测量驱动机构机械零位并进行机械调零的装置及调零方法

摘要

本发明公开了一种测量驱动机构机械零位并进行机械调零的装置及调零方法，包括安装平台、旋转控制机构、测量机构和驱动机构，所述安装平台包括支撑架、工作平台、安装立架和定位块，所述测量机构安装在安装平台的两根安装立架上，旋转控制机构安装在工作平台上且旋转控制机构设置在两根安装立架之间，驱动机构通过定位块安装在工作平台上，所述旋转控制机构的输出端连接所述驱动机构的输入端，旋转控制机构用于控制所述驱动机构旋转并反馈旋转角度；测量机构用于测量所述驱动机构的机械零位的实际偏差；本发明能够在驱动机构的生产过程中，通过对驱动机构的机械零位进行调试，使机械零位符合指标要求。

说明书

技术领域

本发明涉及机械调零领域，更具体的说，尤其涉及一种测量驱动机构机械零位并进行机械调零的装置及调零方法。

背景技术

驱动机构具有机械零位和电气零位两种零位标识。在驱动机构的生产过程中，需对驱动机构机械零位与电气零位之间的偏差进行调试，使机械零位与电气零位之间的偏差符合指标要求。

电气零位检测主要对安装于驱动机构内零位传感器的安装位置及性能参数进行检测，利用电器测量元件测量出来的零位位置信号。实际上，这个电气零位是人为定义的相对于机械零位的一个位置。机械零位，就是设备上用刻度之类的器具标记的机器参考零点，其它设备安装，运行都以这个点为基准位置，主要使用的机械零点，一般是标记机器停机状态的初始位置。

驱动机构调零方法为：把机械零位对应的测量元件测量数字‘0’来固定测量元件，使机械零位和电气零位在同一点位置上，即二者重合。但实际上机械零位和电气编码器测量值零位难以重合，机械零位对应测量元件测量出来的数据是一段范围，存在偏差。一般通过两种方法缩短偏差，一个是提高驱动机构内零位传感器的性能和安装位置精度；另一个是在驱动机构内零位传感器的安装位置及性能均已确定的情况下，测量出实际偏差并将驱动机构进行高精度的机械调零。驱动机构调零的现行做法一般是人力手动测量和调整，其主要缺陷是：第一、手动测量的稳定性不高，影响测量准确度；第二、由于机械零位和电气零位的差值较小，手动调整十分费力；第三、手动测量和调整都难以做到驱动机构的高精度调零；第四、测量和调整的工作效率都十分低。

发明内容

本发明的目的在于解决现有的驱动机构调零基本采用人力手动测量和调整导致的稳定性低、准确度低且工作效率低的问题，提出了一种测量驱动机构机械零位并进行机械调零的装置及调零方法，能够在驱动机构的生产过程中，通过本发明对驱动机构的机械零位进行调试，使机械零位符合指标要求。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：一种测量驱动机构机械零位并进行机械调零的装置，包括安装平台、旋转控制机构、测量机构和驱动机构，

所述安装平台包括支撑架、工作平台、安装立架和定位块，支撑架设置在地面上，工作平台水平安装在支撑架上，工作平台上表面上开设方槽，定位块设置在工作平台表面的方槽中，所述安装立架设置有两根，两根安装立架均竖直固定在工作平台上；

所述测量机构安装在安装平台的两根安装立架上，旋转控制机构安装在工作平台上且旋转控制机构设置在两根安装立架之间，驱动机构通过定位块安装在工作平台上，所述旋转控制机构的输出端连接所述驱动机构的输入端，旋转控制机构用于控制所述驱动机构旋转并反馈旋转角度；测量机构用于测量所述驱动机构的机械零位的实际偏差；

所述旋转控制机构包括伺服电机、减速器、主轴、制动器、制动器支架、角度编码盘、胀套、编码器转接块、万向节、底板和减速器支架，所述伺服电机的输出端与所述减速器的输入端连接，伺服电机固定在减速器的外壳上，所述减速器通过减速器支架固定在底板上，所述底板安装在两根安装立架之间的工作平台上；所述减速器的输出端连接主轴的一端，主轴的另一端穿过制动器支架后通过胀套连接编码器转接块；所述制动器和角度编码盘均套装在主轴上，制动器通过制动器支架安装在固定在底板上，制动器安装在制动器支架靠近减速器的侧面上，角度编码盘固定在编码器转接块上；所述万向节的一端与编码器转接块固定连接，万向节的另一端连接驱动机构的输入端；所述伺服电机的输出轴、减速器、主轴、制动器、角度编码盘、胀套、编码器转接块和万向节的输入端的轴线的在同一条直线上；

所述测量机构包括直线运动引导装置、辅助测量装置和位移测量装置，

所述直线运动引导装置包括支撑横梁、直线导轨、直线模组主体、直线模组支撑架、直线模组滑块、直线模组伺服电机、拨杆和直线导轨滑块，所述支撑横梁水平安装在两根安装立架上，直线模组主体通过直线模组支撑架固定在支撑横梁上，直线导轨固定安装在支撑横梁上且直线导轨平行于直线模组主体设置，直线导轨滑块套装在直线导轨上，直线模组伺服电机连接直线模组主体的输入端并驱动直线模组主体上的直线模组滑块进行直线运动，所述拨杆的一端直线模组滑块固定连接，拨杆的另一端为球状；

所述位移测量装置包括主滑块、横向光轴支撑座、配重架、配重、横向光轴、光轴转接块、纵向光轴、纵向光轴支撑座、光电位移传感器安装板和光电位移传感器，所述主滑块固定在直线导轨滑块上，配重架安装在主滑块上，配重放置在所述配重架上；主滑块上还设置有横向光轴支撑座，横向光轴的一端固定在横向光轴支撑座上，所述横向光轴的另一端连接光轴转接块；所述纵向光轴竖直安装在所述光轴转接块上，纵向光轴支撑座固定在纵向光轴下端；所述光电位移传感器安装板与纵向光轴支撑座固定连接，光电位移传感器竖直安装在光电位移传感器安装板上，光电位移传感器的探头竖直向下设置；所述主滑块靠近直线模组滑块的一侧设置有方槽口，拨杆的球状一端伸入主滑块的方槽口内，直线模组伺服电机驱动直线模组滑块运动时通过拨杆带动位移测量装置和直线导轨滑块组成的整体沿着直线运动；

所述辅助测量装置包括光栅尺导轨、光栅尺滑块和光栅尺支撑架，光栅尺导轨通过光栅尺支撑架固定在支撑横梁的侧面，光栅尺导轨平行于直线导轨设置，光栅尺滑块套装在光栅尺导轨上，光栅尺滑块与主滑块远离直线模组滑块的一侧固定连接；

所述驱动机构上设置有两个动子定位销，动子定位销设置在驱动机构的动子上，两个动子定位销关于驱动机构的输入端的轴线对称设置。

进一步的，所述万向节上套装有扭簧，扭簧的一端连接所述万向节的输入端，扭簧的另一端连接万向节的输出端。扭簧用于消除万向节输入端和输出端的传动回隙。

进一步的，拨杆在直线模组滑块的带动下直线运动，进而拨动位移测量装置和直线导轨滑块组成的整体沿着直线运动，由于测量过程中拨杆与主滑块的方槽口做点面接触，因此消除了拨杆到主滑块的纵向跳动产生的误差。

进一步的，所述驱动机构包括动子和定子，定子包括驱动电机的外壳，定子底部通过定位块固定在工作平台上，动子设置在定子内部。

进一步的，所述纵向光轴和横向光轴与光轴转接块的连接均为螺栓连接，拧松光轴转接块的螺栓能够调整纵向光轴和横向光轴在光轴转接块上的位置。

进一步的，所述纵向光轴的横截面形状为半圆形和矩形的组合型。组合型的纵向光轴能够限制纵向光轴的旋转自由度。

一种测量驱动机构机械零位并进行机械调零的方法，具体包括如下步骤：

步骤一：拧松光轴转接块上用于固定纵向光轴的螺栓，使纵向光轴能够在竖直方向移动；调节纵向光轴的高度直至与纵向光轴固定连接的光电位移传感器能够测量到工作平台的上表面；再拧紧光轴转接块上用于固定纵向光轴的螺栓，使纵向光轴不可纵向移动；

步骤二：驱动直线运动引导装置的直线模组伺服电机，使直线模组滑块沿着直线模组主体进行滑动，直线模组滑块运动时通过拨杆带动主滑块沿着直线导轨进行运动，进而带动光电位移传感器在水平方向上直线运动；同时，光电位移传感器测量并记录不同位置下光电位移传感器与工作平台之间的纵向距离；根据光栅尺滑块运动产生的位置数据和光电位移传感器的测量数据，作为误差补偿的参照数据；

步骤三：将驱动机构通过定位块安装在工作平台上，将驱动机构的动子与旋转控制机构的万向节输出端固定连接；将驱动机构的定子用螺丝固定于工作平台上；

步骤四：拧松光轴转接块上用于固定横向光轴的螺栓，光轴转接块在横向光轴上移动，调节横向光轴的位置直至光电位移传感器能够测量到驱动机构动子上的两个动子定位销；再拧紧光轴转接块上用于固定横向光轴的螺栓，使光轴转接块不可纵向移动；

步骤五：驱动直线模组伺服电机，使直线模组滑块沿着直线模组主体进行滑动，直线模组滑块运动时通过拨杆带动主滑块沿着直线导轨进行运动，进而带动光电位移传感器在水平方向上直线运动；同时，光电位移传感器测量并记录驱动机构动子上两个动子定位销与光电位移传感器的距离；计算出驱动机构动子转动到机械零位需要转动的实际角度θ；

步骤六：驱动旋转控制机构的伺服电机工作，伺服电机的输出端经过减速器放大输出力矩并减小输出转速后带动主轴旋转，从而带动主轴上的角度编码盘和万向节进行旋转；驱动机构的动子随着万向节进行旋转，同时角度编码盘实时反馈万向节实际的转动角度；当角度编码盘反馈的转动角度为θ，立即停止旋转控制机构的伺服电机；

步骤七：检验驱动机构的机械零位是否达到要求，重复步骤五和步骤六，直至驱动机构的机械零位达到要求；

步骤八：卸下已完成机械调零的驱动机构，将下一个待机械调零的驱动机构重复步骤三至步骤七，直至所有驱动机构完成机械调零。

进一步的，假设驱动机构的定子上的两个动子定位销分别为第一定位销a和第二定位销b，第一定位销a、第二定位销b与光电位移传感器的纵向距离分别为da和db，第一定位销a和第二定位销b之间的中心距离为d，角度编码盘反馈的转动角度为θ级为驱动电机动子需要转动的角度θ，其计算公式为：

θ＝arcsin((d

本发明的工作原理如下：

在测量过程前，两个动子定位销的中心距离为d，驱动机构的目标机械零位位置为两个动子定位销处于同一水平线。为方便说明和计算，设位于左侧的动子定位销为第一定位销a，位于右侧的动子定位销为第二定位销b。在测量过程中，光电位移传感器测量并记录了不同位置下光电位移传感器与工作平台之间的纵向距离，作为误差补偿的数据库；此外，光电位移传感器测量还测量并记录了驱动机构动子上两个动子定位销与光电位移传感器的距离。设第一定位销a、第二定位销b与光电位移传感器的纵向距离分别为da、db。因光栅尺滑块在光栅尺导轨上滑动提供的位置数据和光电位移传感器的测量数据均与时间相关，可间接确定光电位移传感器在测量到两个动子定位销时光栅尺滑块在光栅尺导轨上的绝对位置。设检测到第一定位销a、第二定位销b的位置分别为Xa、Xb。根据Xa、Xb查找误差补偿的数据库，确定光电位移传感器在这两个位置时，光电位移传感器与工作平台之间的纵向距离为da’、db’。可以得出两个动子定位销转到水平位置，驱动机构动子需要转动的角度θ＝arcsin((d

本发明的有益效果在于：

1、本发明在纵向光轴与光轴转接块的连接处采用抱紧连接，通过螺钉锁紧的方式实现松紧，使得测量机构的测量高度可自由调节。

2、本发明采用直线模组控制主滑块做横向运动，提高了测量过程的自动化水平。

3、本发明采用旋转控制机构的伺服电机控制驱动机构的旋转运动，提高了调零过程的自动化水平。

4、本发明采用直线模组滑块上拨杆的球形端与主滑块的方槽口做点面接触的接触方式，相比于直线模组滑块和主滑块直接刚性连接的方式，消除了直线模组滑块运动时由于跳动使得主滑块的纵向位移产生的误差，提高了测量机构的测量精度。

5、本发明采用主滑块上增加配重架，配重架上加配重的方式来增加预紧力，提高了主滑块在移动过程中的稳定性，保证了测量机构的测量精度。

6、本发明在主轴上加入角度编码盘反馈主轴实际转动的角度，实现了闭环控制；并在万向节上增加扭簧来消除万向节的回转间隙；此外，在旋转控制机构的伺服电机停止驱动时，通过制动器及时停止主轴的转动，实现了旋转控制机构对旋转角度高精度的控制。

7、本发明采用光栅尺对主滑块在做横向运动过程时进行绝对定位，并在测量过程中记录了不同位置下光电位移传感器与工作平台之间的纵向距离，作为误差补偿的数据库；在测量驱动机构动子上两个定位销与光电位移传感器的距离时，通过光栅尺提供的位置数据和光电位移传感器的测量数据，间接确定光电位移传感器在测量到两个定位销时在光栅尺上的绝对位置，并以此查找误差补偿的数据库获取并计算误差数值，从而消除直线导轨平面与工作平台不完全平行产生的纵向误差，提高了测量机构实际测量的准确性。

附图说明

图1是本发明一种测量驱动机构机械零位并进行机械调零的装置的整体结构示意图。

图2是本发明安装平台的结构示意图。

图3是本发明旋转控制机构的左视图。

图4是本发明测量机构的结构示意图。

图5是本发明直线运动引导装置的俯视图。

图6是本发明辅助测量装置的结构示意图。

图7是本发明位移测量装置的左视图。

图8是本发明驱动机构的结构示意图。

图中：1-安装平台、11-支撑架、12-工作平台、13-安装立架、14-定位块、2-旋转控制机构、21-伺服电机、22-减速器、23-主轴、24-制动器、25-制动器支架、26-角度编码盘、27-胀套、28-编码器转接块、29-万向节、210-扭簧、211-底板、212-减速器支架、3-测量机构、31-直线运动引导装置、311-支撑横梁、312-直线导轨、313-直线模组主体、314-直线模组支撑架、315-直线模组滑块、316-直线模组伺服电机、317-拨杆、318-直线导轨滑块、32-辅助测量装置、321-光栅尺导轨、322-光栅尺滑块、323-光栅尺支撑架、33-位移测量装置、331-主滑块、332-横向光轴支撑座、333-配重架、334-配重、335-横向光轴、336-光轴转接块、337-纵向光轴、338-纵向光轴支撑座、339-光电位移传感器安装板、3310-光电位移传感器、4-驱动机构、41-动子、410-动子定位销、42-定子。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1～8所示，一种测量驱动机构机械零位并进行机械调零的装置，包括安装平台1、旋转控制机构2、测量机构3和驱动机构4。

所述安装平台1包括支撑架11、工作平台12、安装立架13和定位块14，支撑架11设置在地面上，工作平台12水平安装在支撑架11上，工作平台12上表面上开设方槽，定位块14设置在工作平台12表面的方槽中，所述安装立架13设置有两根，两根安装立架13均竖直固定在工作平台12上。安装立架13关于工作平台12的一条中轴线对称设置，而方槽的中轴线与工作平台12的中轴线重合。定位块14能够保证每次驱动机构4都安装在准确的位置。

所述测量机构3安装在安装平台1的两根安装立架13上，旋转控制机构2安装在工作平台12上且旋转控制机构2设置在两根安装立架13之间，驱动机构4通过定位块14安装在工作平台12上，所述旋转控制机构2的输出端连接所述驱动机构4的输入端，旋转控制机构2用于控制所述驱动机构4旋转并反馈旋转角度；测量机构3用于测量所述驱动机构4的机械零位的实际偏差。

所述旋转控制机构2包括伺服电机21、减速器22、主轴23、制动器24、制动器支架25、角度编码盘26、胀套27、编码器转接块28、万向节29、底板211和减速器支架212，所述伺服电机21的输出端与所述减速器22的输入端连接，伺服电机21固定在减速器22的外壳上，所述减速器22通过减速器支架212固定在底板211上，所述底板211安装在两根安装立架13之间的工作平台12上；所述减速器22的输出端连接主轴23的一端，主轴23的另一端穿过制动器支架25后通过胀套27连接编码器转接块28；所述制动器24和角度编码盘26均套装在主轴23上，制动器24通过制动器支架25安装在固定在底板211上，制动器24安装在制动器支架25靠近减速器22的侧面上，角度编码盘26固定在编码器转接块28上；所述万向节29的一端与编码器转接块28固定连接，万向节29的另一端连接驱动机构4的输入端；所述伺服电机21的输出轴、减速器22、主轴23、制动器24、角度编码盘26、胀套27、编码器转接块28和万向节29的输入端的轴线的在同一条直线上。

胀套27的结构为轴状，胀套27的一端为与主轴23相配合的轴孔，主轴23与胀套27的一端固定连接，编码器转接块28呈法兰盘状，编码器转接块28上开有与胀套27相配合的轴孔，胀套27的膨胀端与编码器转接块28上的轴孔过盈配合。角度编码盘26通过螺栓与编码器转接块28固定连接，角度编码盘26与胀套27、编码器转接块28同步转动。

所述万向节29上套装有扭簧210，扭簧210的一端连接所述万向节29的输入端，扭簧210的另一端连接万向节29的输出端。

所述测量机构3包括直线运动引导装置31、辅助测量装置32和位移测量装置33。

所述直线运动引导装置31包括支撑横梁311、直线导轨312、直线模组主体313、直线模组支撑架314、直线模组滑块315、直线模组伺服电机316、拨杆317和直线导轨滑块318，所述支撑横梁311水平安装在两根安装立架13上，直线模组主体313通过直线模组支撑架314固定在支撑横梁311上，直线导轨312固定安装在支撑横梁311上且直线导轨312平行于直线模组主体313设置，直线导轨滑块318套装在直线导轨312上，直线模组伺服电机316连接直线模组主体313的输入端并驱动直线模组主体313上的直线模组滑块315进行直线运动，所述拨杆317的一端直线模组滑块315固定连接，拨杆317的另一端为球状。

所述位移测量装置33包括主滑块331、横向光轴支撑座332、配重架333、配重334、横向光轴335、光轴转接块336、纵向光轴337、纵向光轴支撑座338、光电位移传感器安装板339和光电位移传感器3310，所述主滑块331固定在直线导轨滑块318上，配重架333安装在主滑块331上，配重334放置在所述配重架333上；主滑块331上还设置有横向光轴支撑座332，横向光轴335的一端固定在横向光轴支撑座332上，所述横向光轴335的另一端连接光轴转接块336；所述纵向光轴337竖直安装在所述光轴转接块336上，纵向光轴支撑座338固定在纵向光轴337下端；所述光电位移传感器安装板339与纵向光轴支撑座338固定连接，光电位移传感器3310竖直安装在光电位移传感器安装板339上，光电位移传感器3310的探头竖直向下设置；所述主滑块331靠近直线模组滑块315的一侧设置有方槽口，拨杆317的球状一端伸入主滑块331的方槽口内，直线模组伺服电机316驱动直线模组滑块315运动时通过拨杆317带动位移测量装置33和直线导轨滑块318组成的整体沿着直线运动。

所述纵向光轴337的横截面形状为半圆形和矩形的组合型。

所述辅助测量装置32包括光栅尺导轨321、光栅尺滑块322和光栅尺支撑架323，光栅尺导轨321通过光栅尺支撑架323固定在支撑横梁311的侧面，光栅尺导轨321平行于直线导轨312设置，光栅尺滑块322套装在光栅尺导轨321上，光栅尺滑块322与主滑块331远离直线模组滑块315的一侧固定连接。

所述驱动机构4上设置有两个动子定位销410，动子定位销410设置在驱动机构4的动子41上，两个动子定位销410关于驱动机构4的输入端的轴线对称设置。所述驱动机构4包括动子41和定子42，定子42包括驱动电机的外壳，定子42底部通过定位块14固定在工作平台12上，动子41设置在定子42内部。

本发明的一种测量驱动机构4机械零位并进行机械调零的方法，具体包括如下步骤：

步骤一：拧松光轴转接块336上用于固定纵向光轴337的螺栓，使纵向光轴337能够在竖直方向移动；调节纵向光轴337的高度直至与纵向光轴337固定连接的光电位移传感器3310能够测量到工作平台12的上表面；再拧紧光轴转接块336上用于固定纵向光轴337的螺栓，使纵向光轴337不可纵向移动；

步骤二：驱动直线运动引导装置31的直线模组伺服电机316，使直线模组滑块315沿着直线模组主体313进行滑动，直线模组滑块315运动时通过拨杆317带动主滑块331沿着直线导轨312进行运动，进而带动光电位移传感器3310在水平方向上直线运动；同时，光电位移传感器3310测量并记录不同位置下光电位移传感器3310与工作平台12之间的纵向距离；根据光栅尺滑块322运动产生的位置数据和光电位移传感器3310的测量数据，作为误差补偿的参照数据；

步骤三：将驱动机构4通过定位块14安装在工作平台12上，将驱动机构4的动子41与旋转控制机构2的万向节29输出端固定连接；将驱动机构4的定子42用螺丝固定于工作平台12上；

步骤四：拧松光轴转接块336上用于固定横向光轴335的螺栓，光轴转接块336在横向光轴335上移动，调节横向光轴335的位置直至光电位移传感器3310能够测量到驱动机构4动子41上的两个动子定位销410；再拧紧光轴转接块336上用于固定横向光轴335的螺栓，使光轴转接块336不可纵向移动；

步骤五：驱动直线模组伺服电机316，使直线模组滑块315沿着直线模组主体313进行滑动，直线模组滑块315运动时通过拨杆317带动主滑块331沿着直线导轨312进行运动，进而带动光电位移传感器3310在水平方向上直线运动；同时，光电位移传感器3310测量并记录驱动机构4动子41上两个动子定位销410与光电位移传感器3310的距离；计算出驱动机构4动子41转动到机械零位需要转动的实际角度θ；

步骤六：驱动旋转控制机构2的伺服电机21工作，伺服电机21的输出端经过减速器22放大输出力矩并减小输出转速后带动主轴23旋转，从而带动主轴23上的角度编码盘26和万向节29进行旋转；驱动机构4的动子41随着万向节29进行旋转，同时角度编码盘26实时反馈万向节29实际的转动角度；当角度编码盘26反馈的转动角度为θ，立即停止旋转控制机构2的伺服电机21；

步骤七：检验驱动机构4的机械零位是否达到要求，重复步骤五和步骤六，直至驱动机构4的机械零位达到要求；

步骤八：卸下已完成机械调零的驱动机构4，将下一个待机械调零的驱动机构4重复步骤三至步骤七，直至所有驱动机构4完成机械调零。

上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。