CN105043758A - 精密伺服机构齿轮传动误差测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种精密伺服机构齿轮传动误差测量装置。包括在主动齿轮轴和从动齿轮轴上设置棱镜安装装置，其中在棱镜安装装置上安装有多面体棱镜，与自准直仪共同组成精密伺服机构齿轮传动误差测量装置。将齿轮传动机构主动齿轮轴和从动齿轮轴通过棱镜安装装置和多面体棱镜进行连接，并使多面体棱镜中心与齿轮传动机构主动齿轮轴、从动齿轮轴同轴，使自准直仪对准多面体棱镜工作反射面。电机驱动齿轮传动***，自准直仪发射的光束经所述多面体棱镜反射回所述自准直仪，记录偏转角度，计数装置记录多面体棱镜旋转工作面数，结果经计算后可以求得齿轮传动***的传动误差。该装置安装简便、有效实用、测量精度高，适用于测量伺服机构精密传动***等其他精密轮传动***的传动误差。

Description

精密伺服机构齿轮传动误差测量装置

技术领域

本发明涉及齿轮传动误差测量领域，尤其涉及精密伺服机构齿轮传动误差的测量。

背景技术

精密传动机构是精密伺服***的重要组成部分，传动误差的存在是机械传动链中振动、噪声产生的主要因素之一，它严重影响伺服机构的传动精度与工作可靠性，因此，精确测量传动误差对研究伺服***有着重要意义。

目前，在测量传动误差领域，传统的方法多是采用全手动或半自动的方式进行，常规的传动误差测量也多是静态测量手段，而最影响伺服机构性能的是机构动态特性指标。然而，在现有的动态测量方法中，常用的主要有地震仪法、磁分度法和圆光栅法。磁分度法其分频后的信号频率变低，掩饰了分频前信号的一些细节特征，降低了测量精度，此方法不适合测量高速，高精度的传动链；地震仪法受仪器固有频率的限制，对1Hz以下的低频运动误差是不能测量的；圆光栅法需要较大空间安装磁盘，使测量过程变得复杂繁琐。以上方法均不适于测量精密伺服机构中的精密齿轮传动误差。

综上，研制一种安装简便、有效实用、测量精度高的精密伺服机构齿轮传动误差测量装置变得尤为重要。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种非接触、测量结果与测量距离无关、测量分辨率和精度高、使用方便、可靠的精密伺服机构齿轮传动误差测量装置。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种精密伺服机构齿轮传动误差测量装置，包括齿轮传动机构，输入端转角测量***和输出端转角测量***，输入端计数装置、输出端计数装置及采集显示处理装置9；

所述输入端转角测量***包括输入端多面体棱镜1、输入端测角自准直仪3，输入端多面体棱镜1固定连接在主动齿轮轴2上，输入端测角自准直仪3对准输入端多面体棱镜反射镜面中心，固定连接在输入端支撑座上，为了保证精度，在使用输入端多面体棱镜时，应使输入端多面体棱镜的回转中心与齿轮的回转中心重合，输入端测角自准直仪3的光轴应垂直于齿轮的回转轴线，同时，输入端测角自准直仪3视场中的刻度方向即敏感方向应垂直于齿轮的回转轴线，最终使输入端测角自准直仪准直光管发出的光经输入端多面体棱镜的侧面反射回来再进入输入端测角自准直仪准直光管。

所述输出端转角测量***包括输出端多面体棱镜5、输出端测角自准直仪4，输出端多面体棱镜5固定连接在从动齿轮轴6上，输出端测角自准直仪4对准输出端多面体棱镜反射镜面中心，固定连接在输入端支撑座上，为了保证精度，在使用多面体棱镜时，应使输出端多面体棱镜的回转中心与齿轮的回转中心重合，输出端测角自准直仪的光轴应垂直于齿轮的回转轴线，同时，输出端测角自准直仪视场中的刻度方向即敏感方向应垂直于齿轮的回转轴线，最终使输出端测角自准直仪准直光管发出的光经输出端多面体棱镜的侧面反射回来再进入输出端测角自准直仪准直光管。

所述输入端计数装置包括输入端多面体棱镜1、输入端计数自准直仪8，输入端多面体棱镜固定连接在主动齿轮轴，输入端计数自准直仪8对准输入端多面体棱镜反射镜面中心，固定连接在输入端支撑座上，为了保证精度，在使用输入端多面体棱镜时，应使输入端多面体棱镜的回转中心与齿轮的回转中心重合，输入端计数自准直仪的光轴应垂直于齿轮的回转轴线，同时，输入端计数自准直仪视场中的刻度方向即敏感方向应垂直于齿轮的回转轴线，最终使输入端计数自准直仪准直光管发出的光经输入端多面体棱镜的侧面反射回来再进入输入端计数自准直仪准直光管。

所述输出端计数装置包括输出端多面体棱镜5、输出端计数自准直仪7，输出端多面体棱镜固定连接在主动齿轮轴，输出端计数自准直仪7对准输出端多面体棱镜反射镜面中心，固定连接在输入端支撑座上，为了保证精度，在使用输出端多面体棱镜时，应使输出端多面体棱镜的回转中心与齿轮的回转中心重合，输出端计数自准直仪的光轴应垂直于齿轮的回转轴线，同时，输出端计数自准直仪视场中的刻度方向即敏感方向应垂直于齿轮的回转轴线，最终使输出端计数自准直仪准直光管发出的光经输出端多面体棱镜的侧面反射回来再进入输出端计数自准直仪准直光管。

所述输入端测角自准直仪3、输出端测角自准直仪4、输入端计数自准直仪8及输出端计数自准直仪7都与采集显示处理装置9连接。

所述输入端测角自准直仪3和输出端测角自准直仪4，包括分划板16和光电传感器12位于物镜11的两个共轭焦平面上，光源14经聚光镜15均匀照亮分划板，经由分光棱镜17、物镜11，出射平行光束，遇到多面体棱镜工作反射面10，平行光束返回由物镜汇聚，成像于光电探测器表面。

所述分划板是一种广泛使用的十字型分划板，当被测的反射镜偏转时，光电传感器12检测出十字分划板像13的移动距离，信号处理***对光电传感器输出信号进行处理，然后计算出多面体棱镜工作反射面转角。

所述输入端计数自准直仪和输出端计数自准直仪，包括分划板和光电传感器位于物镜的两个共轭焦平面上，光源经聚光镜均匀照亮分划板，经由析光镜、物镜，出射平行光束，遇到多面体棱镜工作反射面，平行光束返回由物镜汇聚，当多面体棱镜未完全偏转360/n度时，由于光束经过分光镜无法反射至光电传感器，因此分划板无法成像，采集显示处理装置对光电传感器输出信号进行处理，然后计算出旋转工作面数。

所述正多面体棱镜是角度的标准器，外形是正多边形，边数为n，其面数既可是偶数，也可是奇数。多面体棱镜工作反射面的位置以工作面的法线为准。在理想情况下，对于正12面多面体棱镜序号为n的工作面，其法线相对于棱镜起始序号工作面法线的转角为。

所述输入端多面体棱镜和主动齿轮轴的连接采用主动齿轮轴棱镜安装装置固定连接。

所述输出端多面体棱镜和从动齿轮轴的连接采用从动齿轮轴棱镜安装装置固定连接。

所述输入端测角自准直仪、输出端测角自准直仪、输入端计数自准直仪和输出端计数自准直仪连接到采集显示处理装置上。

所述输入端多面体棱镜和输出端多面体棱镜采用棱镜夹紧板固定。

所述输入端多面体棱镜和输出端多面体棱镜采用12面。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明转角测量***及计数装置结构示意图；

图3是本发明多面体棱镜结构示意图。

图中各标号表示：

1、输入端多面体棱镜2、主动齿轮轴

3、输入端测角自准直仪4、输出端测角自准直仪

5、输出端多面体棱镜6、从动齿轮轴

7、输出端计数自准直仪8、输入端计数自准直仪

9、采集显示处理装置10、多面体棱镜工作反射面

11、物镜12、光电传感器

13、十字分划板像14、光源

15、聚光镜16、分划板

17、分光棱镜18、工作面

19、减轻孔20、安装孔。

具体实施方式

如图1至图3所示，一种精密伺服机构齿轮传动误差测量装置，包括齿轮传动机构，输入端转角测量***和输出端转角测量***，输入端计数装置和输出端计数装置。

所述输入端转角测量***包括输入端多面体棱镜1、输入端测角自准直仪3。输入端多面体棱镜1具有准确夹角的正棱柱形量规，如图3所示，包括多面体棱镜工作反射面10、减轻孔19、安装孔20，安装孔20位于输入端多面体棱镜的中心，减轻孔19围绕安装孔20的***圆周均匀分布多个。多面体棱镜工作反射面具有良好的光学反射性能，常用于检定角度测量工具，测量时，利用自准直仪读数。

自准直仪常用于测量导轨的直线度、平板的平面度，所述输入端测角自准直仪3如图2所示，包括所述分划板16和所述光电传感器12位于物镜的两个共轭焦平面上，光源14经聚光镜15均匀照亮分划板16，经由分光棱镜17、物镜11出射平行光束，遇到多面体棱镜工作反射面10，平行光束返回由物镜11汇聚，成像于光电传感器12。

分划板16是一种广泛使用的十字型分划板，当被测的多面体棱镜工作反射面偏转时，光电传感器12检测出十字分划板像13的移动距离，信号处理***对光电传感器12输出信号进行处理，然后计算出多面体棱镜工作反射面10转角。输入端多面体棱镜1和主动齿轮轴实现零传动的测量。输入端多面体棱镜1固定连接在主动齿轮轴2上，输入端测角自准直仪3对准输入端多面体棱镜1反射镜面中心，实现非接触式检测，固定连接在支撑座上。

所述输出端转角测量***所采用零部件与输入端转角测量***相同，包括输出端多面体棱镜5、输出端测角自准直仪4，所述输出端多面体棱镜5固定连接在从动齿轮轴6上，所述输出端测角自准直仪4对准输出端多面体棱镜5反射镜面中心，固定连接在支撑座上。

所述输入端计数装置，包括输入端多面体棱镜1、输入端计数自准直仪8，输入端计数自准直仪8具有较小视场，只有当自准直仪光路对准输入端多面体棱镜1工作面时，分划板16才能成像，因此，输入端多面体棱镜1偏转一个工作面，输入端计数自准直仪8便会失去一次十字分划板像13，当输入端计数自准直仪8将数据传入到采集显示处理装置9便可以记录输入端多面体棱镜1旋转面工作面数。输入端多面体棱镜1固定连接在主动齿轮轴2上，输入端计数自准直仪8对准输入端多面体棱镜1反射镜面中心，固定连接在支撑座上。

所述输出端计数装置所采用零部件与输入端计数装置相同，包括输出端多面体棱镜5、输出端计数自准直仪7，输出端多面体棱镜5固定连接在从动齿轮轴6上，输出端计数自准直仪7对准输出端多面体棱镜5反射镜面中心，固定连接在支撑座上。

所述输入端多面体棱镜1和主动齿轮轴2的连接采用主动齿轮轴棱镜安装装置固定连接，主动齿轮轴棱镜安装装置为一台阶轴，一端设置孔，将输入端多面体棱镜套入安装进去，能实现精确定位。

所述输出端多面体棱镜5和从动齿轮轴6的连接采用从动齿轮轴棱镜安装装置固定连接，从动齿轮轴棱镜安装装置与主动齿轮轴棱镜安装装置相同。

所述输入端多面体棱镜1中心和主动齿轮轴2转轴同轴，同轴能够保证实验检测数据的准确性，减少安装误差带来的数据误差，提高试验数据的可靠性。

所述输出端多面体棱镜5中心和从动齿轮轴6转轴同轴，同轴能够保证实验检测数据的准确性，减少安装误差带来的数据误差，提高试验数据的可靠性。

所述输入端多面体棱镜1和输出端多面体棱镜5采用棱镜夹紧板固定，棱镜夹紧板为圆柱形，端面设置有定位孔和螺钉孔，通过定位孔和螺钉能够将多面体棱镜进行精确定位和安装固定，保证多面体棱镜的牢靠性，实现试验数据的准确性，该安装方便，结构简单，定位可靠。

所述输入端多面体棱镜1和输出端多面体棱镜5采用12面棱镜，12面棱镜在成本和精度方面能够满足试验校准要求。

所述输入端测角自准直仪3和输出端测角自准直仪4连接到采集显示处理装置9上，能将多面体棱镜旋转角度数据采集。

所述输入端计数自准直仪8和输出端计数自准直仪7连接到采集显示处理装置9上，能将多面体棱镜旋转工作面数数据采集。

该精密伺服机构齿轮传动误差测量装置装配无误后，启动自准直仪，计数装置开始记录输入端多面体棱镜1与输出端多面体棱镜5旋转工作面数，电机驱使齿轮***运转，待采集显示处理装置显示输入端多面体棱镜1旋转面，输出端多面体棱镜5旋转面，记录此时采集显示处理装置显示主动齿轮轴2转角，从动齿轮轴6转角，通过计算便可精确求得精密伺服机构的传动误差。

Claims (9)

1.精密伺服机构齿轮传动误差测量装置，包括输入端多面体棱镜（1）、主动齿轮轴（2）、输入端测角自准直仪（3）、输出端测角自准直仪（4）、输出端多面体棱镜（5）、从动齿轮轴（6）、输出端计数自准直仪（7）、输入端计数自准直仪（8）、采集显示处理装置（9），其特征在于，

所述输入端多面体棱镜（1）固定连接在主动齿轮轴（2）上，输入端测角自准直仪（3）对准输入端多面体棱镜反射镜面中心，固定连接在输入端支撑座上，

所述输出端多面体棱镜（5）固定连接在从动齿轮轴（6）上，输出端测角自准直仪（4）对准输出端多面体棱镜反射镜面中心，固定连接在输入端支撑座上，

所述输入端计数自准直仪（8）对准输入端多面体棱镜反射镜面中心，固定连接在输入端支撑座上，

所述输出端计数自准直仪（7）对准输出端多面体棱镜反射镜面中心，固定连接在输入端支撑座上，

所述输入端测角自准直仪（3）、输出端测角自准直仪（4）、输入端计数自准直仪（8）及输出端计数自准直仪（7）都与采集显示处理装置（9）连接。

2.根据权利要求1所述的精密伺服机构齿轮传动误差测量装置，其特征在于：所述输入端多面体棱镜的回转中心与齿轮的回转中心重合，输入端测角自准直仪（3）的光轴垂直于齿轮的回转轴线，同时，输入端测角自准直仪（3）视场中的刻度方向即敏感方向垂直于齿轮的回转轴线，使输入端测角自准直仪准直光管发出的光经输入端多面体棱镜的侧面反射回来再进入输入端测角自准直仪准直光管。

3.根据权利要求1所述的精密伺服机构齿轮传动误差测量装置，其特征在于：所述输出端多面体棱镜的回转中心与齿轮的回转中心重合，输出端测角自准直仪的光轴垂直于齿轮的回转轴线，同时，输出端测角自准直仪视场中的刻度方向即敏感方向垂直于齿轮的回转轴线，使输出端测角自准直仪准直光管发出的光经输出端多面体棱镜的侧面反射回来再进入输出端测角自准直仪准直光管。

4.根据权利要求1或2所述的精密伺服机构齿轮传动误差测量装置，其特征在于：所述输入端多面体棱镜的回转中心与齿轮的回转中心重合，输入端计数自准直仪的光轴垂直于齿轮的回转轴线，同时，输入端计数自准直仪视场中的刻度方向即敏感方向垂直于齿轮的回转轴线，使输入端计数自准直仪准直光管发出的光经输入端多面体棱镜的侧面反射回来再进入输入端计数自准直仪准直光管。

5.根据权利要求1或3所述的精密伺服机构齿轮传动误差测量装置，其特征在于：所述输出端多面体棱镜的回转中心与齿轮的回转中心重合，输出端计数自准直仪的光轴垂直于齿轮的回转轴线，同时，输出端计数自准直仪视场中的刻度方向即敏感方向垂直于齿轮的回转轴线，使输出端计数自准直仪准直光管发出的光经输出端多面体棱镜的侧面反射回来再进入输出端计数自准直仪准直光管。

6.根据权利要求1所述的精密伺服机构齿轮传动误差测量装置，其特征在于：所述输入端测角自准直仪（3）和输出端测角自准直仪（4），包括分划板（16）和光电传感器（12）位于物镜（11）的两个共轭焦平面上，光源（14）经聚光镜（15）均匀照亮分划板，经由分光棱镜（17）、物镜（11），出射平行光束，遇到多面体棱镜工作反射面（10），平行光束返回由物镜汇聚，成像于光电探测器表面。

7.根据权利要求6所述的精密伺服机构齿轮传动误差测量装置，其特征在于：所述分划板是十字型分划板，当被测的反射镜偏转时，光电传感器（12）检测出十字分划板像（13）的移动距离，信号处理***对光电传感器输出信号进行处理，然后计算出多面体棱镜工作反射面转角。

8.根据权利要求6所述的精密伺服机构齿轮传动误差测量装置，其特征在于：所述正多面体棱镜是角度的标准器，外形是正多边形，边数为n，其面数既可是偶数，也可是奇数。

9.根据权利要求1及6所述的精密伺服机构齿轮传动误差测量装置，其特征在于：所述输入端计数自准直仪和输出端计数自准直仪，包括分划板和光电传感器位于物镜的两个共轭焦平面上，光源经聚光镜均匀照亮分划板，经由析光镜、物镜，出射平行光束，遇到多面体棱镜工作反射面，平行光束返回由物镜汇聚，当多面体棱镜未完全偏转360/n度时，由于光束经过分光镜无法反射至光电传感器，因此分划板无法成像，采集显示处理装置对光电传感器输出信号进行处理，然后计算出旋转工作面数。