專利名稱：一種基于傳感器自感知的主軸回轉(zhuǎn)誤差測量調(diào)心裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及主軸動態(tài)回轉(zhuǎn)精度的測量領(lǐng)域，特別涉及一種基于傳感器自感知的主軸回轉(zhuǎn)誤差測量調(diào)心裝置，解決了主軸回轉(zhuǎn)誤差測量的傳感器安裝調(diào)心問題。
背景技術(shù)：
近年來隨著對加工精度的要求越來越高，對主軸回轉(zhuǎn)誤差的控制顯得更加重要。 主軸回轉(zhuǎn)誤差也是反映機(jī)床動態(tài)性能好壞的關(guān)鍵指標(biāo)之一，通過對回轉(zhuǎn)誤差的測試與分析，可以預(yù)測理想加工條件下機(jī)床所能達(dá)到的最小形狀誤差、表面質(zhì)量和粗糙度，也可以用于機(jī)床加工預(yù)測和補(bǔ)償控制，判斷產(chǎn)生加工誤差的原因，以及機(jī)床的狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷， 還可為機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)誤差預(yù)測、控制提供重要的測試基礎(chǔ)。所以，對精密和高精密機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)誤差的測試技術(shù)，尤其是在線動態(tài)測試技術(shù)的研究具有重要的意義。
有文獻(xiàn)指出“對測量結(jié)果影響最大的是傳感器”。影響包括性能和安裝兩方面。 高精度傳感器是測試系統(tǒng)的精度保障，同時對安裝精度提出了更高的要求，以保障充分發(fā)揮傳感器性能、得到高精度的測試結(jié)果。而針對主軸回轉(zhuǎn)誤差的動態(tài)測量方法(如，三點法等)對傳感器安裝都具有較高要求，其安裝難點在于三個傳感器按一定角度要求布置在垂直被測試軸軸線的同一截面上，且三個傳感器所在軸線交匯于一點。為了達(dá)到以上條件， 滿足測試要求，必須采用高精度的傳感器定位裝置。因此，設(shè)計一種基于傳感器自感知的主軸回轉(zhuǎn)誤差測量調(diào)心裝置是非常有必要的，對提高主軸回轉(zhuǎn)誤差測量精度具有重要意義。發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種基于傳感器自感知的主軸回轉(zhuǎn)誤差測量調(diào)心裝置，根據(jù)傳感器的讀數(shù)來調(diào)整傳感器的位置，最終將傳感器布置在垂直于被測軸軸線的同一個截面上，且傳感器所在軸線交匯于一點；即最大程度的減少傳感器的安裝偏心、安裝錯位和安裝傾斜，提高傳感器的安裝精度，從而提高主軸回轉(zhuǎn)誤差的測量精度。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取如下的技術(shù)解決方案
一種基于傳感器自感知的主軸回轉(zhuǎn)誤差測量調(diào)心裝置，包括傳感器自動對心模塊 4，傳感器自動對心模塊4的外表面上緊固連接有同軸調(diào)整模塊5，傳感器自動對心模塊4 一端均勻布置三個傳感器位移調(diào)整模塊，每個傳感器位移調(diào)整模塊為基于柔性鉸鏈的對稱平行四桿機(jī)構(gòu)，兩平行四桿之間的中間圓孔2為傳感器安裝位置，中間圓孔2的上下兩側(cè)為方框挖空區(qū)域，一側(cè)安裝第一壓電陶瓷1，另一側(cè)安裝復(fù)位彈簧3。
所述的同軸調(diào)整模塊5截面基于四個柔性鉸鏈設(shè)計的X-Y正交微動調(diào)整機(jī)構(gòu)6，對稱的正交微動調(diào)整機(jī)構(gòu)6采用柔性鉸鏈的對稱平行四桿機(jī)構(gòu)，水平方向左側(cè)正交微動調(diào)整機(jī)構(gòu)6安裝有第二壓電陶瓷7，垂直方向一側(cè)正交微動調(diào)整機(jī)構(gòu)6安裝有第三壓電陶瓷8。
本發(fā)明首先通過同軸調(diào)整模塊5經(jīng)過水平與垂直方向的微調(diào)，將三個傳感器電壓讀數(shù)調(diào)整一致，實現(xiàn)等距測量，保證測量裝置與被測主軸同軸；然后通過傳感器自動對心模塊4找到傳感器探頭沿測量軸線與主軸表面的最短距離，同理，找出其余傳感器探頭與主軸表面的最短距離，使得傳感器所在軸線交匯于一點。本發(fā)明解決了傳感器安裝偏心，錯位和傾斜的問題，由于采用柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)設(shè)計，使其結(jié)構(gòu)簡單，定位準(zhǔn)確，重復(fù)性好。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為圖1的左視圖。
圖3為同軸調(diào)整模塊5結(jié)構(gòu)原理圖。
圖4為同軸調(diào)整模塊5調(diào)整示意圖。
圖5為傳感器自動對心模塊4自感知調(diào)心示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
參照圖1，一種基于傳感器自感知的主軸回轉(zhuǎn)誤差測量調(diào)心裝置，包括傳感器自動對心模塊4，傳感器自動對心模塊4的外表面上緊固連接有同軸調(diào)整模塊5，傳感器自動對心模塊4 一端均勻布置三個傳感器位移調(diào)整模塊，每個傳感器位移調(diào)整模塊為基于柔性鉸鏈的對稱平行四桿機(jī)構(gòu)，采用壓電驅(qū)動、柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)傳動的重復(fù)精度達(dá)到0. 05 μ m，兩平行四桿之間的中間圓孔2為傳感器安裝位置，中間圓孔2的上下兩側(cè)為方框挖空區(qū)域，一側(cè)安裝第一壓電陶瓷1，另一側(cè)安裝復(fù)位彈簧3。
參照圖5，傳感器自動對心模塊4在調(diào)整裝置與主軸同軸度時，對比三個傳感器的輸出電壓，經(jīng)過不斷微調(diào)，實現(xiàn)三個輸出電壓處于等距測量的預(yù)設(shè)精度范圍之內(nèi)，完成被測主軸與測量機(jī)構(gòu)的同軸調(diào)整；在三傳感器自動對心時，由第一壓電陶瓷1驅(qū)動傳感器位置調(diào)整機(jī)構(gòu)沿傳感器測量軸切向方向移動，獲得傳感器探頭與被測軸表面距離的電壓數(shù)據(jù)， 繪制變化曲線，找出其傳感器探頭與主軸表面的最短距離所對應(yīng)的位置，使得傳感器測量軸線通過被測主軸軸心，三傳感器測量軸線分別調(diào)整通過軸心，即實現(xiàn)三傳感器的自動對心。由于柔性鉸鏈的對稱平行四桿機(jī)構(gòu)具有無間隙、無機(jī)械摩擦和運(yùn)動靈敏度高等優(yōu)點，因此本發(fā)明采用基于柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)的對稱平行四桿機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)直線移動，傳感器安裝定位孔中間圓孔2設(shè)計在中間，一邊安裝第一壓電陶瓷1，一邊安裝復(fù)位彈簧3。加電壓后，產(chǎn)生變形，對柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)作用壓力，使機(jī)構(gòu)發(fā)生變形，從而帶動傳感器移動，并基于傳感器自身測量數(shù)據(jù)實現(xiàn)對心調(diào)整。
參照圖2和圖3，所述的同軸調(diào)整模塊5截面基于四個柔性鉸鏈設(shè)計的X-Y正交微動調(diào)整機(jī)構(gòu)6，對稱的正交微動調(diào)整機(jī)構(gòu)6采用柔性鉸鏈的對稱平行四桿機(jī)構(gòu)，水平方向左側(cè)正交微動調(diào)整機(jī)構(gòu)6安裝有第二壓電陶瓷7，垂直方向一側(cè)正交微動調(diào)整機(jī)構(gòu)6安裝有第三壓電陶瓷8。
同軸調(diào)整模塊5用于保證整個傳感器安裝裝置的幾何中心與被測軸同軸，可在垂直和水平方向微調(diào)。為了解決安裝傾斜的問題，保證裝置的同軸度安裝，該裝置設(shè)有兩個截面來進(jìn)行微調(diào)。
本發(fā)明的工作原理為
首先進(jìn)行被測軸與測量裝置同軸的工作，先將傳感器安裝于調(diào)中間圓孔2，手動調(diào)整，將傳感器的電壓讀數(shù)調(diào)整比較接近，視為初調(diào)；然后再通過同軸調(diào)整模塊5精調(diào)，保證測量裝置與標(biāo)準(zhǔn)主軸幾何中心同軸。如圖4所示，將0與0’重合，這是后續(xù)調(diào)心的基礎(chǔ)。如圖3所示，當(dāng)1位置受到第二壓電陶瓷7作用力時，(由材料力學(xué)可知桿受到拉力比受到壓力產(chǎn)生的變形更穩(wěn)定，所以采用杠桿原理將壓力轉(zhuǎn)換成更大的拉力)，2位置便受到更大的拉力作用于柔性鉸鏈，可是A位置的柔性鉸鏈在水平上具有高剛性，不產(chǎn)生變形，此力會作用在B和C位置的柔鉸機(jī)構(gòu)上，從而產(chǎn)生彎曲變形。B和C就組成了對稱的平行四桿機(jī)構(gòu)，可以使測量裝置軸線水平方向向左移動，從而達(dá)到傳感器安裝裝置的水平微調(diào)。同理， 垂直方向的壓電作用，會實現(xiàn)測量裝置軸線在垂直方向上的微位移。這樣就實現(xiàn)了傳感器安裝位置在水平、垂直兩個方向上的微調(diào)整。通過測量裝置水平和垂直的調(diào)整，改變傳感器與主軸表面的距離，調(diào)整軸心到三個傳感器與主軸表面的距離一致的位置。此位置，就是三個傳感器探頭的外接圓圓心與被測主軸的最小二乘圓心重合的位置，即測量機(jī)構(gòu)的中心與主軸圓心重合。兩點決定一條直線，在測量裝置兩端，分別設(shè)計安裝有同軸調(diào)整模塊5，這就保障了可調(diào)機(jī)構(gòu)與被測主軸的同軸度，即解決了傳感器安裝傾斜問題。保障裝置與被測軸同軸是后續(xù)傳感器調(diào)心的基礎(chǔ)。
其次進(jìn)行自動調(diào)心的工作傳感器自動調(diào)心模塊的原理示意圖如圖5所示。如圖1所示，通電后，調(diào)整第一壓電陶瓷1的電壓驅(qū)動，基于柔性鉸鏈的平行四桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行微位移，帶動傳感器沿切向直線移動，不斷的調(diào)整，讀取傳感器輸出的電壓值，擬合每個位置對應(yīng)的電壓變化曲線，從而找出傳感器探頭與標(biāo)準(zhǔn)主軸表面的最短距離；運(yùn)用相同的方法， 可以找到另外兩個傳感器探頭與主軸輪廓的最短距離，從而保證三支傳感器測量中心線交匯。
至此，基于傳感器自感知的自動調(diào)心裝置功能達(dá)到主軸動態(tài)回轉(zhuǎn)誤差測量的實驗要求。
權(quán)利要求
1.一種基于傳感器自感知的主軸回轉(zhuǎn)誤差測量調(diào)心裝置，其特征在于，包括傳感器自動對心模塊G)，傳感器自動對心模塊的外表面上緊固連接有同軸調(diào)整模塊(5)，傳感器自動對心模塊(4) 一端均勻布置三個傳感器位移調(diào)整模塊，每個傳感器位移調(diào)整模塊為基于柔性鉸鏈的對稱平行四桿機(jī)構(gòu)，兩平行四桿之間的中間圓孔( 為傳感器安裝位置， 中間圓孔O)的上下兩側(cè)為方框挖空區(qū)域，一側(cè)安裝第一壓電陶瓷(1)，另一側(cè)安裝復(fù)位彈簧⑶。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于傳感器自感知的主軸回轉(zhuǎn)誤差測量調(diào)心裝置，其特征在于，所述的同軸調(diào)整模塊(5)截面基于四個柔性鉸鏈設(shè)計的X-Y正交微動調(diào)整機(jī)構(gòu) (6)，對稱的正交微動調(diào)整機(jī)構(gòu)(6)采用柔性鉸鏈的對稱平行四桿機(jī)構(gòu)，水平方向左側(cè)正交微動調(diào)整機(jī)構(gòu)(6)安裝有第二壓電陶瓷(7)，垂直方向一側(cè)正交微動調(diào)整機(jī)構(gòu)(6)安裝有第三壓電陶瓷(S)0
全文摘要
一種基于傳感器自感知的主軸回轉(zhuǎn)誤差測量調(diào)心裝置，包括傳感器自動對心模塊，傳感器自動對心模塊的外表面上緊固連接有同軸調(diào)整模塊，傳感器自動對心模塊一端均勻布置三個傳感器位移調(diào)整模塊，每個傳感器位移調(diào)整模塊為基于柔性鉸鏈的對稱平行四桿機(jī)構(gòu)，兩平行四桿之間的中間圓孔為傳感器安裝位置，中間圓孔的上下兩側(cè)為方框挖空區(qū)域，一側(cè)安裝第一壓電陶瓷，另一側(cè)安裝復(fù)位彈簧，首先通過同軸調(diào)整模塊經(jīng)過水平與垂直方向的微調(diào)，將三個傳感器電壓讀數(shù)調(diào)整一致，實現(xiàn)等距測量，保證測量裝置與被測主軸同軸，找到傳感器探頭沿測量軸線與主軸表面的最短距離，使得傳感器所在軸線交匯于一點，具有結(jié)構(gòu)簡單，定位準(zhǔn)確，重復(fù)性好的特點。
文檔編號B23Q17/00GK102513880SQ201110386138
公開日2012年6月27日 申請日期2011年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月29日
發(fā)明者張四聰, 徐光華, 梁霖, 王菲, 羅愛玲 申請人:西安交通大學(xué)