本發(fā)明涉及航天慣性器件精密檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種氣浮轉(zhuǎn)子陀螺儀動壓馬達間隙自動測量裝置。

背景技術(shù)：

動壓氣浮陀螺馬達是一種驅(qū)動馬達，即在驅(qū)動電源的作用下，轉(zhuǎn)子體高速旋轉(zhuǎn)，進而與定子組件脫離接觸，在懸浮力、自重和加速度過載的共同作用下保持在空間的穩(wěn)定。懸浮力產(chǎn)生的原因：定子組件和轉(zhuǎn)子體之間存在間隙且表面存在溝槽，當(dāng)轉(zhuǎn)子體旋轉(zhuǎn)時會將外界空氣吸入間隙內(nèi)形成動壓力，使轉(zhuǎn)子體表面與定子組件表面脫離接觸。為保證轉(zhuǎn)子體在空間位置保持穩(wěn)定，應(yīng)將間隙值(μm級)控制在一定范圍內(nèi)。因此，動壓馬達間隙的測量對提高動壓馬達工作時的精度和穩(wěn)定性有重大意義。

動壓馬達的間隙為內(nèi)部微小裝配間隙，現(xiàn)在較為普及的測量試件內(nèi)部微小間隙的方法是：通過使產(chǎn)生間隙的兩個部件(零件)發(fā)生相對運動，并利用位移傳感器測得相對運動的大小(即為被測件的間隙值)。常見的位移傳感器有電渦流位移傳感器、電容傳感器和電感測微儀。如論文：程家軍，電渦流位移傳感器在微間隙測量中的特殊應(yīng)用，測量技術(shù)，2015年6月.中使用的電渦流傳感器對同類金屬進行測量，會因金屬其形狀、面積和光潔度等差異造成靈敏度的偏差；論文：劉勝春，基于雙測頭的動壓馬達氣膜剛度的測量技術(shù)研究，碩士學(xué)位論文，哈爾濱工程大學(xué)，2013年3月.中使用電容傳感器時，由于動壓馬達軸向測量端面很小，在軸向位移測量時，電容極板會產(chǎn)生邊緣效應(yīng)；論文kevinradil,dellacorte,chris.“theroleofradialclearanceontheperformanceoffoilairbearings”,tribologytransactions,v45,n4,p485-490,2002.王京鋒，陀螺電機動壓氣體軸承間隙誤差分析與改進，中國慣性技術(shù)學(xué)報，2015年12月.和黃德等在申請的專利“一種半球型動壓馬達軸承間隙測量裝置及方法”中國發(fā)明專利，公開號：cn105203018a，公開日期：2015年12月30日.等均是使用電感測微儀測量被測件相對運動的大小即求得微小間隙。

由上述可知，現(xiàn)有的基于電感測微儀進行間隙測量的裝置原理簡單、操作方便、價格較低，適合單件、小批量的測量。但由于上述裝置均是采用單個電感測微儀進行測量，可能會存在一定的局限性。如黃德等人申請的專利中以徑向測量為例：用測頭來檢測轉(zhuǎn)子體在額定力作用下的位移，以此求得間隙值，為保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性需要定子組件在力的作用下不發(fā)生位移，即兩端的固定裝置要有著很好的剛度，還需保證兩端固定裝置的中心線重合，且在測量間隙的過程中需要更換夾具。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，發(fā)明了一種氣浮轉(zhuǎn)子陀螺儀動壓馬達間隙自動測量裝置，可以實現(xiàn)間隙的準(zhǔn)確、高效的測量。

為了達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種氣浮轉(zhuǎn)子動壓馬達間隙自動測量裝置，所述的氣浮轉(zhuǎn)子動壓馬達間隙自動測量裝置包括光學(xué)平臺、固定裝置、施力裝置、夾持裝置、軸向間隙測量模塊、徑向間隙測量模塊和控制回路。

所述的固定裝置包括支撐架立板3、支撐架底板4、支撐架上板6、軸端固定支架底板7、柔性聯(lián)軸節(jié)8、軸端套20、軸端固定座9和氣缸a17。支撐架底板4固定在光學(xué)平臺1上，支撐架立板3安裝在支撐架底板7上，支撐架上板6固定在支撐架立板3上，軸端固定支架底板7安裝在支撐架上板6上，軸端固定座9通過柔性聯(lián)軸節(jié)8與軸端固定支架底板7相連，柔性聯(lián)軸節(jié)8能夠在轉(zhuǎn)子體和定子組件接觸瞬間起到緩沖作用。氣缸a17固定在軸端固定座9上，通過氣缸施加的力將軸端套20固定在軸端固定座9上，動壓馬達19轉(zhuǎn)子體兩端的伸長軸分別插到兩側(cè)固定裝置的軸端套20里，并由螺釘固定擰緊。

所述的施力裝置包括三軸精密位移平臺和三軸力傳感器22。三軸精密位移平臺包括z軸精密位移平臺27、y軸精密位移平臺26和x軸精密位移平臺5；z軸精密位移平臺27固定安裝在光學(xué)平臺1上，x軸精密位移平臺5固連在z軸精密位移平臺27的上端面；y軸精密位移平臺26的下端與x軸精密位移平臺5的上端部固連。x軸精密位移平臺5、y軸精密位移平臺26和z軸精密位移平臺27在運動方向上兩兩垂直，構(gòu)成笛卡爾直角坐標(biāo)系。三軸力傳感器22安裝在y軸精密位移滑臺26的上方。內(nèi)六角螺釘25用于固定徑向測量y軸精密位移平臺26。

所述的夾持裝置是包括氣缸b21和夾指體18。所述的氣缸b21安裝在三軸力傳感器22的上方；所述的夾指體18固定在氣缸b21上端的滑塊上，通過閉合夾指體18實現(xiàn)對動壓馬達19的夾緊。

所述的軸向間隙測量模塊包括軸向電感測微儀測頭10、軸向測頭固定夾具11、立柱及其輔助件12、軸向測頭安裝角座13、軸向測量x軸精密位移平臺14、導(dǎo)軌連接底板15、軸向測量z軸精密位移平臺16；立柱及其輔助件12固定在光學(xué)平臺1上，導(dǎo)軌連接底板15固定在兩根立柱之間，軸向測量x軸精密位移平臺14安裝到導(dǎo)軌連接底板15，軸向測量z軸精密位移平臺16安裝到軸向測量x軸精密位移平臺14上，軸向測頭安裝角座13用于安裝軸向測頭固定夾具11，軸向測頭固定夾具11安裝在軸向測量z軸精密位移平臺16上，軸向電感測微儀測頭10穿過軸向測頭固定夾具11中，并由螺釘夾緊固定。

所述的徑向測量模塊包括徑向測量x軸精密位移平臺2、徑向測量y軸精密位移平臺26、徑向安裝角座24和徑向電感測微儀測頭23；徑向測量x軸精密位移平臺2安裝到光學(xué)平臺上，徑向測量y軸精密位移平臺26安裝到徑向測量x軸精密位移平臺2上，將徑向安裝角座24固定在徑向測量y軸精密位移平臺26上，徑向電感測微儀測頭23穿過徑向安裝角座24，并由螺釘擰緊固定。

所述的控制回路是包括pc機、數(shù)據(jù)采集卡、信號放大器、三軸力傳感器、三軸力傳感器保護電路、電感測微儀機盒、軸向測頭、徑向測頭、運動控制卡、步進電機驅(qū)動器、精密位移平臺、擴展卡、二位五通電磁閥、兩個二位三通電磁閥以及異常保護電路。

所述的數(shù)據(jù)采集卡、運動控制卡位于pc機中；所述的信號放大器通過導(dǎo)線分別與三軸力傳感器和數(shù)據(jù)采集卡連接；所述的電感測微儀機盒與pc機相連；所述的軸向測頭和徑向測頭分別與電感測微儀機盒相連；所述的步進電機驅(qū)動器通過導(dǎo)線分別與運動控制卡和精密位移平臺相連；所述的擴展卡通過導(dǎo)線分別與運動控制卡和二位五通電磁閥和兩個二位三通電磁閥相連。

控制回路還可以設(shè)置三軸力傳感器保護電路，與三軸力傳感器連接對其進行電路保護；還可以設(shè)置異常保護電路，與運動控制卡連接，當(dāng)發(fā)生異常情況時，會令運動控制卡停止發(fā)送脈沖，進而使得精密位移滑臺停止運動。

其測量原理：

固定裝置將被測馬達定子組件兩端固定，被測馬達轉(zhuǎn)子體通過夾持裝置實現(xiàn)與施力裝置的連接；用于固定的軸端套帶有缺口，通過氣缸壓緊軸端套，軸端套由于缺口的存在將收縮，用以夾緊動壓馬達兩端伸出的軸，固定定子組件；由施力裝置進行調(diào)心對中，使被測件轉(zhuǎn)子體和定子組件的軸線重合，并由施力裝置在指定方向施加力，轉(zhuǎn)子體和定子組件在力的作用下產(chǎn)生位移，并排布置的雙測頭分別檢測轉(zhuǎn)子體和定子組件位移的大小，再將數(shù)據(jù)由控制回路傳到pc機，自動求得位移的差值，即相對應(yīng)方向的間隙值。

上述氣浮轉(zhuǎn)子陀螺儀動壓馬達間隙自動測量裝置進行自動測量的方法，包括以下步驟：

第一步，兩端固定

將動壓馬達兩端的伸長軸插入軸端套內(nèi)，通過氣缸壓緊軸端套，軸端套收縮夾緊動壓馬達兩端伸出的軸，固定定子組件，通過控制電磁閥的通斷控制氣缸的通氣與否；

第二步，中間夾緊

用氣缸控制夾指體的松開與閉合，實現(xiàn)對動壓馬達的夾緊；

第三步，調(diào)心對中和自動施力

通過施力裝置實現(xiàn)調(diào)心對中和自動施力，即由三軸位移平臺帶動被測件移動，使動壓馬達19的轉(zhuǎn)子體和定子組件在對應(yīng)方向相互接觸，利用三軸力傳感器檢測接觸力的大小，通過程序?qū)崿F(xiàn)對位移平臺的負反饋控制，進而實現(xiàn)對施力大小的控制；

第四步，軸向測量

在進行軸向測量時通過程序控制軸向測量x軸精密位移平臺14和軸向測量z軸精密位移平臺16運動，使并列排布的兩個軸向測頭10分別抵到軸端套20和動壓馬達19的轉(zhuǎn)子體待測端的端面位置，待示數(shù)穩(wěn)定后，分別讀取軸向測頭10的示數(shù)并保存；接下來控制施力裝置施力，使三軸精密位移平臺帶動動壓馬達19的轉(zhuǎn)子體向靠近軸向測頭10的方向移動，直至達到指定的施力大小時，停止運動；分別讀取此時的兩個軸向測頭10的示數(shù)，并分別求得動壓馬達19的轉(zhuǎn)子體和定子組件的位移，進而求得相對運動的大小，即軸向的間隙值；

在進行徑向測量前，需將軸向測頭10和三軸位移平臺還原至軸向測量前的位置；

第五步，徑向測量

在進行徑向測量時需用程序控制徑向測量x軸精密位移平臺2和徑向測量y軸精密位移平臺26運動，使并列排布的兩個徑向測頭23分別抵到軸端套20和動壓馬達19的轉(zhuǎn)子體與徑向測頭23軸線在同一水平面的母線位置，待示數(shù)穩(wěn)定后，分別讀取徑向測頭23的示數(shù)并保存；接下來控制施力裝置施力，使三軸精密位移平臺帶動動壓馬達19的轉(zhuǎn)子體向靠近徑向測頭23的方向移動，直至達到指定的施力大小時，停止運動；分別讀取此時的兩個徑向測頭23的示數(shù)，并分別求得動壓馬達19的轉(zhuǎn)子體和定子組件的位移，進而求得相對運動的大小，即徑向的間隙值。

本發(fā)明具的有益效果是：(1)除上料外，其余工作均可以實現(xiàn)自動化操作，避免人為因素的不利影響，提高工作效率；(2)采用雙測頭差動測量，減弱了單測頭測量不確定性的影響，同時彌補了因引入柔性聯(lián)軸節(jié)造成固定裝置剛度不足的缺陷。

附圖說明

圖1被測件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

圖2被測件的外形圖

圖3(a)為整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3(b)為左右兩側(cè)固定裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3(c)為軸向測量模塊結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3(d)為徑向測量模塊結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4控制回路框圖。

圖中：1光學(xué)平臺；2徑向測量x軸精密位移平臺；3支撐架立板；4支撐架底板；5x軸精密位移平臺；6支撐架上板；7軸端固定支架底板；8柔性聯(lián)軸節(jié)；9軸端固定座；10軸向電感測微儀測頭；11軸向測頭固定夾具；12立柱及其輔助件；13軸向測頭安裝角座；14軸向測量x軸精密位移平臺；15導(dǎo)軌連接底板；16軸向測量z軸精密位移平臺；17氣缸a；18夾指體；19動壓馬達；20軸端套；21氣缸b；22三軸力傳感器；23徑向電感測微儀測頭；24徑向安裝角座；25內(nèi)六角螺釘；26徑向測量y軸精密位移平臺；27z軸精密位移平臺。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖和技術(shù)方案，進一步說明本發(fā)明的具體實施方式。

氣浮轉(zhuǎn)子動壓馬達間隙自動測量裝置，包括光學(xué)平臺、固定裝置、施力裝置、夾持裝置、軸向間隙測量模塊和徑向間隙測量模塊如圖3(a)所示，其控制回路如圖4所示。

所述的固定裝置如圖3(b)是由支撐架立板3、支撐架底板4、支撐架上板6、軸端固定支架底板7、柔性聯(lián)軸節(jié)8、軸端套20、軸端固定座9和氣缸a17構(gòu)成，支撐架底板4通過螺釘固定在光學(xué)平臺1上，支撐架立板3下端安裝在支撐架底板7上，支撐架上板6固定在支撐架立板上端，軸端固定支架底板7安裝在支撐架上板6上，軸端固定座9通過柔性聯(lián)軸節(jié)8與軸端固定支架底板7相連，既可以避免兩端固定裝置中心線不重合時，可能對測量結(jié)果造成的影響；又可以在施力裝置施力時，轉(zhuǎn)子體和定子組件接觸瞬間，起到緩沖作用。氣缸a17固定在軸端固定座9上，通過氣缸施加的力將軸端套20固定在軸端固定座9上，動壓馬達19轉(zhuǎn)子體兩端的伸長軸分別插到兩側(cè)固定裝置的軸端套20里，并由螺釘固定擰緊。

所述的施力裝置包括三軸精密位移平臺和三軸力傳感器22。三軸精密位移平臺包括z軸精密位移平臺27、y軸精密位移平臺26和x軸精密位移平臺5；z軸精密位移平臺27固定安裝在光學(xué)平臺1上，x軸精密位移平臺5固連在z軸精密位移平臺27的上端面；y軸精密位移平臺26的下端與x軸精密位移平臺5的上端部固連。x軸精密位移平臺5、y軸精密位移平臺26和z軸精密位移平臺27在運動方向上兩兩垂直，構(gòu)成笛卡爾直角坐標(biāo)系。三軸力傳感器22安裝在y軸精密位移滑臺26的上方。

所述的夾持裝置是由氣缸b21和夾指體18構(gòu)成。所述的氣缸b21安裝在三軸力傳感器22的上方；所述的夾指體18固定在氣缸上端的滑塊上，通過閉合夾指體18實現(xiàn)對動壓馬達19的夾緊

所述的軸向間隙測量模塊如圖3(c)是由軸向電感測微儀測頭10、軸向測頭固定夾具11、立柱及其輔助件12、軸向測頭安裝角座3、軸向x軸精密位移平臺14、導(dǎo)軌連接底板15、軸向z軸精密位移平臺16構(gòu)成，立柱及其輔助件12由螺釘固定在光學(xué)平臺上，導(dǎo)軌連接底板15通過螺釘固定在兩根立柱上，軸向x軸精密位移平臺14安裝到導(dǎo)軌連接底板15，軸向z軸精密位移平臺16安裝到軸向x軸精密位移平臺14上，軸向測頭固定夾具11安裝在軸向z軸精密位移平臺16，軸向電感測微儀測頭10穿過軸向測頭固定夾具11中，并由螺釘夾緊固定。

所述的徑向測量模塊如圖3(d)是由徑向測量x軸精密位移平臺2、徑向y軸精密位移平臺26、徑向安裝角座24和徑向電感測微儀測頭23構(gòu)成，徑向測量x軸精密位移平臺2安裝到光學(xué)平臺上，徑向y軸精密位移平臺26安裝到徑向x軸精密位移平臺2上，將徑向安裝角座24固定在徑向y軸精密位移平臺26上，徑向電感測微儀測頭23穿過徑向安裝角座24，并由螺釘擰緊固定；

所述的控制回路是由pc機、數(shù)據(jù)采集卡、信號放大器、三軸力傳感器、三軸力傳感器保護電路、電感測微儀機盒、軸向測頭、徑向測頭、運動控制卡、步進電機驅(qū)動器、精密位移平臺、擴展卡、二位五通電磁閥、兩個二位三通電磁閥以及異常保護電路構(gòu)成。所述的數(shù)據(jù)采集卡插入pc機的pci插槽中；所述的信號放大器通過導(dǎo)線分別與三軸力傳感器和數(shù)據(jù)采集卡相連；所述的電感測微儀機盒通過usb線與pc機相連；所述的軸向測頭和徑向測頭通過導(dǎo)線分別與電感測微儀機盒相連；所述的運動控制卡插入pc機的pci插槽中；所述的步進電機驅(qū)動器通過導(dǎo)線分別與運動控制卡和精密位移平臺相連；所述的擴展卡通過導(dǎo)線分別與運動控制卡和二位五通電磁閥和兩個二位三通電磁閥相連。

其測量原理：

固定裝置將被測馬達定子組件兩端固定，被測馬達轉(zhuǎn)子體通過夾持裝置實現(xiàn)與施力裝置的連接；用于固定的軸端套帶有缺口，通過氣缸壓緊軸端套，軸端套由于缺口的存在將收縮，用以夾緊動壓馬達兩端伸出的軸，固定定子組件；由施力裝置進行調(diào)心對中，使被測件轉(zhuǎn)子體和定子組件的軸線重合，并由施力裝置在指定方向施加力，轉(zhuǎn)子體和定子組件在力的作用下產(chǎn)生位移，并排布置的雙測頭分別檢測轉(zhuǎn)子體和定子組件位移的大小，再將數(shù)據(jù)由控制回路傳到pc機，自動求得位移的差值，即相對應(yīng)方向的間隙值。

上述氣浮轉(zhuǎn)子陀螺儀動壓馬達間隙自動測量裝置進行自動測量的方法，包括以下步驟：

第一步，兩端固定：將動壓馬達兩端的伸長軸插入軸端套內(nèi)，通過氣缸壓緊軸端套，軸端套由于缺口的存在將收縮，用以夾緊動壓馬達兩端伸出的軸，固定定子組件，由程序控制電磁閥的通斷，進而控制氣缸的通氣與否。

第二步，中間夾緊：用氣缸控制夾指體的松開與閉合，來實現(xiàn)對動壓馬達的夾緊。

第三步，調(diào)心對中和自動施力：均是通過施力裝置實現(xiàn)的，即由三軸位移平臺帶動被測件移動，使動壓馬達19的轉(zhuǎn)子體和定子組件在對應(yīng)方向相互接觸，利用三軸力傳感器檢測接觸力的大小，通過程序?qū)崿F(xiàn)對位移平臺的負反饋控制，進而實現(xiàn)對施力大小的控制。

第四步，軸向測量：在進行軸向測量時需用程序控制軸向測量x軸精密位移平臺14和軸向測量z軸精密位移平臺16運動，使并列排布的兩個軸向測頭10分別抵到軸端套20和動壓馬達19的轉(zhuǎn)子體待測端的端面位置，待示數(shù)穩(wěn)定后，分別讀取軸向測頭10的示數(shù)并保存；接下來控制施力裝置施力，使三軸精密位移平臺帶動動壓馬達19的轉(zhuǎn)子體向靠近軸向測頭10的方向移動，直至達到指定的施力大小時，停止運動；分別讀取此時的兩個軸向測頭10的示數(shù)，并分別求得動壓馬達19的轉(zhuǎn)子體和定子組件的位移，進而求得相對運動的大小，即軸向的間隙值。

在進行徑向測量前，需將軸向測頭10和三軸位移平臺還原至軸向測量前的位置。

第五步，徑向測量：在進行徑向測量時需用程序控制徑向測量x軸精密位移平臺2和徑向測量y軸精密位移平臺26運動，使并列排布的兩個徑向測頭23分別抵到軸端套20和動壓馬達19的轉(zhuǎn)子體與徑向測頭23軸線在同一水平面的母線位置，待示數(shù)穩(wěn)定后，分別讀取徑向測頭23的示數(shù)并保存；接下來控制施力裝置施力，使三軸精密位移平臺帶動動壓馬達19的轉(zhuǎn)子體向靠近徑向測頭23的方向移動，直至達到指定的施力大小時，停止運動；分別讀取此時的兩個徑向測頭23的示數(shù)，并分別求得動壓馬達19的轉(zhuǎn)子體和定子組件的位移，進而求得相對運動的大小，即徑向的間隙值。