CN111121669A - 一种用于精密减速器检测仪中多功能角度校准装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于精密减速器检测仪中多功能角度校准装置及方法，包括转接件外壳，回转***，组合轴锁紧结构和圆光栅测角***。可以通过本发明多功能角度校准装置中的圆光栅角度测量***来判断高、低速端圆光栅角度测量***是否符合测量精度的要求；可以准确获取测量过程中实际花键连接间隙值，避免了校准过程未采用实际使用花键轴而导致间隙测量不准确的情况；此外，同时可以获取高速端和低速端圆光栅角度测量***的误差分布关系，用于更加精确探究输入和输出端角位移之间关系，并应用于与输入端和输出端角度测量相关的参数当中。
Description
技术领域
本发明涉及减速器检测仪，特别涉及一种用于精密减速器检测仪中多功能角度校准装置及高、低速端角度测量***的精度判定与花键连接间隙补偿方法和误差标定与误差补偿方法。
背景技术
精密减速器作为机器人的回旋关节，其传动精度、传动效率、扭转刚度等特性均会影响工业机器人工作性能和寿命。为了获取不同型号精密减速器特性，科学研究和工业生产中均设计并搭建相应的减速器检测装置。角度是精密减速器检测中需要测量的基本几何量，一般通过圆光栅传感器进行获取。
目前，现有的减速器检测装置基本采用多级零部件串联的方式，即要求所必需的传感器元件、加载设备等串联在被测减速器的输入端和输出端。角度传感器位于被测减速器输入端和输出端测量轴系的串联环节之中。传感器的精度无法作为仪器的角度测量精度。故需要相应的措施实现仪器的高精度测量。圆光栅角度测量***作为角位移测量传感器，其刻线精度以及圆光栅尺的安装偏心等均会影响测角***的精度。仪器在长时间使用后，圆光栅传感器的精度是否达到测试精度要求，需要一定的方法进行判断并决定是否需要再次标定。此外，两个圆光栅角度***有着各自不同的误差分布规律且具有一定的相关性，即使是同步旋转，两个圆光栅得到的示值也是不一样的，所以需要对两个测角***的误差分布关系进行相关性分析，并将该综合误差补偿到与输入和输出角位移均相关的参数当中。此外，为了实现被测件的快速更换，需要采纳花键结构来连接高低速端的测量轴系与减速器的输入、输出端。这样会导致在测量减速器回差，扭转刚度参数时，正反转换向时的花键连接间隙计入测量值中，引入测量误差。不同的花键其加工精度和加工水平不一致，其间隙的大小也不一样，所以用同一个花键代替其它花键的间隙值也不具有合理性。具体应用可参见公开号为CN 109946070 A的专利申请：机器人用精密减速器高精度综合性能检测仪。
发明内容
本发明为解决精密减速器检测仪中各参数中角度值准确测量，可以在仪器在长时间使用或长时间未校准的情况下，判断角度测量***是否符合相应的测试精度要求且需要重新标定；当涉及减速器传动方向改变时，可以补偿由于花键间隙进入角度测量值中而导致的测量误差；同时可以获取高速端和低速端双轴角度差值，并将该差值作为两个圆光栅之间的误差相关性指标补偿到与输入和输出角位移相关的参数而所设计的一种多功能角度校准装置及方法。
本发明所采用的技术方案是：一种用于精密减速器检测仪中多功能角度校准装置，包括：
转接件外壳，所述转接件外壳包括外壳Ⅰ和外壳Ⅱ；所述外壳Ⅰ和所述外壳Ⅱ相互连接；所述外壳Ⅰ与减速器检测仪的高速端筒体配合；所述外壳Ⅱ与减速器检测仪的低速端筒体配合；
回转***，所述回转***包括轴承外圈固定套筒，轴承组，轴承压盖和回旋套筒；所述轴承外圈固定套筒与所述外壳Ⅱ固定配合，所述轴承外圈固定套筒的内圈与所述轴承组的外圈配合；所述轴承压盖压紧所述轴承组的外圈，防止所述轴承组轴向移动；所述回旋套筒与所述轴承组的内圈配合，所述回旋套筒能够转动；
组合轴锁紧结构，所述组合轴锁紧结构包括T型套筒，输入轴和输出轴；所述输入轴和所述输出轴分别设置在所述T型套筒的两侧，通过螺钉将所述输入轴、所述T型套筒和所述输出轴连接为一个整体；所述组合轴锁紧结构与所述回旋套筒的内圈配合，并与所述回旋套筒固定连接，能随所述回旋套筒转动；以及，
圆光栅测角***，所述圆光栅测角***包括圆光栅尺，所述圆光栅尺通过圆光栅尺安装盘固定设置在所述回旋套筒上。
进一步地，所述轴承组包括角接触轴承Ⅰ和角接触轴承Ⅱ，所述角接触轴承Ⅰ和所述角接触轴承Ⅱ之间设置有隔圈。
进一步地，所述轴承压盖与所述轴承外圈固定套筒之间设置有垫片，通过调整所述垫片的厚度改变所述轴承组的游隙。
进一步地，所述输入轴采用减速器测量时所使用的与减速器检测仪高速端配合的输入轴，所述输出轴采用减速器测量时所使用的与减速器检测仪低速端配合的输出轴，保证检测和校准时使用的输入轴和输出轴一致。
进一步地，所述圆光栅测角***还包括对径放置的读数头Ⅰ和读数头Ⅱ，所述读数头Ⅰ通过读数头支架Ⅰ固定设置在所述转接件外壳内，所述读数头Ⅱ通过读数头支架Ⅱ固定设置在所述转接件外壳内。
本发明所采用的另一技术方案是：一种精密减速器检测仪的高、低速端角度测量***的精度判定与花键连接间隙补偿方法，高速端角度测量***包括高速端圆光栅尺，低速端角度测量***包括低速端圆光栅尺，采用上述用于精密减速器检测仪中多功能角度校准装置，其中，精度判定与花键连接间隙补偿方法包括以下步骤：
步骤1，精度判定
步骤1-1，减速器检测仪的高速端和低速端与多功能角度校准装置定位压紧后，记录此配合情况下，高速端内花键、低速端内花键以及多功能角度校准装置的输入轴外花键、输出轴外花键的齿号；
步骤1-2，使高速端圆光栅尺、低速端圆光栅尺和多功能角度校准装置中的圆光栅尺同步同方向运行；
步骤1-3，待高速端圆光栅尺、低速端圆光栅尺和多功能角度校准装置中的圆光栅尺稳定匀速运行后，同步运行转动一圈，在等间隔时间内同时同步获取高速端圆光栅尺的角位移ai、多功能角度校准装置中的圆光栅尺的角位移bi和低速端圆光栅尺的角位移ci，其中，i＝0,1,...,nt；
步骤1-4，设定阈值x，判断|bi-ai|≤x，|bi-ci|≤x：若|bi-ai|≤x成立，则，高速端角度测量***符合精度要求，无需标定，否则重新对高速端角度测量***进行标定；若|bi-ci|≤x成立，则，低速端角度测量***符合精度要求，无需标定，否则重新对低速端角度测量***进行标定；
步骤2，花键连接间隙补偿
步骤2-1，高速端圆光栅尺、低速端圆光栅尺和多功能角度校准装置中的圆光栅尺稳定匀速运行一圈后，减速至停止，确保停止时组合轴锁紧结构的输入轴外花键与高速端的内花键贴合、组合轴锁紧结构的输出轴外花键与低速端的内花键贴合；
步骤2-2，高速端电机反向启动，当多功能角度校准装置的圆光栅读数改变时，记录此时高速端圆光栅尺的角位移为m；当低速端的圆光栅读数改变时，记录此时多功能角度校准装置的圆光栅尺的角位移为k；则在此内外花键配合情况下，高速端与输入轴之间的花键间隙是m，低速端与输出轴之间的花键间隙是k；
步骤2-3，改变高速端内花键、低速端内花键与组合轴锁紧结构的输入轴外花键、输出轴外花键的配合齿号，分别重复步骤1-1至步骤2-2，得到各个花键配合状态下高速端与输入轴之间的花键间隙mj和低速端与输出轴之间的花键间隙kj，其中，j＝1,2,...,I；
步骤2-4，在测量过程中，根据花键配合状态的情况，选择该花键配合状态下对应的花键间隙值补偿于测量过程中受花键间隙影响的参数中。
本发明所采用的再一技术方案是：一种精密减速器检测仪的高、低速端角度测量***所对应的双圆光栅角位移***的误差标定与误差补偿方法，高速端角度测量***包括高速端圆光栅尺，低速端角度测量***包括低速端圆光栅尺，定义所述高速端圆光栅与所述低速端圆光栅在被测减速器安装备测时，所述高速端圆光栅与所述低速端圆光栅自然形成的零相位之间的角度差为安装相位，定义读取双轴角度数值并计算双轴角度差时，所述高速端圆光栅或所述低速端圆光栅零相位相对于减速器检测仪零相位的相位差为双轴角差相位，采用上述用于精密减速器检测仪中多功能角度校准装置，其中，误差标定与误差补偿方法包括以下步骤：
步骤A，误差标定：
步骤A-1，减速器检测仪的高速端和低速端与多功能角度校准装置定位压紧，记录此配合情况下，高速端内花键、低速端内花键以及多功能角度校准装置的输入轴外花键、输出轴外花键的齿号，同时记录此安装状态下的安装相位；
步骤A-2，高速端圆光栅尺与低速端圆光栅尺同步无间隙单方向匀速旋转，获取一圈内相同安装相位且不同双轴角差相位下、高速端圆光栅与低速端圆光栅的双轴角差δq，其中，q为所获得的双轴角差相位采样点序号，q＝1,2,...,n，n为不小于12的整数；
步骤A-3，使高速端与多功能角度校准装置分离，并将高速端内花键旋转
角度，同时，保持多功能角度校准装置的输入轴外花键、输出轴外花键以及低速端内花键不转动；
步骤A-4，内花键旋转
角度后的高速端再次与多功能角度校准装置定位压紧，记录此配合情况下、此安装状态下的安装相位；
步骤A-5，重复步骤A-2至A-4，直至遍历高速端所有内花键，得到各高速端内花键所对应的安装相位下、高速端圆光栅与低速端圆光栅的双轴角差δpq，其中，p为安装相位采样点序号，p＝0,1,...,l-1，l为高速端内花键的齿数；
步骤B，误差补偿
步骤B-1，每个安装相位
对应n个离散的双轴角差δpq，通过离散的双轴角差δpq拟合该安装相位下的误差曲线，并得到相应的误差方程δ＝f(θ)，其中，θ表示双轴角差相位值，δ表示双轴角差相位值对应的双轴角差值；
步骤B-2，在测量过程中，根据减速器输入端的外花键与减速器检测仪的高速端内花键的连接以及减速器输出端的外花键与减速器检测仪的低速端内花键的连接确定此测量情况下所对应的安装相位；
步骤B-3，通过高速端角度测量***获得减速器的输入角位移aa，将输入角位移aa去掉整数圈部分，得到去掉整数圈后的输入角位移α；通过低速端角度测量***获得减速器的输出角位移ba，将输出角位移ba去掉整数圈部分，得到去掉整数圈后的输入角位移β；
步骤B-4，将α-β作为步骤B-1获得的误差方程的变量双轴角差相位值，通过误差方程获取此测量情况下的双轴角差值；
步骤B-5，将步骤B-4得到的双轴角差值对此测量情况下的低速端的角位移进行补偿。
本发明的有益效果是：本发明一种用于精密减速器检测仪中多功能角度校准装置及方法，可以判断高、低速端角度测量***的工作状态，确定仪器的角度测量精度是否满足要求，是否需要进行重新标定。对测量过程中受到花键间隙影响的有关参数中的花键间隙值进行测量。同时可以采用组合轴锁紧结构可以准确测量不同加工结果的输入、输出轴花键的连接间隙，最终确保仪器中角度量的准确测量。同时将高速端角度测量***和低速端角度测量***通过刚性棒连接，记录不同相位下两个角度测量***误差分布规律，进一步消除与减速器输入和输出端角度测量相关参数的误差。
附图说明
图1：本发明多功能角度校准装置的结构外观图；
图2：本发明多功能角度校准装置的结构组成示意剖面图。
附图标注：1-外壳Ⅱ；2-轴承外圈固定套筒；3-读数头支架Ⅰ；4-读数头Ⅰ；5-圆光栅尺；6-外壳Ⅰ；7-输入轴；8-T型套筒；9-圆光栅尺安装盘；10-读数头Ⅱ；11-读数头支架Ⅱ；12-角接触轴承Ⅰ；13-隔圈；14-角接触轴承Ⅱ；15-垫片；16-轴承压盖；17-螺钉；18-输出轴；19-回旋套筒。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
本发明提出一种用于精密减速器检测仪中多功能角度校准装置，可以通过该装置中的圆光栅角度测量***来判断高、低速端圆光栅角度测量***是否符合测量精度的要求。可以准确获取测量过程中实际花键连接间隙值，避免了校准过程未采用实际使用花键轴而导致间隙测量不准确的情况。此外，同时可以获取高速端和低速端圆光栅角度测量***的误差分布关系，用于更加精确探究输入和输出端角位移之间关系，并应用于与输入端和输出端角度测量相关的参数当中。
一种用于精密减速器检测中多功能角度校准装置中内置高精度圆光栅角度测量***，所使用的组合轴锁紧结构中的外花键采用减速器测量时所使用的减速器输出轴外花键。多功能角度校准装置的输入端与减速器检测仪的高速端相连接，输出端与减速器检测仪的低速端相连接。整个装置使用时位于减速器检测仪高速端和低速端之间，替代被测减速器和转接件所在的工位。如图1和图2所示，多功能角度校准装置包括转接件外壳，圆光栅测角***，回转***和组合轴锁紧结构。
所述转接件外壳包括外壳Ⅰ6和外壳Ⅱ1；所述外壳Ⅰ6与减速器检测仪的高速端筒体配合；所述外壳Ⅱ1与减速器检测仪的低速端筒体配合；所述外壳Ⅰ6和所述外壳Ⅱ1通过止口配合共同形成多功能角度校准装置的外壳。
所述回转***包括轴承外圈固定套筒2，轴承组，隔圈13，轴承压盖16，垫片15和回旋套筒19；所述轴承外圈固定套筒2与所述外壳Ⅱ1固定配合，所述轴承外圈固定套筒2的内圈与所述轴承组的外圈配合；所述轴承组包括角接触轴承Ⅰ12和角接触轴承Ⅱ14，所述角接触轴承Ⅰ12和所述角接触轴承Ⅱ14之间加入所述隔圈13；所述轴承压盖16压紧所述轴承组的外圈，防止所述轴承组轴向移动；所述垫片15位于所述轴承压盖16与所述轴承外圈固定套筒2之间，通过调整所述垫片15的厚度改变所述轴承组的游隙；所述回旋套筒19与所述轴承组的内圈配合，所述回旋套筒19可以够转动。
所述组合轴锁紧结构包括T型套筒8，输入轴7，输出轴18和螺钉17；所述输入轴7和所述输出轴18均采用减速器测量时所使用的与减速器检测仪高、低速端配合的输入轴和输出轴，保证检测和校准时使用的输入和输出轴是一致的；所述输入轴7和所述输出轴18的每个花键齿均有编号；所述输出轴18的中心开有通孔，与所述T型套筒8的一侧配合；所述输入轴7的底部开有螺纹孔，与所述T型套筒8的另一侧配合；所述输入轴7和所述输出轴18均是测量过程中与减速器检测仪的高速端和低速端连接的轴；所述螺钉17将所述输入轴7、所述T型套筒8和所述输出轴18压紧成一个整体钢棒。所述组合轴锁紧结构与所述回旋套筒19的内圈配合，并通过螺钉与所述回旋套筒19固接，能随所述回旋套筒19转动。
所述圆光栅测角***包括圆光栅尺5，圆光栅尺安装盘9，对径放置的读数头Ⅰ4和读数头Ⅱ10以及读数头支架Ⅰ3和读数头支架Ⅱ11；所述圆光栅尺5通过所述圆光栅尺安装盘9安装在所述回旋套筒19上；所述读数头Ⅰ4通过所述读数头支架Ⅰ3固定设置在所述转接件外壳内，所述读数头Ⅱ10通过所述读数头支架Ⅱ11固定设置在所述转接件外壳内。该测角***精度较高且需要经过第三方鉴定机构认定。
本发明多功能角度校准装置中圆光栅测角精度应高于减速器检测仪中***使用圆光栅测角精度。
针对高、低速端角度测量***是否符合精度要求并能够获取花键连接间隙，本发明采用如下方法：
高速端角度测量***包括高速端圆光栅尺，低速端角度测量***包括低速端圆光栅尺。
步骤1，精度判定
步骤1-1，减速器检测仪的高速端和低速端与多功能角度校准装置定位压紧后，记录此配合情况下，高速端内花键、低速端内花键以及多功能角度校准装置的输入轴7外花键、输出轴18外花键的齿号。
步骤1-2，高速端电机驱动，低速端电机负载使高速端圆光栅尺、低速端圆光栅尺和多功能角度校准装置中的圆光栅尺5同步同方向运行。
步骤1-3，待高速端圆光栅尺、低速端圆光栅尺和多功能角度校准装置中的圆光栅尺5稳定匀速运行后，同步运行转动一圈，在等间隔时间内同时同步获取高速端圆光栅尺的角位移ai、多功能角度校准装置中的圆光栅尺5的角位移bi和低速端圆光栅尺的角位移ci，其中，i＝0,1,...,nt，并将获得的数据列入表1中。
表1角位移列表
| 时间t | t<sub>0</sub> | t<sub>1</sub> | t<sub>2</sub> | …… | t<sub>nt-1</sub> | t<sub>nt</sub> |
| 高速端圆光栅角位移a<sub>i</sub> | a<sub>0</sub> | a<sub>1</sub> | a<sub>2</sub> | …… | a<sub>nt-1</sub> | a<sub>nt</sub> |
| 多功能角度校准装置圆光栅角位移b<sub>i</sub> | b<sub>0</sub> | b<sub>1</sub> | b<sub>2</sub> | …… | b<sub>nt-1</sub> | b<sub>nt</sub> |
| 低速端圆光栅角位移c<sub>i</sub> | c<sub>0</sub> | c<sub>1</sub> | c<sub>2</sub> | …… | c<sub>nt-1</sub> | c<sub>nt</sub> |
步骤1-4，比较等间隔时间内高、低速端圆光栅尺转过的角度是否与多功能角度校准装置中圆光栅尺5转过的角度是否超过阈值x。当即判断|bi-ai|≤x，|bi-ci|≤x。若|bi-ai|≤x成立，则，高速端角度测量***符合精度要求，无需标定，否则重新对高速端角度测量***进行标定；若|bi-ci|≤x成立，则，低速端角度测量***符合精度要求，无需标定，否则重新对低速端角度测量***进行标定。
步骤2，花键连接间隙补偿
步骤2-1，高速端圆光栅尺、低速端圆光栅尺和多功能角度校准装置中的圆光栅尺5稳定匀速运行一圈后，减速至停止，确保停止时组合轴锁紧结构的输入轴7外花键与高速端的内花键贴合、组合轴锁紧结构的输出轴18外花键与低速端的内花键贴合。
步骤2-2，高速端电机反向启动，当多功能角度校准装置的圆光栅读数改变时，记录此时高速端圆光栅尺的角位移为m；当低速端的圆光栅读数改变时，记录此时多功能角度校准装置的圆光栅尺5的角位移为k。则在此内外花键配合情况下，高速端与输入轴7之间的花键间隙是m，低速端与输出轴18之间的花键间隙是k。
步骤2-3，改变高速端内花键、低速端内花键与组合轴锁紧结构的输入轴7外花键、输出轴18外花键的配合齿号，分别重复步骤1-1至步骤2-2，得到各个花键配合状态下高速端与输入轴7之间的花键间隙mj和低速端与输出轴18之间的花键间隙kj，其中，j＝1,2,...,I，从而得到花键间隙表格，如表2所示。
表2花键间隙列表
| 花键配合状态 | 状态1 | 状态2 | …… | 状态Ⅰ |
| 高速端花键配合间隙m<sub>j</sub> | m<sub>1</sub> | m<sub>2</sub> | …… | m<sub>Ⅰ</sub> |
| 低速端花键配合间隙k<sub>j</sub> | k<sub>1</sub> | k<sub>2</sub> | …… | k<sub>Ⅰ</sub> |
步骤2-4，在测量过程中，根据花键配合状态的情况，从花键间隙表格中选出该花键配合状态下对应的花键间隙值补偿于测量过程中受花键间隙影响的参数中。
针对高、低速端角度测量***所对应的双圆光栅角位移***的误差分布规律以及误差补偿，本发明采用如下方法：
高速端角度测量***包括高速端圆光栅尺，低速端角度测量***包括低速端圆光栅尺。为了明确高、低速端两个圆光栅之间的相位关系，定义安装相位和双轴角差相位。所述安装相位指高速端圆光栅与低速端圆光栅在被测减速器安装备测时，两圆光栅自然形成的零相位之间的角度差。所述双轴角差相位是指读取双轴角度数值并计算双轴角度差时，高速端圆光栅或低速端圆光栅零相位相对于速器检测仪零相位的相位差。
步骤A，误差标定：
步骤A-1，减速器检测仪的高速端和低速端与多功能角度校准装置定位压紧，记录此配合情况下，高速端内花键、低速端内花键以及多功能角度校准装置的输入轴7外花键、输出轴18外花键的齿号，同时记录此安装状态下的安装相位。一般情况初始情况下使得高、低速端圆光栅的零相位位置对齐，即安装相位为0。
步骤A-2，高速端圆光栅尺与低速端圆光栅尺同步无间隙单方向匀速旋转，获取一圈内相同安装相位且不同双轴角差相位下、高速端圆光栅与低速端圆光栅的角位移读数差值δq，即，双轴角差δq，其中，q为所获得的双轴角差相位采样点序号，q＝1,2,...,n，n为不小于12的整数。
步骤A-3，完成上述步骤后，使高速端与多功能角度校准装置分离，并将高速端内花键旋转
角度，同时，保持多功能角度校准装置的输入轴7外花键、输出轴18外花键以及低速端内花键无变动。
步骤A-4，内花键旋转
角度后的高速端再次与多功能角度校准装置定位压紧，记录此配合情况下、此安装状态下的安装相位，此时的安装相位相对于上一次安装相位变换
角度，并记录到误差补偿分布表(表3)中。
步骤A-5，重复步骤A-2至A-4，直至遍历高速端所有内花键，不同花键齿号同时对应不同的安装相位，最终得到各高速端内花键所对应的安装相位下、高速端圆光栅与低速端圆光栅的双轴角差δpq，其中，p为安装相位采样点序号，p＝0,1,...,l-1，l为高速端内花键的齿数，从而得到误差补偿分布表，如表3所示。
表3误差补偿分布表
步骤B，误差补偿
步骤B-1，每个安装相位
对应n个离散的双轴角差δpq，通过离散的双轴角差δpq拟合该安装相位下的误差曲线，并得到相应的误差方程δ＝f(θ)，其中，θ表示双轴角差相位值，δ表示双轴角差相位值对应的双轴角差值。
步骤B-2，在测量过程中，根据减速器输入端和输出端的外花键轴与减速器检测仪高、低速端内花键连接内外齿的对应情况来判断此测量情况下所对应的安装相位。
步骤B-3，通过高速端角度测量***获得减速器的输入角位移aa，将输入角位移aa去掉整数圈部分，得到去掉整数圈后的输入角位移α；通过低速端角度测量***获得减速器的输出角位移ba，将输出角位移ba去掉整数圈部分，得到去掉整数圈后的输入角位移β；
步骤B-4，将α-β作为步骤B-1获得的误差方程δ＝f(θ)的变量双轴角差相位值，通过误差方程δ＝f(θ)获取此测量情况下的双轴角差值；
步骤B-5，实际测试中，同时涉及减速器输入端和输出端角位移参数。由于减速器实际使用过程中，减速器的输入通常认定为真值，输出相对于输入存在误差，所以在检测过程中需要对低速端的角位移进行补偿。因此，将低速端的角位移中加入步骤B-4得到的双轴角差值，对此测量情况下的低速端的角位移进行补偿。
本发明的原理是：在采用两套圆光栅***分别测量被测减速器输入、输出端角位移并获取其角位移差时，由于高速端圆光栅和低速端圆光栅的安装、轴系运行等状态不同，两圆光栅测量误差会有差异。误差差异随着两圆光栅尺的相对零位位置以及转动过程中角度的变化而变化，这部分差异可能会叠加也可能会抵消，给双轴角位移差测量带来不确定性。因此需要对双圆光栅角位移检测***整体进行误差模型规律的探寻，得到两个角度测量***的差值用于补偿。因此，采用组合轴锁紧结构固接两圆光栅***，使其成为一体，得到两圆光栅在一圈内的所有不同零位相位差时的标定输出值，并求其读数差值作为两圆光栅在此姿态下的测量误差。由于单个圆光栅***的特点是读数误差不累积，每旋转一个整数圈后误差会基本消除，因此只需在360°内找出不同转角下的双轴角度差的测量误差值，得到双轴角度差的测量误差值列入矩阵列表(表3)。根据离散分布的不同转角，即对应于矩阵列表中的双轴角差相位，通过数据拟合的方法可以得到在特定安装相位下的双轴角度差误差曲线及误差方程。在采用圆光栅***检测被测减速器时，根据两圆光栅***的安装相位与双轴角差相位，通过误差方程计算出两圆光栅***的双轴角度差的测量误差值，将此测量误差值补偿到低速端角度测量值中，就可得到更加精确的与减速器输入和输出端角度测量结果相关的参数。
综上，本发明一种用于精密减速器检测仪中多功能角度校准装置及方法，用于判断高、低速端圆光栅测角***是否处于正常工作状态且符合预期的测量精度，同时来获取花键连接间隙数据。此外可以获取高速端和低速端圆光栅角度测量***的差值，用于更加精确探究输入和输出端角位移之间误差分布关系，并进一步应运于误差补差环节。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种用于精密减速器检测仪中多功能角度校准装置，其特征在于，包括：
转接件外壳，所述转接件外壳包括外壳Ⅰ(6)和外壳Ⅱ(1)；所述外壳Ⅰ(6)和所述外壳Ⅱ(1)相互连接；所述外壳Ⅰ(6)与减速器检测仪的高速端筒体配合；所述外壳Ⅱ(1)与减速器检测仪的低速端筒体配合；
回转***，所述回转***包括轴承外圈固定套筒(2)，轴承组，轴承压盖(16)和回旋套筒(19)；所述轴承外圈固定套筒(2)与所述外壳Ⅱ(1)固定配合，所述轴承外圈固定套筒(2)的内圈与所述轴承组的外圈配合；所述轴承压盖(16)压紧所述轴承组的外圈，防止所述轴承组轴向移动；所述回旋套筒(19)与所述轴承组的内圈配合，所述回旋套筒(19)能够转动；
组合轴锁紧结构，所述组合轴锁紧结构包括T型套筒(8)，输入轴(7)和输出轴(18)；所述输入轴(7)和所述输出轴(18)分别设置在所述T型套筒(8)的两侧，通过螺钉(17)将所述输入轴(7)、所述T型套筒(8)和所述输出轴(18)连接为一个整体；所述组合轴锁紧结构与所述回旋套筒(19)的内圈配合，并与所述回旋套筒(19)固定连接，能随所述回旋套筒(19)转动；以及，
圆光栅测角***，所述圆光栅测角***包括圆光栅尺(5)，所述圆光栅尺(5)通过圆光栅尺安装盘(9)固定设置在所述回旋套筒(19)上。
2.根据权利要求1所述的一种用于精密减速器检测仪中多功能角度校准装置，其特征在于，所述轴承组包括角接触轴承Ⅰ(12)和角接触轴承Ⅱ(14)，所述角接触轴承Ⅰ(12)和所述角接触轴承Ⅱ(14)之间设置有隔圈(13)。
3.根据权利要求1所述的一种用于精密减速器检测仪中多功能角度校准装置，其特征在于，所述轴承压盖(16)与所述轴承外圈固定套筒(2)之间设置有垫片(15)，通过调整所述垫片(15)的厚度改变所述轴承组的游隙。
4.根据权利要求1所述的一种用于精密减速器检测仪中多功能角度校准装置，其特征在于，所述输入轴(7)采用减速器测量时所使用的与减速器检测仪高速端配合的输入轴，所述输出轴(18)采用减速器测量时所使用的与减速器检测仪低速端配合的输出轴，保证检测和校准时使用的输入轴和输出轴一致。
5.根据权利要求1所述的一种用于精密减速器检测仪中多功能角度校准装置，其特征在于，所述圆光栅测角***还包括对径放置的读数头Ⅰ(4)和读数头Ⅱ(10)，所述读数头Ⅰ(4)通过读数头支架Ⅰ(3)固定设置在所述转接件外壳内，所述读数头Ⅱ(10)通过读数头支架Ⅱ(11)固定设置在所述转接件外壳内。
6.一种精密减速器检测仪的高、低速端角度测量***的精度判定与花键连接间隙补偿方法，高速端角度测量***包括高速端圆光栅尺，低速端角度测量***包括低速端圆光栅尺，其特征在于，采用上述权利要求1至5任一项所述的用于精密减速器检测仪中多功能角度校准装置，其中，精度判定与花键连接间隙补偿方法包括以下步骤：
步骤1，精度判定
步骤1-1，减速器检测仪的高速端和低速端与多功能角度校准装置定位压紧后，记录此配合情况下，高速端内花键、低速端内花键以及多功能角度校准装置的输入轴(7)外花键、输出轴(18)外花键的齿号；
步骤1-2，使高速端圆光栅尺、低速端圆光栅尺和多功能角度校准装置中的圆光栅尺(5)同步同方向运行；
步骤1-3，待高速端圆光栅尺、低速端圆光栅尺和多功能角度校准装置中的圆光栅尺(5)稳定匀速运行后，同步运行转动一圈，在等间隔时间内同时同步获取高速端圆光栅尺的角位移ai、多功能角度校准装置中的圆光栅尺(5)的角位移bi和低速端圆光栅尺的角位移ci，其中，i＝0,1,...,nt；
步骤1-4，设定阈值x，判断|bi-ai|≤x，|bi-ci|≤x：若|bi-ai|≤x成立，则，高速端角度测量***符合精度要求，无需标定，否则重新对高速端角度测量***进行标定；若|bi-ci|≤x成立，则，低速端角度测量***符合精度要求，无需标定，否则重新对低速端角度测量***进行标定；
步骤2，花键连接间隙补偿
步骤2-1，高速端圆光栅尺、低速端圆光栅尺和多功能角度校准装置中的圆光栅尺(5)稳定匀速运行一圈后，减速至停止，确保停止时组合轴锁紧结构的输入轴(7)外花键与高速端的内花键贴合、组合轴锁紧结构的输出轴(18)外花键与低速端的内花键贴合；
步骤2-2，高速端电机反向启动，当多功能角度校准装置的圆光栅读数改变时，记录此时高速端圆光栅尺的角位移为m；当低速端的圆光栅读数改变时，记录此时多功能角度校准装置的圆光栅尺(5)的角位移为k；则在此内外花键配合情况下，高速端与输入轴(7)之间的花键间隙是m，低速端与输出轴(18)之间的花键间隙是k；
步骤2-3，改变高速端内花键、低速端内花键与组合轴锁紧结构的输入轴(7)外花键、输出轴(18)外花键的配合齿号，分别重复步骤1-1至步骤2-2，得到各个花键配合状态下高速端与输入轴(7)之间的花键间隙mj和低速端与输出轴(18)之间的花键间隙kj，其中，j＝1,2,...,I；
步骤2-4，在测量过程中，根据花键配合状态的情况，选择该花键配合状态下对应的花键间隙值补偿于测量过程中受花键间隙影响的参数中。
7.一种精密减速器检测仪的高、低速端角度测量***所对应的双圆光栅角位移***的误差标定与误差补偿方法，高速端角度测量***包括高速端圆光栅尺，低速端角度测量***包括低速端圆光栅尺，定义所述高速端圆光栅与所述低速端圆光栅在被测减速器安装备测时，所述高速端圆光栅与所述低速端圆光栅自然形成的零相位之间的角度差为安装相位，定义读取双轴角度数值并计算双轴角度差时，所述高速端圆光栅或所述低速端圆光栅零相位相对于减速器检测仪零相位的相位差为双轴角差相位，其特征在于，采用上述权利要求1至5任一项所述的用于精密减速器检测仪中多功能角度校准装置，其中，误差标定与误差补偿方法包括以下步骤：
步骤A，误差标定：
步骤A-1，减速器检测仪的高速端和低速端与多功能角度校准装置定位压紧，记录此配合情况下，高速端内花键、低速端内花键以及多功能角度校准装置的输入轴(7)外花键、输出轴(18)外花键的齿号，同时记录此安装状态下的安装相位；
步骤A-2，高速端圆光栅尺与低速端圆光栅尺同步无间隙单方向匀速旋转，获取一圈内相同安装相位且不同双轴角差相位下、高速端圆光栅与低速端圆光栅的双轴角差δq，其中，q为所获得的双轴角差相位采样点序号，q＝1,2,...,n，n为不小于12的整数；
步骤A-3，使高速端与多功能角度校准装置分离，并将高速端内花键旋转
角度，同时，保持多功能角度校准装置的输入轴(7)外花键、输出轴(18)外花键以及低速端内花键不转动；
步骤A-4，内花键旋转
角度后的高速端再次与多功能角度校准装置定位压紧，记录此配合情况下、此安装状态下的安装相位；
步骤A-5，重复步骤A-2至A-4，直至遍历高速端所有内花键，得到各高速端内花键所对应的安装相位下、高速端圆光栅与低速端圆光栅的双轴角差δpq，其中，p为安装相位采样点序号，p＝0,1,...,l-1，l为高速端内花键的齿数；
步骤B，误差补偿
步骤B-1，每个安装相位
对应n个离散的双轴角差δpq，通过离散的双轴角差δpq拟合该安装相位下的误差曲线，并得到相应的误差方程δ＝f(θ)，其中，θ表示双轴角差相位值，δ表示双轴角差相位值对应的双轴角差值；
步骤B-2，在测量过程中，根据减速器输入端的外花键与减速器检测仪的高速端内花键的连接以及减速器输出端的外花键与减速器检测仪的低速端内花键的连接确定此测量情况下所对应的安装相位；
步骤B-3，通过高速端角度测量***获得减速器的输入角位移aa，将输入角位移aa去掉整数圈部分，得到去掉整数圈后的输入角位移α；通过低速端角度测量***获得减速器的输出角位移ba，将输出角位移ba去掉整数圈部分，得到去掉整数圈后的输入角位移β；
步骤B-4，将α-β作为步骤B-1获得的误差方程的变量双轴角差相位值，通过误差方程获取此测量情况下的双轴角差值；
步骤B-5，将步骤B-4得到的双轴角差值对此测量情况下的低速端的角位移进行补偿。
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