一種凸輪從動件運動規(guī)律的標定裝置及方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于標定裝置及方法領域，更具體地，涉及一種凸輪從動件運動規(guī)律的標 定裝置及方法。
【背景技術】
[0002] 凸輪機構由于結構緊湊、可靠性高、從動件能夠獲得各種高速、復雜的運動規(guī)律， 因此廣泛應用于半自動化、自動化設備的控制。
[0003] 凸輪做勻速轉動，從動件的運動規(guī)律由凸輪輪廓以及從動件的約束方式?jīng)Q定，一 般根據(jù)需要的從動件運動規(guī)律設計凸輪輪廓曲線以及從動件的約束即可獲得需要的從動 件運動規(guī)律。但是由于制造誤差導致的凸輪輪廓誤差以及裝配導致的從動件約束誤差等原 因，使得從動件的實際運動規(guī)律與設計曲線并不完全一致。
[0004] 隨著自動化機械以及精密儀器對凸輪從動件定位精度的要求越來越高，原有的以 從動件理論運動規(guī)律代替實際運動規(guī)律的開環(huán)控制方法已不能完全滿足需要。對于凸輪機 構的高精度定位，需要標定從動件的實際運動規(guī)律作為控制的參考基礎。而目前還沒有一 種高精度、高效率的標定從動件實際運動規(guī)律的裝置和方法，對如何提高凸輪從動件的運 動規(guī)律的標定精度和效率從而實現(xiàn)高精度的運動控制仍然是本領域要解決的技術難題之 O

【發(fā)明內容】

[0005] 針對現(xiàn)有技術的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供了一種凸輪從動件運動規(guī)律的 標定裝置及方法，其中通過采用激光位移傳感器測量頭實現(xiàn)非接觸式測量，有效保證標定 的精度和效率，并針對被測對象在激光位移傳感器測量參考位置測量精度最高，在量程極 限位置測量精度降低的特點，通過設計三維位置調節(jié)工裝快速調整被測對象表面與測量頭 之間的距離，保證被測表面測量起始點在激光位移傳感器測量精度最高的參考距離位置， 具有標定速度快，標定精度尚等優(yōu)點。
[0006] 為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提出了一種凸輪從動件運動規(guī)律的標 定裝置，其特征在于，包括機架、凸輪副機構、激光檢測機構和控制裝置，其中：
[0007] 該凸輪副機構固裝在所述機架上，其包括相互配合的凸輪機構和從動機構，所述 從動機構上固聯(lián)有隨動標定輔具；
[0008] 該激光檢測機構包括平面二維調整平臺、高度調整平臺和激光位移傳感器測量 頭，其中，所述平面二維調整平臺水平安裝在固定于所述機架上的支撐架上，并且其通過直 角支承座安裝有豎直布置的所述高度調整平臺；所述激光位移傳感器測量頭通過一體式夾 持器固裝在所述高度調整平臺上，并置于所述隨動標定輔具的上方；
[0009] 該控制裝置用于控制所述凸輪機構、從動機構和隨動標定輔具動作，并控制所述 激光位移傳感器測量頭進行在線測量，根據(jù)測量獲得的數(shù)據(jù)得出凸輪從動件的運動規(guī)律。
[0010] 作為進一步優(yōu)選的，所述控制裝置包括伺服電機、運動控制卡和CPU單元，其中， 所述伺服電機用于實時驅動所述凸輪機構運動，所述運動控制卡通過伺服驅動器控制所述 伺服電機動作，所述CPU單元通過數(shù)據(jù)線與所述運動控制卡及用于控制所述激光位移傳感 器測量頭的激光位移傳感器控制器相連。
[0011] 作為進一步優(yōu)選的，所述隨動標定輔具的被測表面為所述激光位移傳感器測量頭 發(fā)射激光束與其相交的平面；所述激光位移傳感器測量頭輸出的激光束與該被測表面垂直 相交，并且所述被測表面的表面粗糙度的算術平均偏差值介于0. 8微米到3. 2微米之間。
[0012] 作為進一步優(yōu)選的，當所述凸輪機構的實際裝配初始相位角為其設計初始相位角 時，所述隨動標定輔具被測表面距所述激光位移傳感器測量頭激光發(fā)射面的距離為預設的 測量參考距離。
[0013] 按照本發(fā)明的另一方面，提供了一種凸輪從動件運動規(guī)律的標定方法，其包括如 下步驟：
[0014] 1)將所述伺服電機運動到其旋轉編碼器的零點位置，以此位置對應的所述隨動標 定輔具的位置作為初次測量的測量起始位置，然后調節(jié)所述平面二維調整平臺使所述激光 位移傳感器測量頭發(fā)射的激光投射到所述隨動標定輔具被測表面中心位置；
[0015] 2)根據(jù)所述激光位移傳感器測量頭測得的被測表面的位置數(shù)據(jù)調節(jié)所述高度調 整平臺的高度，使得所述隨動標定輔具被測表面距所述激光位移傳感器測量頭激光發(fā)射面 的距離為預設的測量參考距離；
[0016] 3)通過控制裝置控制所述凸輪機構、從動機構以及隨動標定輔具做勻速運動，所 述激光位移傳感器測量頭開始連續(xù)測量，測得的所述隨動測量輔具的位移變化數(shù)據(jù)用于標 定凸輪從動件的運動規(guī)律；
[0017] 4)通過上述標定的凸輪從動件的運動規(guī)律，確定凸輪從動件行程最高點和行程 最低點，進而確定其行程中點位置Smid ;根據(jù)上述行程中點位置調節(jié)所述高度調整平臺使 激光位移傳感器測量頭的讀數(shù)變?yōu)?Smid ;然后使所述隨動標定輔具運動到該行程中點位 置，并以此位置作為新的測量初始點，在該新的測量初始點位置，所述隨動標定輔具被測表 面距所述激光位移傳感器測量頭激光發(fā)射面的距離為測量參考距離；重復步驟3)以實現(xiàn) 凸輪從動件運動規(guī)律的二次標定，并獲得二次標定數(shù)據(jù)；
[0018] 5)通過對步驟4)獲得的二次標定數(shù)據(jù)，以旋轉編碼器的零點位置作為最終偏置 后的實際零點，將二次標定數(shù)據(jù)中的所有從動件位移數(shù)據(jù)減去以行程中點作為二次標定測 量零點時，編碼器零點位置對應的從動件位移值，最終獲得凸輪從動件的運動規(guī)律曲線。
[0019] 總體而言，通過本發(fā)明所構思的以上技術方案與現(xiàn)有技術相比，主要具備以下的 技術優(yōu)點：
[0020] 1.通過激光位移傳感器測量頭實現(xiàn)非接觸式測量，有效保證標定的精度和效率， 并針對被測對象在激光位移傳感器測量參考位置測量精度最高，在量程極限位置測量精度 降低的特點，通過設計三維位置調節(jié)工裝快速調整被測對象表面與測量頭之間的距離，保 證被測表面測量起始點在激光位移傳感器測量精度最高的參考距離位置，提高儀器的安 裝、校準效率及測量精度。
[0021] 2.通過二次標定技術，使得被測對象的行程相對測量參考位置對稱分布，進一步 提高了測量精度；通過使用標準隨動標定輔具保證被測表面的光學散射特性能很好的滿足 激光三角法的測量需求，避免在從動件零件表面產(chǎn)生缺陷以及表面法線相對測量激光傾斜 造成的測量誤差，并且通過采用標準化的隨動標定輔具提高測量效率；通過激光位移傳感 器測得的隨動測量輔具的位移變化數(shù)據(jù)即可用于標定凸輪機構從動件運動規(guī)律，具有標定 快速、精度高、結構簡單、操作方便等優(yōu)點，測量精度可達到微米級。
【附圖說明】
[0022] 圖1是本發(fā)明一種凸輪從動件運動規(guī)律的標定裝置的整體結構圖；
[0023] 圖2是初次標定的凸輪從動件運動規(guī)律圖；
[0024] 圖3是以從動件行程中點作為測量初始點的凸輪從動件運動規(guī)律圖；
[0025] 圖4是以從動件行程中點作為測量初始點經(jīng)過零點偏置后的凸輪從動件運動規(guī) 律圖；
[0026] 圖5是凸輪副機構的主視圖；
[0027] 圖6是凸輪副機構的左視圖。
【具體實施方式】
[0028] 為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對 本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術特征只要 彼此之間未構成沖突就可以相互組合。
[0029] 如圖1所示，本發(fā)明的一種凸輪從動件運動規(guī)律的標定裝置，其包括機架1、凸輪 副機構、激光檢測機構和控制裝置。
[0030] 具體的，如圖5、圖6所示，凸輪副機構包括凸輪機構3和從動機構4,凸輪機構3 固裝在機架1上，從動機構4上通過螺紋固聯(lián)有隨動標定輔具10,隨動標定輔具10隨從動 機構4動作，兩者的運動規(guī)律相同。
[0031] 進一步的，激光檢測機構包括平面二維調整平臺5、高度調整平臺7和激光位移傳 感器測量頭9,平面二維調整平臺5水平安裝在固定于機架1上的支撐架上，并且其通過直 角支承座6安裝有豎直布置的高度調整平臺7 ;激光位移傳感器測量頭9通過一體式夾持 器8固裝在高度調整平臺7上，并置于隨動標定輔具10的上方，即平面二維調整平臺5、直 角支承座6、高度調整平臺7、一體式夾持器8通過螺栓連接為整體作為激光位移傳感器測 量頭9的三維位置調節(jié)工裝；隨動標定輔具10的被測表面為激光位移傳感器測量頭9發(fā)射 激光束與其相交的平面，激光位移傳感器測量頭9輸出的激光束與該被測表面垂直相交， 并且被測表面的表面粗糙度的算術平均偏差值介于0. 8微米到3. 2微米之間，被測表面的 顏色為灰白色或者紅色。
[0032] 此外，控制裝置用于控制凸輪機構3、從動機構4和隨動標定輔具10動作，并控 制激光位移傳感器測量頭9進行在線測量，根據(jù)測量獲得的數(shù)據(jù)得出凸輪從動件的運動規(guī) 律，控制裝置包括帶旋轉編碼器的伺服電機2、運動控制卡和CPU單元，其中，伺服電機2與 凸輪機構3、從動機構4組