專利名稱：凸輪輪廓檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于直驅(qū)式電機(jī)的凸輪輪廓檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)方法。
背景技術(shù)：
凸輪機(jī)構(gòu)廣泛應(yīng)用于各種自動(dòng)化機(jī)械、精密儀器、自動(dòng)化控制系統(tǒng)等。要做到高精度、高效率地檢測(cè)凸輪，并正確處理、評(píng)定它的各項(xiàng)誤差，及時(shí)快速地反饋凸輪的質(zhì)量信息，傳統(tǒng)的光學(xué)機(jī)械量?jī)x以及人工數(shù)據(jù)處理的方法，已不能適應(yīng)凸輪廣泛采用的自動(dòng)線生產(chǎn)的 需要了。隨著汽車工業(yè)、工程機(jī)械等的高速發(fā)展和制造技術(shù)的不斷提高，對(duì)如何提高凸輪加工精度的檢測(cè)精度和效率，是本領(lǐng)域要解決的技術(shù)難題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、檢測(cè)精度和效率較高的凸輪輪廓檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)方法。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種凸輪輪廓檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)方法，其中，所述凸輪輪廓檢測(cè)系統(tǒng)包括直驅(qū)式電機(jī)、同軸固定設(shè)于直驅(qū)式電機(jī)的轉(zhuǎn)子上的用于帶動(dòng)凸輪同步同軸旋轉(zhuǎn)的心軸、水平設(shè)于凸輪一側(cè)的絲杠螺母副、設(shè)于該絲杠螺母副的活動(dòng)螺母上的激光測(cè)量頭、用于測(cè)量所述活動(dòng)螺母的水平位移量的光柵尺位移傳感器、設(shè)于直驅(qū)式電機(jī)的固定座中的用于檢測(cè)所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度的圓光柵、以及工控機(jī)；所述工控機(jī)控制所述直驅(qū)式電機(jī)和絲杠螺母副動(dòng)作，并根據(jù)所述激光測(cè)量頭、光柵尺位移傳感器和圓光柵測(cè)得的數(shù)據(jù)得出凸輪的外輪廓數(shù)據(jù)。具體地，所述絲杠螺母副的絲桿與一步進(jìn)電機(jī)傳動(dòng)相連；工控機(jī)包括用于實(shí)時(shí)控制所述直驅(qū)式電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)控制卡，與所述激光測(cè)量頭相連的用于實(shí)時(shí)檢測(cè)激光測(cè)量頭與凸輪的外輪廓的間距的激光位移傳感器采集卡，與所述光柵尺位移傳感器和圓光柵相連的編碼器計(jì)數(shù)卡，以及通過(guò)系統(tǒng)總線與所述運(yùn)動(dòng)控制卡、激光位移傳感器采集卡和編碼器計(jì)數(shù)卡相連的CPU單元；所述運(yùn)動(dòng)控制卡通過(guò)一伺服驅(qū)動(dòng)器控制所述直驅(qū)式電機(jī)動(dòng)作；運(yùn)動(dòng)控制卡同時(shí)通過(guò)一步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制步進(jìn)電機(jī)動(dòng)作。在所述凸輪的旋轉(zhuǎn)角度為Θ i時(shí)，測(cè)得的凸輪的外輪廓與激光測(cè)量頭的間距即第一間距測(cè)量值為U ;同時(shí)，光柵尺位移傳感器測(cè)量得的所述活動(dòng)螺母在水平方向與光柵尺位移傳感器的硬零位的間距即第二間距測(cè)量值為‘，i=l，2，3…n ;i為凸輪旋轉(zhuǎn)一周的過(guò)程中同時(shí)檢測(cè)所述第一、第二間距測(cè)量值的次數(shù)，O。彡Θ ^360°。所述基于直驅(qū)式電機(jī)的凸輪輪廓檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)方法包括A)、將激光測(cè)量頭與心軸的外圓的間距即第一間距/p.控制在激光測(cè)量頭的量程內(nèi)，然后檢測(cè)并記錄所述第一間距同時(shí)檢測(cè)并記錄所述活動(dòng)螺母在水平方向與所述硬零位I的間距即第二間距(VO ;(由于所述心軸的加工和安裝精度容易保障，因此只需要檢測(cè)所述第一間距/ 。)
B)、若已知凸輪的外輪廓數(shù)據(jù)/ = ρ{Θ),則在開始控制凸輪旋轉(zhuǎn)一周的同時(shí)，控制激光測(cè)量頭相對(duì)凸輪的外輪廓按照/ = / {>) + /卩的軌跡運(yùn)動(dòng)；同時(shí)，控制所述第一間距測(cè)量值&始終處于激光測(cè)量頭的量程內(nèi)，并獲取與凸輪的旋轉(zhuǎn)角度Θ i相對(duì)應(yīng)的所述第一、第二間距測(cè)量值& ;
C)、由心軸直徑Φ(1和所述，計(jì)算出凸輪的極徑測(cè)量值
Pi = (/rc — lTi) - ( Imz - Isii j ；· mt\
D)、將所述極徑測(cè)量值與所述外輪廓數(shù)據(jù)p= M的相比較，得出凸輪的外輪廓加工誤差。本發(fā)明具有積極的效果(I)本發(fā)明的基于直驅(qū)式電機(jī)的凸輪輪廓檢測(cè)系統(tǒng)采用非接觸測(cè)量方法，激光測(cè)量頭運(yùn)動(dòng)由絲杠螺母副直接驅(qū)動(dòng)，絲杠螺母副通過(guò)予緊可消除間隙，絲杠負(fù)載小，所以動(dòng)態(tài)剛度高、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能好。測(cè)量過(guò)程中測(cè)量頭無(wú)機(jī)械磨損，與其它接觸式測(cè)量，速度快、精度高、精度保持性好。選用量程范圍小(量程起點(diǎn) 量程終點(diǎn))的激光測(cè)量頭，在其線性度不變的條件下，測(cè)量誤差小。激光測(cè)量頭水平方向運(yùn)動(dòng)距離由光柵尺位移傳感器完成，在凸輪的極徑變化大的情況下，仍可獲得高的測(cè)量精度、更高性價(jià)比；(2)為了保證激光測(cè)量頭始終在量程范圍內(nèi)測(cè)量，即保證測(cè)量頭與凸輪輪廓距離在量程起點(diǎn)和量程終點(diǎn)之間，本發(fā)明采用數(shù)控插補(bǔ)方法，使凸輪旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與激光測(cè)量頭水平方向直線運(yùn)動(dòng)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)。凸輪旋轉(zhuǎn)角度由設(shè)于直驅(qū)式電機(jī)中的圓光柵檢測(cè)，心軸在圓周方向零點(diǎn)由圓光柵零位脈沖信號(hào)確定。(3)心軸直接與電機(jī)轉(zhuǎn)子連接，消除了減速器、齒輪、皮帶等傳統(tǒng)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)中的傳動(dòng)誤差、機(jī)械滯后、反向間隙，伺服剛性高、快速響應(yīng)性能好。(4)圓光柵輸出正、余弦信號(hào)和零位信號(hào)，零位信號(hào)為電機(jī)轉(zhuǎn)子在圓周方向提供可重復(fù)的起始位置。圓光柵正、余弦弦信號(hào)經(jīng)過(guò)細(xì)分并轉(zhuǎn)換成方波信號(hào)，用于伺服驅(qū)動(dòng)器位置閉環(huán)控制；該方波信號(hào)同時(shí)接入編碼器計(jì)數(shù)卡，工控機(jī)可得到凸輪實(shí)際轉(zhuǎn)角。


圖I為本發(fā)明的基于直驅(qū)式電機(jī)的凸輪輪廓檢測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意 圖2為圖I中的基于直驅(qū)式電機(jī)的凸輪輪廓檢測(cè)系統(tǒng)的未安裝凸輪時(shí)的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式(實(shí)施例I)
見圖1-2，本實(shí)施例的基于直驅(qū)式電機(jī)的凸輪輪廓檢測(cè)系統(tǒng)包括用于帶動(dòng)凸輪10繞垂向的心軸5水平同軸旋轉(zhuǎn)的直驅(qū)式電機(jī)I、水平設(shè)于直驅(qū)式電機(jī)I 一側(cè)的絲杠螺母副3、設(shè)于該絲杠螺母副3的活動(dòng)螺母3-1上且于凸輪10 —側(cè)的激光測(cè)量頭2、用于測(cè)量所述活動(dòng)螺母3-1的水平位移量的光柵尺位移傳感器4、設(shè)于直驅(qū)式電機(jī)I的固定座1-1中的用于檢測(cè)凸輪10的旋轉(zhuǎn)角度的圓光柵、以及工控機(jī)；所述工控機(jī)控制所述直驅(qū)式電機(jī)I和絲杠螺母副3動(dòng)作，并根據(jù)所述激光測(cè)量頭2、光柵尺位移傳感器4和圓光柵測(cè)得的數(shù)據(jù)得出凸輪10的外輪廓數(shù)據(jù)。所述運(yùn)動(dòng)控制卡通過(guò)一伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制所述直驅(qū)式電機(jī)I的動(dòng)作；運(yùn)動(dòng)控制卡同時(shí)通過(guò)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制步進(jìn)電機(jī)7動(dòng)作。作為最優(yōu)的實(shí)施方式，絲杠螺母副3的絲桿3-2的中心線、以及激光測(cè)量頭2輸出的激光與所述心軸5的軸線垂直相交。所述工控機(jī)包括用于實(shí)時(shí)控制所述直驅(qū)式電機(jī)I和絲杠螺母副3動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)控制卡，與所述激光測(cè)量頭2相連的用于實(shí)時(shí)檢測(cè)激光測(cè)量頭2與凸輪10的外輪廓的間距的激光位移傳感器采集卡，與所述光柵尺位移傳感器4和圓光柵相連的編碼器計(jì)數(shù)卡，通過(guò)系統(tǒng)總線與所述運(yùn)動(dòng)控制卡、激光位移傳感器采集卡和編碼器計(jì)數(shù)卡相連的CPU單元，以 及經(jīng)顯卡與所述系統(tǒng)總線相連的用于顯示和對(duì)比凸輪10的外輪廓數(shù)據(jù)的IXD。在所述凸輪10的旋轉(zhuǎn)角度為Θ i時(shí)，測(cè)得的凸輪10的外輪廓與激光測(cè)量頭2的間距即第一間距測(cè)量值為;同時(shí)，光柵尺位移傳感器4測(cè)量得的所述活動(dòng)螺母3-1在水平方向與光柵尺位移傳感器4的硬零位&的間距即第二間距測(cè)量值為& , i=l，2，3…n ；i為
凸輪10旋轉(zhuǎn)一周的過(guò)程中同時(shí)檢測(cè)所述第一、第二間距測(cè)量值的次數(shù)，η可根據(jù)凸
輪測(cè)量角度間隔大小確定，例如180、360、720等，η越大，測(cè)得的凸輪10的外輪廓數(shù)據(jù)越精確；0。( Θ ^360°，θ +1_θ =θ 廠 Θ H。為提高對(duì)凸輪加工精度要求較高部位(如凸輪的凸起部的外輪廓數(shù)據(jù))的檢測(cè)精度，同時(shí)盡量確保檢測(cè)效率，可設(shè)置在檢測(cè)該部位時(shí)，降低ei+1和θ 差值。若已知凸輪10的外輪廓數(shù)據(jù)廣=ρ{θ),則所述檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)方法包括
Α、將激光測(cè)量頭2與心軸5的外圓的間距即第一間距控制在激光測(cè)量頭2的量程內(nèi)(最佳的實(shí)施方式為第一間距&控制在激光測(cè)量頭2的量程中點(diǎn)附近，因?yàn)樵诹砍讨悬c(diǎn)附近的測(cè)量精確度最高)，然后檢測(cè)并記錄所述第一間距同時(shí)檢測(cè)并記錄所述活動(dòng)螺母3-1在水平方向與所述硬零位的間距即第二間距；
B、將凸輪10無(wú)間隙配合于所述心軸5上，在開始控制凸輪10旋轉(zhuǎn)一周的同時(shí)，控制激光測(cè)量頭2相對(duì)凸輪10的外輪廓按照P = ρ β) + .的軌跡運(yùn)動(dòng)；同時(shí)，控制所述第一間
距測(cè)量值&始終處于激光測(cè)量頭2的量程內(nèi)(最佳的實(shí)施方式為第一間距/κ.控制在激光測(cè)量頭2的量程中點(diǎn)附近，因?yàn)樵诹砍讨悬c(diǎn)附近的測(cè)量精確度最高；)，并獲取與凸輪10的旋轉(zhuǎn)角度Qi相對(duì)應(yīng)的所述第一、第二間距測(cè)量值& ;
(、由心軸直徑0(1和所述&、&5)、&、/^，計(jì)算出凸輪10的極徑測(cè)量值巧(4)
Pi Ιβ j =;穸+ (iTC — lTi) ‘ ( Imz - l3!i)；
mt\D、將所述極徑測(cè)量值Α )與所述外輪廓數(shù)據(jù)p = M沒(méi).)相比較，得出凸輪10的外輪廓加工誤差。若未知凸輪10的外輪廓數(shù)據(jù)P = ρ{θ ),則所述檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)方法包括
a、將激光測(cè)量頭2與心軸5的外圓的間距即第一間距&控制在激光測(cè)量頭2的量程內(nèi)，然后檢測(cè)并記錄所述第一間距同時(shí)檢測(cè)并記錄所述活動(dòng)螺母3-1在水平方向與所述硬零位(的間距即第二間距；
b、將凸輪10無(wú)間隙配合于所述心軸5上，在開始控制凸輪10旋轉(zhuǎn)一周的同時(shí)，控制絲杠螺母副3的活動(dòng)螺母3-1根據(jù)激光測(cè)量頭2測(cè)得的所述第一間距測(cè)量值為&的大小做靠近或遠(yuǎn)離凸輪10的直線位移，以控制所述第一間距測(cè)量值&始終處于激光測(cè)量頭2的量程內(nèi)，并獲取與凸輪10的旋轉(zhuǎn)角度Qi相對(duì)應(yīng)的所述第一、第二間距測(cè)量值^;
C、由心軸直徑Φ d和所述UJm、In、^，計(jì)算出凸輪10的外輪廓數(shù)據(jù)，也即極徑測(cè)
量值A(chǔ) (巧)
權(quán)利要求
1.一種凸輪輪廓檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)方法，其特征在于 所述的凸輪輪廓檢測(cè)系統(tǒng)包括直驅(qū)式電機(jī)(I)、同軸固定設(shè)于直驅(qū)式電機(jī)(I)的轉(zhuǎn)子(1-2)上的用于帶動(dòng)凸輪(10)同步同軸旋轉(zhuǎn)的心軸(5)、水平設(shè)于凸輪(10)—側(cè)的絲杠螺母副(3)、設(shè)于該絲杠螺母副(3)的活動(dòng)螺母(3-1)上的激光測(cè)量頭(2)、用于測(cè)量所述活動(dòng)螺母(3-1)的水平位移量的光柵尺位移傳感器(4)、設(shè)于直驅(qū)式電機(jī)(I)的固定座(1-1)中的用于檢測(cè)所述轉(zhuǎn)子(1-2)的旋轉(zhuǎn)角度的圓光柵、以及工控機(jī)； 所述工控機(jī)控制所述直驅(qū)式電機(jī)(I)和絲杠螺母副(3)動(dòng)作，并根據(jù)所述激光測(cè)量頭(2)、光柵尺位移傳感器(4)和圓光柵測(cè)得的數(shù)據(jù)得出凸輪(10)的外輪廓數(shù)據(jù)； 所述絲杠螺母副(3)的絲桿(3-2)與一步進(jìn)電機(jī)(7)傳動(dòng)相連； 所述工控機(jī)包括用于實(shí)時(shí)控制所述直驅(qū)式電機(jī)(I)和步進(jìn)電機(jī)(7)動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)控制卡，與所述激光測(cè)量頭(2)相連的用于實(shí)時(shí)檢測(cè)激光測(cè)量頭(2)與凸輪(10)的外輪廓的間距的激光位移傳感器采集卡，與所述光柵尺位移傳感器(4)和圓光柵相連的編碼器計(jì)數(shù)卡，以及通過(guò)系統(tǒng)總線與所述運(yùn)動(dòng)控制卡、激光位移傳感器采集卡和編碼器計(jì)數(shù)卡相連的(PU單元；所述運(yùn)動(dòng)控制卡通過(guò)一伺服驅(qū)動(dòng)器與所述直驅(qū)式電機(jī)(I)相連，所述圓光柵的檢測(cè)信號(hào)輸出端(1-3)與該伺服驅(qū)動(dòng)器的反饋信號(hào)輸入端相連；運(yùn)動(dòng)控制卡同時(shí)通過(guò)一步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制步進(jìn)電機(jī)(7)動(dòng)作； 在所述凸輪(10)的旋轉(zhuǎn)角度為Θ i時(shí)，測(cè)得的凸輪(10)的外輪廓與激光測(cè)量頭(2)的間距即第一間距測(cè)量值為^ ;同時(shí)，光柵尺位移傳感器(4)測(cè)量得的所述活動(dòng)螺母(3-1)在水平方向與光柵尺位移傳感器(4)的硬零位(Zi )的間距即第二間距測(cè)量值為‘，i=l，2，3…n ；i為凸輪(10)旋轉(zhuǎn)一周的過(guò)程中同時(shí)檢測(cè)所述第一、第二間距測(cè)量值^的次數(shù)，0° ( 9^360° ； 所述凸輪輪廓檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)方法包括 A)、將激光測(cè)量頭(2)與心軸(5)的外圓的間距即第一間距^控制在激光測(cè)量頭(2)的量程內(nèi)，然后檢測(cè)并記錄所述第一間距同時(shí)檢測(cè)并記錄所述活動(dòng)螺母(3-1)在水平方向與所述硬零位)的間距即第二間距; B)、若已知凸輪(10)的外輪廓數(shù)據(jù)/ =則在開始控制凸輪(10)旋轉(zhuǎn)一周的同時(shí)，控制激光測(cè)量頭(2)相對(duì)凸輪(10)的外輪廓按照P = ρ(θ) + 的軌跡運(yùn)動(dòng)；同時(shí)，控制所述第一間距測(cè)量值&始終處于激光測(cè)量頭(2)的量程內(nèi)，并獲取與凸輪(10)的旋轉(zhuǎn)角度Qi相對(duì)應(yīng)的所述第一、第二間距測(cè)量值Ij1、J5ii ; C)、由心軸直徑0(1和所述‘:、/_、^、‘，計(jì)算出凸輪(10)的極徑測(cè)量值/MA)ΡιΙβι) = ~Φ^ ^ (/Vc — Ir,；} 4 (im — Im ) .Jm D)、將所述極徑測(cè)量值凡(A)與所述外輪廓數(shù)據(jù)=/7{分丨相比較，得出凸輪(10)的外輪廓加工誤差。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、檢測(cè)精度和效率較高的基于直驅(qū)式電機(jī)的凸輪輪廓檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)方法，其包括直驅(qū)式電機(jī)、同軸固定設(shè)于直驅(qū)式電機(jī)的轉(zhuǎn)子上的用于帶動(dòng)凸輪同步同軸旋轉(zhuǎn)的心軸、水平設(shè)于凸輪一側(cè)的絲杠螺母副、設(shè)于該絲杠螺母副的活動(dòng)螺母上的激光測(cè)量頭、用于測(cè)量所述活動(dòng)螺母的水平位移量的光柵尺位移傳感器、設(shè)于直驅(qū)式電機(jī)的固定座中的用于檢測(cè)所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度的圓光柵、以及工控機(jī)；所述工控機(jī)控制所述直驅(qū)式電機(jī)和絲杠螺母副動(dòng)作，并根據(jù)所述激光測(cè)量頭、光柵尺位移傳感器和圓光柵測(cè)得的數(shù)據(jù)得出凸輪的外輪廓數(shù)據(jù)。
文檔編號(hào)G01B11/24GK102927929SQ201210418398
公開日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2011年5月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月4日
發(fā)明者丁仕燕 申請(qǐng)人:常州工學(xué)院