專(zhuān)利名稱(chēng)：磁懸浮高速測(cè)量?jī)x校準(zhǔn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種磁懸浮高速測(cè)量?jī)x校準(zhǔn)裝置，應(yīng)用了磁懸浮技術(shù)，能夠復(fù)現(xiàn) 高速運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)位移、速度、加速度等動(dòng)態(tài)量值，可實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)動(dòng)測(cè)量分析儀的動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)。
技術(shù)背景 在軍工領(lǐng)域，對(duì)輕武器、小口徑火炮等武器裝備后坐運(yùn)動(dòng)、自動(dòng)機(jī)后坐運(yùn)動(dòng)參量的 測(cè)量，均使用高速運(yùn)動(dòng)測(cè)量?jī)x、激光測(cè)速儀、高速攝影儀等進(jìn)行測(cè)量后坐參量，如位移、速 度、加速度等。由于缺乏相應(yīng)的高速運(yùn)動(dòng)校準(zhǔn)裝置復(fù)現(xiàn)動(dòng)態(tài)量，多數(shù)測(cè)量設(shè)備長(zhǎng)期處于無(wú)法 校準(zhǔn)的狀態(tài)，目前僅限于振動(dòng)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)復(fù)現(xiàn)0. 5m/s以下的低速度和加速度參量，而動(dòng)態(tài)位 移、后座參量大多只能間接校準(zhǔn)，無(wú)法保證后坐參量量值的測(cè)量范圍和準(zhǔn)確溯源。目前，現(xiàn)有的測(cè)量機(jī)運(yùn)動(dòng)速度都較慢，一般運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的速度都遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于lm/s。最快 的高速加工機(jī)床，如美國(guó)Cincinnati公司生產(chǎn)的HyperMach 5軸加工中心，最大進(jìn)給速度 60 lOOm/min，即1 1. 66m/s。最新報(bào)道的一種用于微電子封裝的新型高速精密定位機(jī) 構(gòu)，由直線(xiàn)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)平行四邊形支鏈的并聯(lián)桿機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)定位平臺(tái)運(yùn)動(dòng)，其最大速度 只有0.8m/s。高速位移傳感器的選擇，也是一個(gè)需要考慮的問(wèn)題。位移測(cè)量常用的雙頻激 光干涉儀，由于受其工作原理限制，基于塞曼效應(yīng)分裂的頻差為3. 5MH ζ左右，當(dāng)測(cè)量速度 較高時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)頻率混疊現(xiàn)象而不能正常測(cè)量，所以一般測(cè)量速度小于lm/s。激光多普 勒測(cè)速儀也無(wú)法進(jìn)行高速測(cè)量，如丹麥0METR0N 8239型激光多普勒測(cè)速儀，最大測(cè)量速度 0. 425m/s，測(cè)量分辨率1mm。綜上所述，現(xiàn)有的高速運(yùn)動(dòng)測(cè)量裝置存在運(yùn)動(dòng)速度過(guò)慢或缺乏相應(yīng)的校準(zhǔn)裝置復(fù) 現(xiàn)動(dòng)態(tài)量，而使多數(shù)測(cè)量設(shè)備長(zhǎng)期處于無(wú)法校準(zhǔn)的狀態(tài)。所以，如何研制一種校準(zhǔn)裝置來(lái)對(duì) 高速運(yùn)動(dòng)測(cè)量?jī)x、激光測(cè)速儀、高速攝影儀等儀器進(jìn)行校準(zhǔn)，以降低其測(cè)量誤差，就成為本 領(lǐng)域技術(shù)人員的努力方向。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種 能夠方便準(zhǔn)確地對(duì)現(xiàn)有高速運(yùn)動(dòng)測(cè)量裝置進(jìn)行校準(zhǔn)測(cè)量的磁懸浮高速測(cè)量?jī)x校準(zhǔn)裝置。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型中采用了如下的技術(shù)方案—種磁懸浮高速測(cè)量?jī)x校準(zhǔn)裝置，其特點(diǎn)在于，包括一個(gè)上表面為光滑水平面的 工作臺(tái)，工作臺(tái)上表面兩側(cè)各設(shè)置有一個(gè)支承，兩支承之間水平設(shè)置有一永久磁鋼推力杠， 永久磁鋼推力杠上采用磁懸浮的方式匹配地套設(shè)有一個(gè)直線(xiàn)電機(jī)動(dòng)子，直線(xiàn)電機(jī)動(dòng)子下端 設(shè)置有氣浮軸承與工作臺(tái)上表面形成非接觸式支承；還包括一個(gè)鋼帶光柵測(cè)量系統(tǒng)，其中， 鋼帶光柵讀數(shù)頭向下安裝于直線(xiàn)電機(jī)動(dòng)子下端面?zhèn)冗吷?，鋼帶光柵順直線(xiàn)電機(jī)動(dòng)子運(yùn)動(dòng)方 向安裝于工作臺(tái)上表面且位置與鋼帶光柵讀數(shù)頭相對(duì)應(yīng)；還包括一個(gè)微機(jī)控制系統(tǒng)，該微 機(jī)控制系統(tǒng)分別與鋼帶光柵測(cè)量系統(tǒng)和直線(xiàn)電機(jī)動(dòng)子相連，可讀取鋼帶光柵測(cè)量系統(tǒng)的測(cè) 量結(jié)果并對(duì)直線(xiàn)電機(jī)動(dòng)子的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制。所述微機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)視為可采用現(xiàn)有技術(shù)得到并可用常規(guī)控制方法實(shí)現(xiàn)控制。
本實(shí)用新型使用時(shí)，先控制直線(xiàn)電機(jī)動(dòng)子做高速運(yùn)動(dòng)，同時(shí)用待校準(zhǔn)的高速運(yùn)動(dòng) 測(cè)量?jī)x對(duì)直線(xiàn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量，在直線(xiàn)電機(jī)動(dòng)子做高速運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，微機(jī)控制系統(tǒng) 同時(shí)控制鋼帶光柵測(cè)量系統(tǒng)對(duì)直線(xiàn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行精確測(cè)量，將待校準(zhǔn)的高速運(yùn)動(dòng)測(cè)量 儀的測(cè)量結(jié)果與微機(jī)控制系統(tǒng)的精確測(cè)量結(jié)果進(jìn)行比較，從而可判斷待校準(zhǔn)的高速運(yùn)動(dòng)測(cè) 量?jī)x的測(cè)量結(jié)果是否準(zhǔn)確，進(jìn)而可對(duì)其進(jìn)行校準(zhǔn)。作為進(jìn)一步改進(jìn)，所述工作臺(tái)上表面為天然花崗巖光滑平面，采用天然花崗巖制 得的表面可以較好地保證光滑度，進(jìn)而可保證直線(xiàn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)不受影響。作為又一種改進(jìn)，所述支承上部為固定軸套結(jié)構(gòu)的彈性?shī)A頭，該彈性?shī)A頭與永久 磁鋼推力杠套接為一體；所述支承上還設(shè)置有一限位開(kāi)關(guān)，所述直線(xiàn)電機(jī)動(dòng)子的兩端設(shè)置 有匹配的限位擋塊，其中限位開(kāi)關(guān)具有一個(gè)向上的弧形面，限位擋塊具有一個(gè)彈性斜面，并 使得當(dāng)直線(xiàn)電子動(dòng)子處于兩端極限位置時(shí)，所述弧形面能與所述彈性斜面直接接觸以產(chǎn)生 一個(gè)帶緩沖的阻擋作用。這樣，若系統(tǒng)故障發(fā)生失控時(shí)，限位裝置可使直線(xiàn)電機(jī)緊急剎車(chē)， 避免電機(jī)損壞。作為再一步改進(jìn)，所述氣浮軸承下表具有一個(gè)水平設(shè)置的氣墊面，該氣墊面上均 布有三個(gè)向下的節(jié)流小孔，氣墊面內(nèi)部具有一個(gè)與節(jié)流小孔相通的環(huán)形氣腔，所述氣浮軸 承上表具有一個(gè)與環(huán)形氣腔連通的氣管，氣管可通過(guò)軟管與供氣系統(tǒng)相連。同時(shí)所述氣浮 軸承可以設(shè)置為三個(gè)，呈三角形分布于直線(xiàn)電機(jī)下方。這樣設(shè)置后所述氣浮軸承具有受力 均勻的優(yōu)點(diǎn)，可以與花崗巖工作臺(tái)導(dǎo)向面形成大約有IOym的氣膜，令被支撐的直線(xiàn)電機(jī) 動(dòng)子成為氣浮狀態(tài)，使其能在花崗巖工作臺(tái)導(dǎo)向面上無(wú)摩擦地懸浮運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)時(shí)阻尼幾乎 為零，這樣就可大大提高直線(xiàn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)速度。同時(shí)設(shè)置三個(gè)氣浮軸承則能限制直線(xiàn)電機(jī) 繞永久磁鋼推力杠左右旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)，令直線(xiàn)電機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定。作為更進(jìn)一步的改進(jìn)，所述的直線(xiàn)電機(jī)動(dòng)子上方設(shè)置有一向上凸起的小物件，該 小物件上與兩端支承相對(duì)的任一側(cè)設(shè)置有一激光反射條。這樣可以將待檢測(cè)校準(zhǔn)的激光測(cè) 速儀放置于兩端支承中與激光反射條相對(duì)的一端，可方便對(duì)激光測(cè)速儀進(jìn)行檢測(cè)校準(zhǔn)。在本實(shí)用新型中，所述微機(jī)控制系統(tǒng)可以做如下優(yōu)化，使其具有一個(gè)與直線(xiàn)電機(jī) 相連的高速直線(xiàn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，用于驅(qū)動(dòng)直線(xiàn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)；還具有一個(gè)與鋼帶光柵測(cè)量系統(tǒng)和直 線(xiàn)電機(jī)相連的閉環(huán)控制系統(tǒng)，其具有位置環(huán)、速度環(huán)、電流環(huán)三環(huán)矢量控制能力，其中速度 環(huán)的輸出為電流環(huán)的給定信號(hào)，位置環(huán)的輸出為速度環(huán)的給定信號(hào)，用于實(shí)現(xiàn)直線(xiàn)電機(jī)的 實(shí)際位置測(cè)量和反饋控制；還具有一個(gè)與鋼帶光柵測(cè)量系統(tǒng)相連的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其 采用銣原子鐘作為標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)，用銣原子鐘的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘作為精密時(shí)間間隔發(fā)生器的輸入 時(shí)鐘信號(hào)，產(chǎn)生位移測(cè)量的精確同步采樣信號(hào)。相比于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型的磁懸浮高速測(cè)量?jī)x校準(zhǔn)裝置，能夠按照預(yù)先設(shè)定 的運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)實(shí)現(xiàn)電機(jī)的高速運(yùn)動(dòng)(最大速度8m/s)，而且速度、位移可控制，同時(shí)能在精確 的時(shí)間基準(zhǔn)下對(duì)高速運(yùn)動(dòng)的電機(jī)位移值進(jìn)行測(cè)量，由此計(jì)算出速度、加速度等參數(shù)，能夠準(zhǔn) 確的對(duì)現(xiàn)有高速運(yùn)動(dòng)測(cè)量裝置進(jìn)行校準(zhǔn)。同時(shí)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，能方便、有效地對(duì)高速運(yùn) 動(dòng)測(cè)量裝置進(jìn)行校準(zhǔn)測(cè)量。
圖1是本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖，本實(shí)用新型的微機(jī)控制系統(tǒng)由于是外接的控制設(shè) 備，故在本圖中省略。圖2是圖1的左視圖。圖3是圖1中本實(shí)用新型單獨(dú)直線(xiàn)電機(jī)與其左側(cè)的支承部分結(jié)構(gòu)放大后的結(jié)構(gòu)示 意圖。其中，1為限位開(kāi)關(guān)，2為彈性?shī)A頭，3為永久磁鋼推力杠，4為直線(xiàn)電機(jī)動(dòng)子，5為氣 浮軸承，6為CCD位移測(cè)量傳感器測(cè)量裝置，7為小物件，8為工作臺(tái)，9為接線(xiàn)盒，10為磁線(xiàn) 圈，11為限位擋塊，12為氣管，13為鋼帶光柵讀數(shù)頭，14為鋼帶光 柵，15為支承。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。如圖1至圖3所示，一種磁懸浮高速測(cè)量?jī)x校準(zhǔn)裝置，包括一個(gè)上表面為光滑水平 面的工作臺(tái)8，工作臺(tái)8上表面兩側(cè)各設(shè)置有一個(gè)支承15，兩支承15之間水平設(shè)置有一永 久磁鋼推力杠3，永久磁鋼推力杠3上采用磁懸浮的方式匹配地套設(shè)有一個(gè)直線(xiàn)電機(jī)動(dòng)子 4，直線(xiàn)電機(jī)動(dòng)子4下端設(shè)置有氣浮軸承5與工作臺(tái)8上表面形成非接觸式支承；還包括一 個(gè)鋼帶光柵測(cè)量系統(tǒng)，其中，鋼帶光柵讀數(shù)頭13向下安裝于直線(xiàn)電機(jī)動(dòng)子4下端面?zhèn)冗吷希?鋼帶光柵14順直線(xiàn)電機(jī)動(dòng)子4運(yùn)動(dòng)方向安裝于工作臺(tái)8上表面且位置與鋼帶光柵讀數(shù)頭 13相對(duì)應(yīng)；還包括一個(gè)微機(jī)控制系統(tǒng)，該微機(jī)控制系統(tǒng)分別與鋼帶光柵測(cè)量系統(tǒng)和直線(xiàn)電 機(jī)動(dòng)子相連，可讀取鋼帶光柵測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量結(jié)果并對(duì)直線(xiàn)電機(jī)動(dòng)子的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制。其具體實(shí)施時(shí)，工作臺(tái)8上半部采用天然花崗巖的工作臺(tái)表面，作為氣浮軸承5的 精密導(dǎo)向面，下半部為一般工作柜，底部安裝有四個(gè)滾輪。上半部底部有4個(gè)鑲嵌套(MlO) 與下半部連結(jié)為一體，上半部的表面中心線(xiàn)兩側(cè)均設(shè)置有兩層鑲嵌套，工作臺(tái)面左側(cè)4個(gè) 鑲嵌套(M8)與磁懸浮運(yùn)動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌左支承固定，工作臺(tái)面右側(cè)設(shè)置有3排鑲嵌套 (M8)，里邊1排4個(gè)鑲嵌套(M8)與磁懸浮運(yùn)動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌右支承固定，工作臺(tái)面右側(cè)外 邊兩排的4個(gè)鑲嵌套(M6)與激光CCD測(cè)量系統(tǒng)的支承固定。工作臺(tái)面中心線(xiàn)外側(cè)兩排各 6個(gè)鑲嵌套，作為電氣件安裝備用孔。如圖1所示，在工作臺(tái)表面的左右兩邊各固定一個(gè)導(dǎo)軌支承15，導(dǎo)軌支承15與工 作臺(tái)8表面的鑲嵌套(M8)固定，支承15上部為固定軸套結(jié)構(gòu)的彈性?shī)A頭2，彈性?shī)A頭2與 直線(xiàn)電機(jī)的導(dǎo)軌套接為一體；直線(xiàn)電機(jī)的導(dǎo)軌為圓形永久磁鋼推力桿3，直線(xiàn)電機(jī)動(dòng)子4中 間為圓孔形，內(nèi)部四周環(huán)繞著磁線(xiàn)圈10，動(dòng)子外部為一接線(xiàn)盒9，接線(xiàn)盒9內(nèi)部連接著直線(xiàn) 電機(jī)的控制線(xiàn)路。直線(xiàn)電機(jī)動(dòng)子4穿在永久磁鋼推力桿3上，在磁場(chǎng)磁力作用下，動(dòng)子4重 力被磁力平衡，動(dòng)子4與永久磁鋼推力桿3之間存在微小間隙，運(yùn)動(dòng)時(shí)始終處于磁懸浮狀 態(tài)，確保在高速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下阻尼為零。所述支承15上還設(shè)置有一限位開(kāi)關(guān)1，所述直線(xiàn)電機(jī) 動(dòng)子4的兩端設(shè)置有匹配的限位擋塊11，其中限位開(kāi)關(guān)1具有一個(gè)向上的弧形面，限位擋塊 U具有一個(gè)彈性斜面，并使得當(dāng)直線(xiàn)電子動(dòng)子4處于兩端極限位置時(shí)，所述弧形面能與所述 彈性斜面直接接觸以產(chǎn)生一個(gè)帶緩沖的阻擋作用。這樣可使電機(jī)緊急剎車(chē)，避免電機(jī)損壞。直線(xiàn)電機(jī)動(dòng)子4下表均布地裝有三個(gè)相同的氣浮軸承5，氣浮軸承5下表具有一個(gè) 水平設(shè)置的氣墊面，該氣墊面上均布有三個(gè)向下的節(jié)流小孔，氣墊面內(nèi)部具有一個(gè)與節(jié)流小孔相通的環(huán)形氣腔，所述氣浮軸承上表具有一個(gè)與環(huán)形氣腔連通的氣管12，氣管12可通 過(guò)軟管與供氣系統(tǒng)相連。采用軟管可不影響直線(xiàn)電機(jī)動(dòng)子4的運(yùn)動(dòng)。節(jié)流小孔噴嘴采用人 造紅寶石制造，節(jié)流小孔直徑0. 2mm?？闪顨飧≥S承5下表與花崗巖工作臺(tái)8上表面形成大 約有10 μ m的氣膜，令被支撐的直線(xiàn)電機(jī)動(dòng)子4成為氣浮狀態(tài)，使其能在花崗巖工作臺(tái)導(dǎo)向 面上無(wú)摩擦地懸浮運(yùn)動(dòng)，同時(shí)設(shè)置三個(gè)氣浮軸承5則能限制直線(xiàn)電機(jī)動(dòng)子4繞永久磁鋼推 力杠3左右旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)，令直線(xiàn)電機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定。具體實(shí)施時(shí)，直線(xiàn)電機(jī)選用Copley TBX2504型直線(xiàn)電機(jī)，最高速度可達(dá)14m/s，峰 值加速度可達(dá)589m/s2，可以滿(mǎn)足本項(xiàng)目的技術(shù)指標(biāo)要求。為獲得高的運(yùn)動(dòng)速度，選用無(wú)接 頭無(wú)芯的設(shè)計(jì)，為簡(jiǎn)化機(jī)械的整合度，負(fù)載直接安裝在動(dòng)子上。直線(xiàn)電機(jī)采用磁懸浮方式直 接進(jìn)行直線(xiàn)驅(qū)動(dòng)，取消了從電機(jī)到直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)之間的所有中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)，把傳動(dòng)鏈的 長(zhǎng)度縮短為零，具有無(wú)中間轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，無(wú)機(jī)械磨損、高增益、高加速度、運(yùn)動(dòng)速度快、響應(yīng)快、 控制性能好、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、系統(tǒng)噪聲小、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。具體實(shí)施時(shí)，測(cè)量系統(tǒng)為鋼帶光柵的測(cè)量系統(tǒng)，鋼帶光柵的讀數(shù)頭13安裝在直線(xiàn) 電機(jī)的動(dòng)子4上，直線(xiàn)電機(jī)動(dòng)子4移動(dòng)時(shí)，動(dòng)子上安裝的鋼帶光柵讀數(shù)頭13隨著同步移動(dòng)， 形成移動(dòng)軌跡，在工作臺(tái)臺(tái)面對(duì)應(yīng)的鋼帶光柵讀數(shù)頭13的移動(dòng)軌跡上貼著一條鋼帶光柵 14，通過(guò)對(duì)鋼帶光柵14的反射信號(hào)進(jìn)行測(cè)量采集處理，可準(zhǔn)確測(cè)量動(dòng)子4移動(dòng)的動(dòng)態(tài)位移、 速度、加速度等參量動(dòng)態(tài)量值。在動(dòng)子4上部設(shè)置有一安裝平臺(tái)，可安裝一小物體7，可貼反 射光靶或激光反射條，在工作臺(tái)面右端安裝有激光CCD位移傳感器測(cè)量裝置，激光正對(duì)準(zhǔn) 動(dòng)子上部安裝的小物體7，可測(cè)量該物體7的移動(dòng)的動(dòng)態(tài)位移、速度、加速度等參量動(dòng)態(tài)量 值。所述微機(jī)控制系統(tǒng)中，具有一個(gè)與直線(xiàn)電機(jī)相連的高速直線(xiàn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，用于驅(qū)動(dòng) 直線(xiàn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)；還具有一個(gè)與鋼帶光柵測(cè)量系統(tǒng)和直線(xiàn)電機(jī)相連的閉環(huán)控制系統(tǒng)，其具有 位置環(huán)、速度環(huán)、電流環(huán)三環(huán)矢量控制能力，其中速度環(huán)的輸出為電流環(huán)的給定信號(hào)，位置 環(huán)的輸出為速度環(huán)的給定信號(hào)，用于實(shí)現(xiàn)直線(xiàn)電機(jī)的實(shí)際位置測(cè)量和反饋控制；還具有一 個(gè)與鋼帶光柵測(cè)量系統(tǒng)相連的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其采用銣原子鐘作為標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)，用 銣原子鐘的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘作為精密時(shí)間間隔發(fā)生器的輸入時(shí)鐘信號(hào)，產(chǎn)生位移測(cè)量的精確同步 采樣信號(hào)。當(dāng)然具體實(shí)施時(shí)，所述微機(jī)控制系統(tǒng)也可以是采用控制領(lǐng)域技術(shù)人員公知的其 他普通控制線(xiàn)路結(jié)構(gòu)，只需其具備可讀取鋼帶光柵測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量結(jié)果并可對(duì)直線(xiàn)電機(jī)動(dòng) 子的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制的功能即可。具體實(shí)施時(shí)，所述的閉環(huán)控制系統(tǒng)采用PCI總線(xiàn)的可編程多軸控制器 PMAC (Programmable Multi-Axis Controller)，控制器采用 Motorola 的 DSP 56002 系列數(shù) 字信號(hào)處理器，具有位置環(huán)、速度環(huán)、電流環(huán)三環(huán)矢量控制能力，即對(duì)位置環(huán)、速度環(huán)和電流 環(huán)分別進(jìn)行控制，其中速度環(huán)的輸出為電流環(huán)的給定信號(hào)，位置環(huán)的輸出為速度環(huán)的給定 信號(hào)。計(jì)算機(jī)軟件通過(guò)設(shè)定運(yùn)動(dòng)參量參數(shù)，如給定位移、速度、加速度等運(yùn)動(dòng)函數(shù)，通過(guò)軟件 自動(dòng)計(jì)算并轉(zhuǎn)換成直線(xiàn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)的參數(shù)，控制直線(xiàn)電機(jī)產(chǎn)生所需的各種運(yùn)動(dòng)，通常有標(biāo)準(zhǔn) 的正弦波運(yùn)動(dòng)、三角波運(yùn)動(dòng)等。閉環(huán)控制系統(tǒng)的位置測(cè)量及反饋部件選用英國(guó)RENISHAW公 司的柵距為20 μ m的鋼帶光柵傳感器，通過(guò)PMAC卡內(nèi)的4倍頻電路，脈沖當(dāng)量為5 μ m，用于 實(shí)現(xiàn)直線(xiàn)電機(jī)的實(shí)際位置測(cè)量和反饋控制，構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)。所述的銣原子鐘以及精密時(shí)間間隔發(fā)生器同步控制的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，采用銣原子鐘作為標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)。用銣原子鐘的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘作為精密時(shí)間間隔發(fā)生器的輸入時(shí)鐘信 號(hào)，產(chǎn)生位移測(cè)量的精確同步采樣信號(hào)，可獲得比采用計(jì)算機(jī)時(shí)鐘準(zhǔn)確得多的時(shí)間量，可減 少速度、加速度的測(cè)量誤差。設(shè)計(jì)了以FPGA(Filed Programmable Gate Array)為核心的 高速位移測(cè)量數(shù)據(jù)采集及同步控制系統(tǒng)，采用上下位機(jī)的數(shù)據(jù)采集和傳輸方式。位移測(cè)量 數(shù)據(jù)采集由采用銣原子鐘作為時(shí)鐘的精密時(shí)間間隔發(fā)生器發(fā)出的脈沖控制，由FPGA控制 器以及SRAM存儲(chǔ)器組成的下位機(jī)進(jìn)行高速數(shù)據(jù)采集。數(shù)據(jù)采集完成后再由USB接口傳給 PC機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和顯示。避免Windows系統(tǒng)的多任務(wù)性能造成采樣時(shí)間的不確定性，而 帶來(lái)的位移測(cè)量誤差。FPGA硬件控制數(shù)據(jù)讀取和儲(chǔ)存，不需要軟件干預(yù)，所以可以達(dá)到很高的數(shù)據(jù)采集速率，采樣速率最高可達(dá)到0. 01ms，可滿(mǎn)足高速運(yùn)動(dòng)時(shí)的實(shí)時(shí)測(cè)量。下面采用兩個(gè)具體的校準(zhǔn)實(shí)例對(duì)本實(shí)用新型的功能和作用做進(jìn)一步說(shuō)明。對(duì)高速攝影儀、PSD激光測(cè)速儀等測(cè)量設(shè)備校準(zhǔn)的具體過(guò)程事例如下校準(zhǔn)事例1、高速攝影儀的校準(zhǔn)將高速攝影儀正對(duì)磁懸浮高速運(yùn)動(dòng)測(cè)量機(jī)Im處， 高度與磁懸浮運(yùn)動(dòng)裝置相同，確定圖像焦距，用金屬刻線(xiàn)尺先將高速攝影儀在該焦距下的 圖像像距校準(zhǔn)，計(jì)算機(jī)軟件設(shè)定磁懸浮運(yùn)動(dòng)測(cè)量機(jī)運(yùn)動(dòng)為正弦位移運(yùn)動(dòng)類(lèi)型，設(shè)定運(yùn)動(dòng)時(shí) 間、快慢次數(shù)、最大位移、速度等參數(shù)，啟動(dòng)運(yùn)動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)，高速攝影儀將磁懸浮高速運(yùn)動(dòng)裝 置的運(yùn)動(dòng)圖像攝下，通過(guò)高速攝影儀的圖像測(cè)量軟件，測(cè)出動(dòng)態(tài)位移、速度、加速度曲線(xiàn)；同 時(shí)磁懸浮高速運(yùn)動(dòng)測(cè)量機(jī)的鋼帶光柵測(cè)量系統(tǒng)將實(shí)時(shí)的位移運(yùn)動(dòng)測(cè)量曲線(xiàn)紀(jì)錄下來(lái)，兩者 進(jìn)行比較，可得到相應(yīng)時(shí)間點(diǎn)的動(dòng)態(tài)位移、速度、加速度曲線(xiàn)誤差，有效地解決了高速攝影 儀的校準(zhǔn)問(wèn)題。校準(zhǔn)事例2、PSD激光測(cè)速儀的校準(zhǔn)將PSD激光測(cè)速儀正對(duì)磁懸浮高速運(yùn)動(dòng)測(cè)量 機(jī)Im處，高度與磁懸浮運(yùn)動(dòng)裝置相同。將激光反射條貼在磁懸浮高速運(yùn)動(dòng)裝置上部安裝的 小物體上，調(diào)整PSD激光測(cè)速儀激光點(diǎn)位置在小物體反射條中間。計(jì)算機(jī)軟件設(shè)定磁懸浮 運(yùn)動(dòng)測(cè)量機(jī)運(yùn)動(dòng)為正弦位移運(yùn)動(dòng)類(lèi)型，設(shè)定運(yùn)動(dòng)時(shí)間、快慢次數(shù)、最大位移、速度等參數(shù)，啟 動(dòng)運(yùn)動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)，PSD激光測(cè)速儀將磁懸浮高速運(yùn)動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)過(guò)程記錄下，通過(guò)PSD激光 測(cè)速儀的測(cè)量軟件，測(cè)出動(dòng)態(tài)位移、速度、加速度曲線(xiàn)；同時(shí)磁懸浮高速運(yùn)動(dòng)測(cè)量機(jī)的鋼帶 光柵測(cè)量系統(tǒng)將實(shí)時(shí)的位移運(yùn)動(dòng)測(cè)量曲線(xiàn)紀(jì)錄下來(lái)，兩者進(jìn)行比較，可得到相應(yīng)時(shí)間點(diǎn)的 動(dòng)態(tài)位移、速度、加速度曲線(xiàn)誤差，有效地解決了高速攝影儀的校準(zhǔn)問(wèn)題。
權(quán)利要求一種磁懸浮高速測(cè)量?jī)x校準(zhǔn)裝置，其特征在于，包括一個(gè)上表面為光滑水平面的工作臺(tái)，工作臺(tái)上表面兩側(cè)各設(shè)置有一個(gè)支承，兩支承之間水平設(shè)置有一永久磁鋼推力杠，永久磁鋼推力杠上采用磁懸浮的方式匹配地套設(shè)有一個(gè)直線(xiàn)電機(jī)動(dòng)子，直線(xiàn)電機(jī)動(dòng)子下端設(shè)置有氣浮軸承與工作臺(tái)上表面形成非接觸式支承；還包括一個(gè)鋼帶光柵測(cè)量系統(tǒng)，其中，鋼帶光柵讀數(shù)頭向下安裝于直線(xiàn)電機(jī)動(dòng)子下端面?zhèn)冗吷?，鋼帶光柵順直線(xiàn)電機(jī)動(dòng)子運(yùn)動(dòng)方向安裝于工作臺(tái)上表面且位置與鋼帶光柵讀數(shù)頭相對(duì)應(yīng)；還包括一個(gè)微機(jī)控制系統(tǒng)，該微機(jī)控制系統(tǒng)分別與鋼帶光柵測(cè)量系統(tǒng)和直線(xiàn)電機(jī)動(dòng)子相連，可讀取鋼帶光柵測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量結(jié)果并對(duì)直線(xiàn)電機(jī)動(dòng)子的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制。
2.如權(quán)利要求1所述的磁懸浮高速測(cè)量?jī)x校準(zhǔn)裝置，其特征在于所述工作臺(tái)上表面為 天然花崗巖光滑平面。
3.如權(quán)利要求1所述的磁懸浮高速測(cè)量?jī)x校準(zhǔn)裝置，其特征在于所述支承上部為固定 軸套結(jié)構(gòu)的彈性?shī)A頭，該彈性?shī)A頭與永久磁鋼推力杠套接為一體；所述支承上還設(shè)置有一 限位開(kāi)關(guān)，所述直線(xiàn)電機(jī)動(dòng)子的兩端設(shè)置有匹配的限位擋塊，其中限位開(kāi)關(guān)具有一個(gè)向上 的弧形面，限位擋塊具有一個(gè)彈性斜面，并使得當(dāng)直線(xiàn)電子動(dòng)子處于兩端極限位置時(shí)，所述 弧形面能與所述彈性斜面直接接觸以產(chǎn)生一個(gè)緩沖阻擋作用。
4.如權(quán)利要求1所述的磁懸浮高速測(cè)量?jī)x校準(zhǔn)裝置，其特征在于所述氣浮軸承下表具 有一個(gè)水平設(shè)置的氣墊面，該氣墊面上均布有三個(gè)向下的節(jié)流小孔，氣墊面內(nèi)部具有一個(gè) 與節(jié)流小孔相通的環(huán)形氣腔，所述氣浮軸承上表具有一個(gè)與環(huán)形氣腔連通的氣管，氣管可 通過(guò)軟管與供氣系統(tǒng)相連；同時(shí)所述氣浮軸承可以是設(shè)置為呈三角形分布的三個(gè)。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的磁懸浮高速測(cè)量?jī)x校準(zhǔn)裝置，其特征在于所述的 直線(xiàn)電機(jī)動(dòng)子上方設(shè)置有一向上凸起的小物件，該小物件上與兩端支承相對(duì)的任一側(cè)設(shè)置 有一激光反射條。
6.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的磁懸浮高速測(cè)量?jī)x校準(zhǔn)裝置，其特征在于所述微 機(jī)控制系統(tǒng)中，具有一個(gè)與直線(xiàn)電機(jī)相連的高速直線(xiàn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，用于驅(qū)動(dòng)直線(xiàn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)；還 具有一個(gè)與鋼帶光柵測(cè)量系統(tǒng)和直線(xiàn)電機(jī)相連的閉環(huán)控制系統(tǒng)，其具有位置環(huán)、速度環(huán)、電 流環(huán)三環(huán)矢量控制能力，其中速度環(huán)的輸出為電流環(huán)的給定信號(hào)，位置環(huán)的輸出為速度環(huán) 的給定信號(hào)，用于實(shí)現(xiàn)直線(xiàn)電機(jī)的實(shí)際位置測(cè)量和反饋控制；還具有一個(gè)與鋼帶光柵測(cè)量 系統(tǒng)相連的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其采用銣原子鐘作為標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)，用銣原子鐘的標(biāo)準(zhǔn)時(shí) 鐘作為精密時(shí)間間隔發(fā)生器的輸入時(shí)鐘信號(hào)，產(chǎn)生位移測(cè)量的精確同步采樣信號(hào)。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種能夠方便準(zhǔn)確地對(duì)現(xiàn)有高速運(yùn)動(dòng)測(cè)量裝置進(jìn)行校準(zhǔn)測(cè)量的磁懸浮高速測(cè)量?jī)x校準(zhǔn)裝置，包括一個(gè)上表面為光滑水平面的工作臺(tái)，其上表面兩側(cè)各設(shè)有一支承，兩支承之間水平設(shè)置有一永久磁鋼推力杠，永久磁鋼推力杠上套設(shè)有直線(xiàn)電機(jī)動(dòng)子，直線(xiàn)電機(jī)動(dòng)子下端設(shè)置有氣浮軸承與工作臺(tái)上表面形成非接觸式支承；還包括一個(gè)鋼帶光柵測(cè)量系統(tǒng)，其中，鋼帶光柵讀數(shù)頭安裝于直線(xiàn)電機(jī)動(dòng)子下端面，鋼帶光柵安裝于工作臺(tái)上表面且位置與鋼帶光柵讀數(shù)頭相對(duì)應(yīng)；還包括一個(gè)微機(jī)控制系統(tǒng)，該微機(jī)控制系統(tǒng)分別與鋼帶光柵測(cè)量系統(tǒng)和直線(xiàn)電機(jī)動(dòng)子相連，可讀取鋼帶光柵測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量結(jié)果并對(duì)直線(xiàn)電機(jī)動(dòng)子的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制。
文檔編號(hào)G01P21/00GK201611350SQ20092029386
公開(kāi)日2010年10月20日 申請(qǐng)日期2009年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月18日
發(fā)明者曹久大, 趙曉明, 陳驥 申請(qǐng)人:重慶建設(shè)工業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司;重慶大學(xué)