍵指標(biāo)之一，通過對(duì)回轉(zhuǎn)誤差的測(cè)試與分析，可以預(yù)測(cè)理想加工條件下機(jī)床所能達(dá)到的最小形狀誤差、表面質(zhì)量和粗糙度，也可以用于機(jī)床加工預(yù)測(cè)和補(bǔ)償控制，判斷產(chǎn)生加工誤差的原因，以及機(jī)床的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷， 還可為機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)誤差預(yù)測(cè)、控制提供重要的測(cè)試基礎(chǔ)。所以，對(duì)精密和高精密機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)誤差的測(cè)試技術(shù)，尤其是在線動(dòng)態(tài)測(cè)試技術(shù)的研究具有重要的意義。
有文獻(xiàn)指出“對(duì)測(cè)量結(jié)果影響最大的是傳感器”。影響包括性能和安裝兩方面。 高精度傳感器是測(cè)試系統(tǒng)的精度保障，同時(shí)對(duì)安裝精度提出了更高的要求，以保障充分發(fā)揮傳感器性能、得到高精度的測(cè)試結(jié)果。而針對(duì)主軸回轉(zhuǎn)誤差的動(dòng)態(tài)測(cè)量方法(如，三點(diǎn)法等)對(duì)傳感器安裝都具有較高要求，其安裝難點(diǎn)在于三個(gè)傳感器按一定角度要求布置在垂直被測(cè)試軸軸線的同一截面上，且三個(gè)傳感器所在軸線交匯于一點(diǎn)。為了達(dá)到以上條件， 滿足測(cè)試要求，必須采用高精度的傳感器定位裝置。因此，設(shè)計(jì)一種基于傳感器自感知的主軸回轉(zhuǎn)誤差測(cè)量調(diào)心裝置是非常有必要的，對(duì)提高主軸回轉(zhuǎn)誤差測(cè)量精度具有重要意義。發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種基于傳感器自感知的主軸回轉(zhuǎn)誤差測(cè)量調(diào)心裝置，根據(jù)傳感器的讀數(shù)來調(diào)整傳感器的位置，最終將傳感器布置在垂直于被測(cè)軸軸線的同一個(gè)截面上，且傳感器所在軸線交匯于一點(diǎn)；即最大程度的減少傳感器的安裝偏心、安裝錯(cuò)位和安裝傾斜，提高傳感器的安裝精度，從而提高主軸回轉(zhuǎn)誤差的測(cè)量精度。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取如下的技術(shù)解決方案
一種基于傳感器自感知的主軸回轉(zhuǎn)誤差測(cè)量調(diào)心裝置，包括傳感器自動(dòng)對(duì)心模塊 4，傳感器自動(dòng)對(duì)心模塊4的外表面上緊固連接有同軸調(diào)整模塊5，傳感器自動(dòng)對(duì)心模塊4 一端均勻布置三個(gè)傳感器位移調(diào)整模塊，每個(gè)傳感器位移調(diào)整模塊為基于柔性鉸鏈的對(duì)稱平行四桿機(jī)構(gòu)，兩平行四桿之間的中間圓孔2為傳感器安裝位置，中間圓孔2的上下兩側(cè)為方框挖空區(qū)域，一側(cè)安裝第一壓電陶瓷1，另一側(cè)安裝復(fù)位彈簧3。
所述的同軸調(diào)整模塊5截面基于四個(gè)柔性鉸鏈設(shè)計(jì)的X-Y正交微動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)6，對(duì)稱的正交微動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)6采用柔性鉸鏈的對(duì)稱平行四桿機(jī)構(gòu)，水平方向左側(cè)正交微動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)6安裝有第二壓電陶瓷7，垂直方向一側(cè)正交微動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)6安裝有第三壓電陶瓷8。
本發(fā)明首先通過同軸調(diào)整模塊5經(jīng)過水平與垂直方向的微調(diào)，將三個(gè)傳感器電壓讀數(shù)調(diào)整一致，實(shí)現(xiàn)等距測(cè)量，保證測(cè)量裝置與被測(cè)主軸同軸；然后通過傳感器自動(dòng)對(duì)心模塊4找到傳感器探頭沿測(cè)量軸線與主軸表面的最短距離，同理，找出其余傳感器探頭與主軸表面的最短距離，使得傳感器所在軸線交匯于一點(diǎn)。本發(fā)明解決了傳感器安裝偏心，錯(cuò)位和傾斜的問題，由于采用柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，使其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，定位準(zhǔn)確，重復(fù)性好。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為圖1的左視圖。
圖3為同軸調(diào)整模塊5結(jié)構(gòu)原理圖。
圖4為同軸調(diào)整模塊5調(diào)整示意圖。
圖5為傳感器自動(dòng)對(duì)心模塊4自感知調(diào)心示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
參照?qǐng)D1，一種基于傳感器自感知的主軸回轉(zhuǎn)誤差測(cè)量調(diào)心裝置，包括傳感器自動(dòng)對(duì)心模塊4，傳感器自動(dòng)對(duì)心模塊4的外表面上緊固連接有同軸調(diào)整模塊5，傳感器自動(dòng)對(duì)心模塊4 一端均勻布置三個(gè)傳感器位移調(diào)整模塊，每個(gè)傳感器位移調(diào)整模塊為基于柔性鉸鏈的對(duì)稱平行四桿機(jī)構(gòu)，采用壓電驅(qū)動(dòng)、柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)傳動(dòng)的重復(fù)精度達(dá)到0. 05 μ m，兩平行四桿之間的中間圓孔2為傳感器安裝位置，中間圓孔2的上下兩側(cè)為方框挖空區(qū)域，一側(cè)安裝第一壓電陶瓷1，另一側(cè)安裝復(fù)位彈簧3。
參照?qǐng)D5，傳感器自動(dòng)對(duì)心模塊4在調(diào)整裝置與主軸同軸度時(shí)，對(duì)比三個(gè)傳感器的輸出電壓，經(jīng)過不斷微調(diào)，實(shí)現(xiàn)三個(gè)輸出電壓處于等距測(cè)量的預(yù)設(shè)精度范圍之內(nèi)，完成被測(cè)主軸與測(cè)量機(jī)構(gòu)的同軸調(diào)整；在三傳感器自動(dòng)對(duì)心時(shí)，由第一壓電陶瓷1驅(qū)動(dòng)傳感器位置調(diào)整機(jī)構(gòu)沿傳感器測(cè)量軸切向方向移動(dòng)，獲得傳感器探頭與被測(cè)軸表面距離的電壓數(shù)據(jù)， 繪制變化曲線，找出其傳感器探頭與主軸表面的最短距離所對(duì)應(yīng)的位置，使得傳感器測(cè)量軸線通過被測(cè)主軸軸心，三傳感器測(cè)量軸線分別調(diào)整通過軸心，即實(shí)現(xiàn)三傳感器的自動(dòng)對(duì)心。由于柔性鉸鏈的對(duì)稱平行四桿機(jī)構(gòu)具有無間隙、無機(jī)械摩擦和運(yùn)動(dòng)靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，因此本發(fā)明采用基于柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)的對(duì)稱平行四桿機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)直線移動(dòng)，傳感器安裝定位孔中間圓孔2設(shè)計(jì)在中間，一邊安裝第一壓電陶瓷1，一邊安裝復(fù)位彈簧3。加電壓后，產(chǎn)生變形，對(duì)柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)作用壓力，使機(jī)構(gòu)發(fā)生變形，從而帶動(dòng)傳感器移動(dòng)，并基于傳感器自身測(cè)量數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)心調(diào)整。
參照?qǐng)D2和圖3，所述的同軸調(diào)整模塊5截面基于四個(gè)柔性鉸鏈設(shè)計(jì)的X-Y正交微動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)6，對(duì)稱的正交微動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)6采用柔性鉸鏈的對(duì)稱平行四桿機(jī)構(gòu)，水平方向左側(cè)正交微動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)6安裝有第二壓電陶瓷7，垂直方向一側(cè)正交微動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)6安裝有第三壓電陶瓷8。
同軸調(diào)整模塊5用于保證整個(gè)傳感器安裝裝置的幾何中心與被測(cè)軸同軸，可在垂直和水平方向微調(diào)。為了解決安裝傾斜的問題，保證裝置的同軸度安裝，該裝置設(shè)有兩個(gè)截面來進(jìn)行微調(diào)。
本發(fā)明的工作原理為
首先進(jìn)行被測(cè)軸與測(cè)量裝置同軸的工作，先將傳感器安裝于調(diào)中間圓孔2，手動(dòng)調(diào)整，將傳感器的電壓讀數(shù)調(diào)整比較接近，視為初調(diào)；然后再通過同軸調(diào)整模塊5精調(diào)，保證測(cè)量裝置與標(biāo)準(zhǔn)主軸幾何中心同軸。如圖4所示，將0與0’重合，這是后續(xù)調(diào)心的基礎(chǔ)。如圖3所示，當(dāng)1位置受到第二壓電陶瓷7作用力時(shí)，(由材料力學(xué)可知桿受到拉力比受到壓力產(chǎn)生的變形更穩(wěn)定，所以采用杠桿原理將壓力轉(zhuǎn)換成更大的拉力)，2位置便受到更大的拉力作用于柔性鉸鏈，可是A位置的柔性鉸鏈在水平上具有高剛性，不產(chǎn)生變形，此力會(huì)作用在B和C位置的柔鉸機(jī)構(gòu)上，從而產(chǎn)生彎曲變形。B和C就組成了對(duì)稱的平行四桿機(jī)構(gòu)，可以使測(cè)量裝置軸線水平方向向左移動(dòng)，從而達(dá)到傳感器安裝裝置的水平微調(diào)。同理， 垂直方向的壓電作用，會(huì)實(shí)現(xiàn)測(cè)量裝置軸線在垂直方向上的微位移。這樣就實(shí)現(xiàn)了傳感器安裝位置在水平、垂直兩個(gè)方向上的微調(diào)整。通過測(cè)量裝置水平和垂直的調(diào)整，改變傳感器與主軸表面的距離，調(diào)整軸心到三個(gè)傳感器與主軸表面的距離一致的位置。此位置，就是三個(gè)傳感器探頭的外接圓圓心與被測(cè)主軸的最小二乘圓心重合的位置，即測(cè)量機(jī)構(gòu)的中心與主軸圓心重合。兩點(diǎn)決定一條直線，在測(cè)量裝置兩端，分別設(shè)計(jì)安裝有同軸調(diào)整模塊5，這就保障了可調(diào)機(jī)構(gòu)與被測(cè)主軸的同軸度，即解決了傳感器安裝傾斜問題。保障裝置與被測(cè)軸同軸是后續(xù)傳感器調(diào)心的基礎(chǔ)。
其次進(jìn)行自動(dòng)調(diào)心的工作傳感器自動(dòng)調(diào)心模塊的原理示意圖如圖5所示。如圖1所示，通電后，調(diào)整第一壓電陶瓷1的電壓驅(qū)動(dòng)，基于柔性鉸鏈的平行四桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行微位移，帶動(dòng)傳感器沿切向直線移動(dòng)，不斷的調(diào)整，讀取傳感器輸出的電壓值，擬合每個(gè)位置對(duì)應(yīng)的電壓變化曲線，從而找出傳感器探頭與標(biāo)準(zhǔn)主軸表面的最短距離；運(yùn)用相同的方法， 可以找到另外兩個(gè)傳感器探頭與主軸輪廓的最短距離，從而保證三支傳感器測(cè)量中心線交匯。
至此，基于傳感器自感知的自動(dòng)調(diào)心裝置功能達(dá)到主軸動(dòng)態(tài)回轉(zhuǎn)誤差測(cè)量的實(shí)驗(yàn)要求。
權(quán)利要求
1.一種基于傳感器自感知的主軸回轉(zhuǎn)誤差測(cè)量調(diào)心裝置，其特征在于，包括傳感器自動(dòng)對(duì)心模塊G)，傳感器自動(dòng)對(duì)心模塊的外表面上緊固連接有同軸調(diào)整模塊(5)，傳感器自動(dòng)對(duì)心模塊(4) 一端均勻布置三個(gè)傳感器位移調(diào)整模塊，每個(gè)傳感器位移調(diào)整模塊為基于柔性鉸鏈的對(duì)稱平行四桿機(jī)構(gòu)，兩平行四桿之間的中間圓孔( 為傳感器安裝位置， 中間圓孔O)的上下兩側(cè)為方框挖空區(qū)域，一側(cè)安裝第一壓電陶瓷(1)，另一側(cè)安裝復(fù)位彈簧⑶。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于傳感器自感知的主軸回轉(zhuǎn)誤差測(cè)量調(diào)心裝置，其特征在于，所述的同軸調(diào)整模塊(5)截面基于四個(gè)柔性鉸鏈設(shè)計(jì)的X-Y正交微動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu) (6)，對(duì)稱的正交微動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)(6)采用柔性鉸鏈的對(duì)稱平行四桿機(jī)構(gòu)，水平方向左側(cè)正交微動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)(6)安裝有第二壓電陶瓷(7)，垂直方向一側(cè)正交微動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)(6)安裝有第三壓電陶瓷(S)0
全文摘要
一種基于傳感器自感知的主軸回轉(zhuǎn)誤差測(cè)量調(diào)心裝置，包括傳感器自動(dòng)對(duì)心模塊，傳感器自動(dòng)對(duì)心模塊的外表面上緊固連接有同軸調(diào)整模塊，傳感器自動(dòng)對(duì)心模塊一端均勻布置三個(gè)傳感器位移調(diào)整模塊，每個(gè)傳感器位移調(diào)整模塊為基于柔性鉸鏈的對(duì)稱平行四桿機(jī)構(gòu)，兩平行四桿之間的中間圓孔為傳感器安裝位置，中間圓孔的上下兩側(cè)為方框挖空區(qū)域，一側(cè)安裝第一壓電陶瓷，另一側(cè)安裝復(fù)位彈簧，首先通過同軸調(diào)整模塊經(jīng)過水平與垂直方向的微調(diào)，將三個(gè)傳感器電壓讀數(shù)調(diào)整一致，實(shí)現(xiàn)等距測(cè)量，保證測(cè)量裝置與被測(cè)主軸同軸，找到傳感器探頭沿測(cè)量軸線與主軸表面的最短距離，使得傳感器所在軸線交匯于一點(diǎn)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，定位準(zhǔn)確，重復(fù)性好的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)B23Q17/00GK102513880SQ201110386138
公開日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2011年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月29日
發(fā)明者張四聰, 徐光華, 梁霖, 王菲, 羅愛玲 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)