专利名称：一种端面跳动与偏摆的测量装置及方法
技术领域：
本发明属于精密装配技术领域，涉及一种端面跳动与偏摆的测量装置及方法，用 于回转运动平台回转精度的在线测量。
背景技术：
在精密微小器件的装配中，当需要对回转元件进行精密分度装配时，不可避免的 会用到回转运动平台，且回转运动平台的跳动与偏摆对于被装配元件的装配姿态具有重要 影响。通常回转运动平台出厂时会有径向和轴向跳动指标，此外，由于回转运动平台安装轴 线与理想安装轴线不重合，由此会带来装配偏摆误差。跳动和偏摆对精密装配的精度具有 重大影响，需要通过简单有效的方法测量出来以便进行补偿。通常，对机床、精密运动平台等设备中的回转件以及齿轮等回转体的跳动和偏摆 是分别测量的。在跳动检测方面，基于PSD和激光三角法可以实现感应式电能表转盘的跳 动误差检测。检测时，半导体激光器发出的光束经透镜汇聚后投射到待检转盘边缘的表面 上，漫反射激光的一部分被成像透镜收集，并将光束的投射点成像在PSD光敏面上。转盘转 动时，其跳动误差信号可由PSD的检测孙长敬，单越康，电测与仪表，2008(6)，10-11。该 方法可快速精确地测出圆盘的跳动。但是存在系统结构和控制算法复杂，成本较高的问题。 不利于与装配系统集成，进行在线检测。对于机床主轴这类杆状元件，可采用电磁力自动 抑制的技术，应用径向跳动产生的磁力线圈间隙变化引起的电磁力矩变化，以轴向磁力线 圈和径向磁力线圈分别抑制主轴径向跳动引起的偏摆和径向位移，从而抑制主轴径向跳动中国发明专利机床主轴跳动主动抑制方法及装置，申请(专利)号=200610098079. 1。 该方法可以提高主轴精度。但是该方法适用于细长轴类元件的径向跳动补偿，不适用于回 转运动平台的端面跳动测量与补偿。在偏摆检测方面，多数基于千分表和定位机构进行测量。例如可采用在偏摆测量 仪座一端安装手轮，配合V型主动槽轮与从动槽轮，使得千分表座可以沿导轨做往复直线 运动，避免了手工推动或齿条传动带来的误差，提高检测精度中国实用新型专利多功能 偏摆检测仪，申请(专利)号200620031842.4。另一种应用于封闭空心轴类零件装配用 的径向偏摆测量装置，其测量功能主要由内径千分表实现，应用于飞机发动机的高压和低 压转子轴的安装中国实用新型专利封闭空心轴类零件装配用的径向偏摆测量装置，申请 (专利)号=200720081711. 1。上述两种方法采用千分表读数，较难与计算机控制的装配 系统集成。此外，该类装置通常都是专用设备，与装配系统的装配单元非一体设计，也会引 入测量误差，影响装配精度。综上所述，已有的跳动和偏摆检测方法很难在线对回转运动平台类器件的端面跳动 和偏摆进行快速和精确的检测，并将采集到的信号输入计算机控制系统以便进行后续处理。

发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于双电感测微仪的端面跳动和偏摆测量装置及方法，实现回转运动平台的端面跳动和偏摆的在线测量。本发明的技术方案如下 该端面跳动与偏摆测量装置包括第一电感测微仪、第二电感测微仪、X方向运动导 轨、Y方向运动导轨、Z方向运动导轨、安装板、运动控制卡、数据采集卡和计算机组成。第 一电感测微仪、第二电感测微仪和作业单元安装在安装板上，计算机通过运动控制卡控制X 方向运动导轨、Y方向运动导轨和Z方向运动导轨来移动安装板；计算机同时记录两个电感 测微仪和作业单元的位置信息，通过数据采集卡输入计算机。其使用方法如下两个电感测微仪的测量位置与回转运动平台的中心共线，且关于回转运动平台中 心轴线对称。两个电感测微仪与作业单元安装在同一安装板上，该安装板的位置由运动导 轨控制。在回转运动平台初始位置，先驱动运动导轨，将电感测微仪移动到测量位置。此时 两个电感测微仪位置点的连线中心与回转运动平台的回转轴线重合。电感测微仪接触回转 运动平台的待测表面，得到的读数信号经数据采集卡输入计算机，电感测微仪的信号与计 算机中已有的测量方向(上运动导轨的位置信息叠加后，获得回转运动平台待测端面被测 点的初始位置信息。然后，回转运动平台回转到装配任务所设定的角度。之后重复上述测量操作，驱动 运动导轨，将电感测微仪移动到检测位置，获得此刻回转运动平台测量端面被测点的位置 信息，将回转运动平台回转前后测量端面被测两点的位置信息比对，可计算获得回转运动 平台回转前后被测两点的位置变化量A1及Δ2。由于A1 = L*tane + s/C0Se，Δ2 = L · tan θ-δ/cos θ，式中L为被测点距回转运动平台回转中心的径向距离，δ、θ分别为 所求转动前后回转运动平台的端面跳动及偏摆角度。故根据上述公式可以计算获得回转运
动平台转动前后的偏摆角为没= arctan^^，端面跳动为5 = -。本发明的效果和益处是利用电感测微仪进行端面跳动和偏摆测量，可实现快速 读数，精度优于千分表；电感测微仪的安装板与作业单元的安装板一体，减小了测量基准不 同引入的测量误差；采用双电感测微仪进行测量，且电感测微仪的测量位置对称位于回转 运动平台两侧，可同时测得端面跳动和偏摆信息；电感测微仪的测量位置可通过变换运动 导轨的运动信息来更改，从而可对应多个不同的测量位置，而无需重新安装更改硬件，方便 灵活；电感测微仪由运动导轨驱动，电感测微仪的数据以及运动导轨的位置信息可以及时 输入计算机控制系统进行计算分析并记录。


图1是本发明的端面跳动与偏摆测量装置组成示意图。图2是本发明的测量方法示意图。图中1X方向运动导轨；2Y方向运动导轨；3Z方向运动导轨；4安装板；5第一电 感测微仪；6第二电感测微仪；7作业单元；8运动控制卡；9数据采集卡；10计算机；11回转 运动平台。
具体实施例方式下面结合技术方案和附图详细叙述本发明专利的具体实施例。端面跳动与偏摆测量系统由X方向运动导轨1，Y方向运动导轨2，Z方向运动导轨 3，安装板4，第一电感测微仪5，第二电感测微仪6，作业单元7，运动控制卡8，数据采集卡9 及计算机10组成。上述装置用于测量自动化装配系统中的回转运动平台11在转动过程中 出现的端面跳动和偏摆。首先，在回转运动平台11初始位置，X方向运动导轨1，Y方向运动导轨2和Z方 向运动导轨3带动安装在安装板4上的两个电感测微仪5、6精确运动至回转运动平台的初 始位置，并保证此时两个电感测微仪的连线的中心点与回转运动平台11的回转轴线重合。 两个电感测微仪5、6与回转运动平台11的测量端面接触，得到的位移信号由数据采集卡9 输 入计算机10，然后将两个电感测微仪5、6测得的位移信号与计算机中已有的测量方向上 导轨的位置信息叠加，获得此时回转运动平台11待测端面被测点的位置信息。回转运动 平台11回转到装配任务所设定的角度；重复上述测量操作，获得此刻回转运动平台11测 量端面被测点的位置信息，与回转运动平台11的初始位置信息比对，可计算获得回转运动 平台11回转前后被测点的位置变化量八工及Δ2。由于=A1 = L ^tan θ+ δ/cos θ，Δ2 = L Mane-SAose,其中L为被测点距回转运动平台回转中心的径向距离，δ、θ分别为 所求转动前后回转运动平台的端面跳动量及偏摆角度值。根据上述公式可以计算获得回转
运动平台转动前后的偏摆角为没= arctan^^，端面跳动为5 = -。
权利要求
一种基于双电感测微仪的端面跳动和偏摆测量装置，其特征在于该端面跳动与偏摆测量装置包括X方向运动导轨(1)、Y方向运动导轨(2)、Z方向运动导轨(3)、安装板(4)、第一电感测微仪(5)、第二电感测微仪(6)、运动控制卡(8)、数据采集卡(9)和计算机(10)组成；第一电感测微仪(5)、第二电感测微仪(6)和作业单元(7)均安装在安装板(4)上，计算机(10)通过运动控制卡(8)控制X方向运动导轨(1)、Y方向运动导轨(2)和Z方向运动导轨(3)来移动安装板(4)；两个电感测微仪(5)、(6)检测到的位置信息通过数据采集卡(9)输入计算机(10)，运动导轨的位置信息通过运动控制卡(8)输入计算机(10)。
2.使用权利要求1所述装置的方法，其特征在于如下步骤，(1)两个电感测微仪(5)、(6)的测量位置与回转运动平台(11)的中心共线，且关于回 转运动平台(11)中心轴线对称，同时，检测装置与作业单元(7)安装在同一安装板(4)上；(2)在回转运动平台(11)初始位置，先驱动运动导轨⑴、(2)、(3)，将电感测微仪(5)、 (6)移动到测量位置；此时两个电感测微仪(5)、(6)的连线的中心点与回转运动平台(11) 的回转轴线重合；电感测微仪(5)、(6)接触回转运动平台(11)的待测表面，得到的读数信 号经数据采集卡(9)输入计算机(10)，电感测微仪(5)、(6)的信号与计算机(10)中已有 的测量方向上运动导轨的位置信息叠加后，获得此时回转运动平台(11)待测端面被测点 的位置信息；(3)回转运动平台(11)回转到装配任务所设定的角度；重复上述测量操作，驱动运动 导轨(1)、(2)、(3)，将电感测微仪(5)、(6)移动到测量位置，获得此刻回转运动平台(11) 测量端面被测点的位置信息，与回转运动平台(11)回转初始位置信息比对，可计算获得回 转运动平台回转前后被测点的位置变化量^R Δ2，然后可计算得回转运动平台转动前后的偏摆角为没= arctan^^，端面跳动为5 = -，其中L为被测点距回转运动平台回转中心的径向距离。
全文摘要
本发明公开了一种基于双电感测微仪的端面跳动和偏摆检测装置与方法，实现回转运动平台的端面跳动和偏摆的在线测量。该装置由两个电感测微仪、安装板、X、Y、Z方向运动导轨组成，运动控制卡、数据采集卡及计算机组成，两个电感测微仪与作业单元均安装在安装板上。运动导轨驱动两电感测微仪移动至测量位置采集回转平台测量端面被测点处的位置信息，通过数据采集卡传输至计算机，计算机再结合已有的测量方向上导轨位置信息，获得此时回转平台测量端面被测点的实际位置信息。对回转运动平台在初始位置和工作位置分别进行两次测量，对比两次测量所获得的端面被测点的位置信息，可计算获得回转运动平台在工作位置的端面跳动和偏摆。
文档编号G01B7/00GK101968340SQ20101028662
公开日2011年2月9日 申请日期2010年9月19日 优先权日2010年9月19日
发明者严卫, 孙金, 张涛, 王东辉, 王密信, 王晓东, 罗怡 申请人:大连理工大学