CN112762832A - 一种带有辅助测量装置的驱动机构机械调零装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带有辅助测量装置的驱动机构机械调零装置及方法，包括设备安装平台、旋转控制机构、测量机构、驱动机构，所述测量机构安装于所述设备安装平台的上方，所述测量机构用于测量所述驱动机构机械零位的实际偏差，所述旋转控制机构安装于所述设备安装平台的上面，所述驱动机构的输入端与所述旋转控制机构的输出端相连接，所述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；本发明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；在光轴与光轴座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。

Description

一种带有辅助测量装置的驱动机构机械调零装置及方法

技术领域

本发明涉及机械调零领域，更具体的说，尤其涉及一种带有辅助测量装置的驱动机构机械调零装置及方法。

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上述现有技术的不足，提出了一种带有辅助测量装置的驱动机构机械调零装置及方法，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：一种带有辅助测量装置的驱动机构机械调零装置，包括设备安装平台、旋转控制机构、测量机构、驱动机构，所述测量机构安装于所述设备安装平台的上方，所述测量机构用于测量所述驱动机构机械零位的实际偏差，所述旋转控制机构安装于所述设备安装平台的上面，所述驱动机构的输入端与所述旋转控制机构的输出端相连接，所述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。

所述设备安装平台包括支撑支架、工作平台、安装立架和定位块。

所述支撑支架平稳立于大地平面上，所述工作平台放置于所述支撑支架上，所述工作平台上面开设有方槽，所述定位块放置于所述工作平台的方槽中，所述安装立架共有两个，两个安装立架分别对称固定在所述工作平台上面的横向中心轴线的两侧。

所述旋转控制机构包括第一伺服电机、第一减速器、主轴、制动器、制动器支架、第一角度编码器、胀套、编码器转接块、万向节、扭簧、底板和第一减速器支架。

所述第一伺服电机输出端与所述第一减速器的输入端相连接，所述第一减速器固定安装在所述第一减速器支架的侧面上，所述第一减速器支架的底面安装在所述底板的上面，所述第一减速器的输出端与所述主轴的一端连接，所述主轴的另一端与所述万向节转接块采用所述胀套通过胀紧连接，所述制动器安装于所述主轴上，所述制动器固定在所述制动器支架的一侧面上，所述制动器支架的底面固定在所述底板的上面，所述第一角度编码器安装于所述编码器转接块的一端，所述第一角度编码器固定于所述制动器支架的另一侧面上，所述万向节的一端与所述编码器转接块的另一端相连接，所述扭簧安装在所述万向节上，所述扭簧一端连接所述万向节输入端，另一端连接所述万向节输出端，所述底板安装在所述工作平台上；在调零过程中，所述第一伺服电机提供旋转运动的驱动力，经过所述第一减速器放大力矩和减小转速，驱动所述主轴转动并带动所述万向节转动，所述第一角度编码器提供万向节实际转动的角度。

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。所述直线模组主体固定在所述两个直线模组支撑架的上面，所述直线模组支撑架的侧面固定在所述支撑横梁的一侧面上，所述拨杆安装在所述直线模组滑块上，所述直线导轨固定在所述支撑横梁的上面，所述直线导轨滑块安装在所述直线导轨上，所述直线模组伺服电机安装在直线模组主体的一端；在测量过程中，所述支撑横梁固定在所述两个安装立架上；所述直线模组伺服电机提供测量机构横向运动的动力，所述直线模组滑块带动所述拨杆运动，所述直线导轨给测量机构提供横向运动的导向。

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。所述光栅尺导轨安装于所述光栅尺支撑架上，所述光栅尺滑块安装在所述光栅尺导轨上，所述光栅尺滑块的一端与主滑块的一侧固定连接，所述光栅尺支撑架固定在所述支撑横梁上；在测量工程中，随着所述光栅尺滑块的运动，能够实时定位测量机构的工作位置。

所述位移测量装置包括主滑块、配重架、配重、第二伺服电机、联轴器、旋转轴、直线轴承座、第二减速器、安装支架、第二角度编码器、第二角度编码器法兰、光轴、光轴座、光电位移传感器和光电位移传感器安装板。所述第二伺服电机固定在所述安装支架的一侧面上，所述第二伺服电机输出端与所述联轴器的一端连接，所述联轴器的另一端连接所述旋转轴的一端，所述旋转轴的另一端穿过所述直线轴承座固定连接所述第二减速器的输入端，所述第二减速器固定在所述安装支架的另一侧面上，所述安装支架底面固定在所述主滑块上面，所述直线轴承座底面固定在所述安装支架的上面，所述第二角度编码器固定在所述第二角度编码器法兰上，所述第二角度编码器法兰固定在所述第二减速器输出端，所述光轴一端与所述第二减速器的输出端固定连接，所述光轴穿过所述第二角度编码器安装在所述两个光轴座上，所述两个光轴座通孔竖直向下固定在所述光电位移传感器安装板的一侧面的竖直中心线位置，所述两个光电位移传感器分别对称于竖直中心线固定在所述光电位移传感器安装板另一侧面；在检测过程中，所述拨杆带动所述主滑块做直线运动，所述光电位移传感器跟随所述主滑块做直线运动；所述第二伺服电机提供旋转运动的驱动力，经过所述旋转轴和所述第二减速器放大力矩和减小转速，驱动所述光轴转动，所述光电位移传感器随所述旋转轴做旋转运动，所述第二角度编码器提供光轴实际转动的角度。

所述驱动机构包括驱动机构动子和驱动机构定子。所述驱动机构动子上设置两个动子定位销，所述驱动机构定子安装在所述工作平台上；在调零过程中，所述万向节带动所述驱动机构动子进行旋转时，所述动子定位销跟随所述驱动机构动子进行运动。

进一步的，所述万向节上安装了扭簧，扭簧一端连接所述万向节输入端，另一端连接所述万向节输出端，消除所述万向节输入端和输出端的传动回隙。

进一步的，所述纵向光轴横截面形状为半圆形和矩形的组合形，用于限制光电位移传感器安装板的旋转自由度。

进一步的，所述主滑块的一侧开设方槽口，所述拨杆的一端为球状并置于所述主滑块的方槽口中。在测量过程中，所述拨杆带动所述主滑块做直线运动，球形端与方槽口做点面接触，消除了拨杆到主滑块的纵向跳动产生的误差。

进一步的，所述驱动机构动子一端对称于驱动机构旋转中心设置两个圆柱状的动子定位销。

一种测量驱动机构机械零位误差并进行机械零位凋零的测量方法，具体包括如下步骤：

步骤一：拧松两个光轴座上用于固定光轴的螺丝，使光电位移传感器安装板能够进行纵向移动；调节光轴高度直至光电位移传感器能够测量到工作平台的上平面；再拧紧两个光轴座上用于固定光轴的螺丝，使光电位移传感器安装板不可纵向移动；

步骤二：驱动直线模组的直线模组伺服电机，使直线模组滑块带动直线导轨上的主滑块运动；两个光电位移传感器随着直线导轨上的主滑块做直线运动；同时，两个光电位移传感器分别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：将驱动机构依靠于工作平台上的定位块，放置于工作平台上，以便于安装；将驱动机构动子与旋转控制机构的万向节输出端固定连接；将驱动机构定子用螺丝固定于工作平台上；

步骤四：拧松两个光轴座上用于固定光轴的螺丝，使光电位移传感器安装板能够进行纵向移动；调节光轴高度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；再拧紧光轴座上用于固定光轴的螺丝，使光电位移传感器安装板不可纵向移动；

步骤五：驱动直线模组伺服电机，使直线模组滑块带动直线导轨上的主滑块运动；光电位移传感器随着直线导轨上的主滑块做直线运动；同时，根据光栅尺导轨记录其中一个光电位移传感器检测到驱动机构动子上两个动子定位销时光栅尺滑块的位置；计算得出驱动机构的实际中心位置，并使光轴运动到驱动机构的中心位置的正上方；

步骤六：驱动旋转控制机构的第一伺服电机，第一伺服电机的输出端经过第一减速器放大输出力矩并减小输出转速，带动主轴旋转，从而带动主轴上的第一角度编码器和万向节进行旋转；万向节带动驱动机构动子进行旋转，同时第一角度编码器实时反馈万向节实际的转动角度；直至两个光电位移传感器分别能够检测到两个动子定位销，停止旋转控制机构的第一伺服电机；

步骤七：两个光电位移传感器分别测量并记录两个动子定位销到光电位移传感器的距离，并计算得出驱动机构调零时所需要转动的角度θ；驱动旋转控制机构的第一伺服电机，当第一角度编码器反馈的转动角度为θ，立即停止旋转控制机构的第一伺服电机；

步骤八：检验驱动机构的机械零位是否达到要求，驱动测量机构的第二伺服电机，使两个光电位移传感器随光轴转动180°，并重复步骤七，直至驱动机构的机械零位达到要求；

步骤九：卸下已完成机械调零的驱动机构，将待机械调零的驱动机构重复步骤三至步骤八，直至所有驱动机构完成机械调零；

步骤十：所有物件归位或归零。

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；令位于左侧的动子定位销为a，位于右侧的动子定位销为b；在测量过程中，因光栅尺滑块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分别为Xa、Xb，确定光电位移传感器探测光点运动到驱动机构中心位置时，光栅尺滑块的位置为X_o＝(X_a-X_b)/2；两个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，两个光电位移传感器分别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；设动子定位销a、动子定位销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滑块在光栅尺导轨上的绝对位置；设检测到动子定位销a、动子定位销b的位置分别为Ya、Yb；根据Ya、Yb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_a-d_b-(d′_a-d′_b))/d)，当角度为正时，顺时针转动驱动机构动子；当角度为负时，逆时针转动驱动机构动子。

本发明的有益效果在于：

1)本发明在光轴与光轴座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以及第二伺服电机控制光电位移传感器做反转运动，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第一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)本发明在旋转轴上加入第二角度编码器反馈光轴实际转动的角度，实现了测量机构对光轴旋转角度高精度的控制；

7)本发明在主轴上加入第一角度编码器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，在旋转控制机构的第一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；

8)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，在测量过程中，因光栅尺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定位销时在光栅尺上的绝对位置，从而确定了驱动机构实际上的中心位置，保证了光电位移传感器工作位置的准确性；

9)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动子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动子定位销时光栅尺滑块在光栅尺导轨上的绝对位置，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面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。

10)本发明采用两个光电位移传感器反转测量的方法，提高了驱动机构机械调零准确性检测的效率。

附图说明

图1是本发明一种带有辅助测量装置的驱动机构机械调零装置的整体结构示意图。

图2是本发明设备安装平台的结构示意图。

图3是本发明旋转控制机构的结构示意图。

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结构示意图。

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前视图。

图8是本发明位移测量装置的右视图。

图9是本发明驱动机构的结构示意图。

图中：1-设备安装平台、11-支撑支架、12-工作平台、13-安装立架、14-定位块、2-旋转控制机构、21-第一伺服电机、22-第一减速器、23-主轴、24-制动器、25-制动器支架、26-第一角度编码器、27-胀套、28-编码器转接块、29-万向节、210-扭簧、211-底板、212-第一减速器支架、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-第二伺服电机、333-安装支架、334-配重架、335-配重、336-联轴器、337-旋转轴、338-直线轴承座、339-第二减速器、3310-第二角度编码器法兰、3311-第二角度编码器、3312-光轴座、3313-光轴、3314-光电位移传感器、3315-光电位移传感器安装板、4-驱动机构、41-驱动机构动子、410-动子定位销、42-驱动机构定子。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1～9所示，一种用于驱动机构高精度测量以及调零的装置，包括设备安装平台1、旋转控制机构2、测量机构3、驱动机构4，所述测量机构3安装于所述设备安装平台1的上方，所述测量机构3用于测量所述驱动机构4机械零位的实际偏差，所述旋转控制机构2安装于所述设备安装平台1的上面，所述驱动机构4的输入端与所述旋转控制机构2的输出端相连接，所述旋转控制机构2用于控制所述驱动机构4旋转并反馈旋转角度。

所述设备安装平台1包括支撑支架11、工作平台12、安装立架13和定位块14。

所述支撑支架11平稳立于大地平面上，所述工作平台12放置于所述支撑支架11上，所述工作平台12上面开设有方槽，所述定位块14放置于所述工作平台12的方槽中，所述安装立架13共有两个，两个安装立架分别对称固定在所述工作平台12上面的横向中心轴线的两侧。

所述旋转控制机构2包括第一伺服电机21、第一减速器22、主轴23、制动器24、制动器支架25、第一角度编码器26、胀套27、编码器转接块28、万向节29、扭簧210、底板211和第一减速器支架212。

所述第一伺服电机21输出端与所述第一减速器22的输入端相连接，所述第一减速器22固定安装在所述第一减速器支架212的侧面上，所述第一减速器支架212的底面安装在所述底板211的上面，所述第一减速器22的输出端与所述主轴23的一端连接，所述主轴23的另一端与所述万向节29转接块采用所述胀套27通过胀紧连接，所述制动器24安装于所述主轴23上，所述制动器24固定在所述制动器支架25的一侧面上，所述制动器支架25的底面固定在所述底板211的上面，所述第一角度编码器26安装于所述编码器转接块28的一端，所述第一角度编码器26固定于所述制动器支架25的另一侧面上，所述万向节29的一端与所述编码器转接块28的另一端相连接，所述扭簧210安装在所述万向节29上，所述扭簧210一端连接所述万向节29输入端，另一端连接所述万向节29输出端，所述底板211安装在所述工作平台12上；在调零过程中，所述第一伺服电机21提供旋转运动的驱动力，经过所述第一减速器22放大力矩和减小转速，驱动所述主轴23转动并带动所述万向节29转动，所述第一角度编码器26提供万向节29实际转动的角度。

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。所述直线模组主体313固定在所述两个直线模组支撑架314的上面，所述直线模组支撑架314的侧面固定在所述支撑横梁311的一侧面上，所述拨杆317安装在所述直线模组滑块315上，所述直线导轨312固定在所述支撑横梁311的上面，所述直线导轨滑块318安装在所述直线导轨312上，所述直线模组伺服电机316安装在直线模组主体313的一端；在测量过程中，所述支撑横梁311固定在所述两个安装立架13上；所述直线模组伺服电机316提供测量机构3横向运动的动力，所述直线模组滑块315带动所述拨杆317运动，所述直线导轨312给测量机构3提供横向运动的导向。

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。所述光栅尺导轨321安装于所述光栅尺支撑架323上，所述光栅尺滑块322安装在所述光栅尺导轨321上，所述光栅尺滑块322的一端与主滑块331的一侧固定连接，所述光栅尺支撑架323固定在所述支撑横梁311上；在测量工程中，随着所述光栅尺滑块322的运动，能够实时定位测量机构3的工作位置。

所述位移测量装置33包括主滑块331、配重架334、配重335、第二伺服电机332、联轴器336、旋转轴337、直线轴承座338、第二减速器339、安装支架333、第二角度编码器3311、第二角度编码器法兰3310、光轴3313、光轴座3312、光电位移传感器3314和光电位移传感器安装板3315。所述第二伺服电机332固定在所述安装支架333的一侧面上，所述第二伺服电机332输出端与所述联轴器336的一端连接，所述联轴器336的另一端连接所述旋转轴337的一端，所述旋转轴337的另一端穿过所述直线轴承座338固定连接所述第二减速器339的输入端，所述第二减速器339固定在所述安装支架333的另一侧面上，所述安装支架333底面固定在所述主滑块331上面，所述直线轴承座338底面固定在所述安装支架333的上面，所述第二角度编码器3311固定在所述第二角度编码器法兰3310上，所述第二角度编码器法兰3310固定在所述第二减速器339输出端，所述光轴3313一端与所述第二减速器339的输出端固定连接，所述光轴3313穿过所述第二角度编码器3311安装在所述两个光轴座3312上，所述两个光轴座3312通孔竖直向下固定在所述光电位移传感器安装板3315的一侧面的竖直中心线位置，所述两个光电位移传感器3314分别对称于竖直中心线固定在所述光电位移传感器安装板3315另一侧面；在检测过程中，所述拨杆317带动所述主滑块331做直线运动，所述光电位移传感器3314跟随所述主滑块331做直线运动；所述第二伺服电机332提供旋转运动的驱动力，经过所述旋转轴337和所述第二减速器339放大力矩和减小转速，驱动所述光轴3313转动，所述光电位移传感器3314随所述旋转轴337做旋转运动，所述第二角度编码器3311提供光轴3313实际转动的角度。

所述驱动机构4包括驱动机构动子41和驱动机构定子42。所述驱动机构动子41上设置两个动子定位销410，所述驱动机构定子42安装在所述工作平台12上；在调零过程中，所述万向节29带动所述驱动机构动子41进行旋转时，所述动子定位销410跟随所述驱动机构动子41进行运动。

进一步的，所述万向节29上安装了扭簧210，扭簧210一端连接所述万向节29输入端，另一端连接所述万向节29输出端，消除所述万向节29输入端和输出端的传动回隙。

进一步的，所述纵向光轴3313横截面形状为半圆形和矩形的组合形，用于限制光电位移传感器安装板3315的旋转自由度。

进一步的，所述主滑块331的一侧开设方槽口，所述拨杆317的一端为球状并置于所述主滑块331的方槽口中。在测量过程中，所述拨杆317带动所述主滑块331做直线运动，球形端与方槽口做点面接触，消除了拨杆317到主滑块331的纵向跳动产生的误差。

进一步的，所述驱动机构动子41一端对称于驱动机构4旋转中心设置两个圆柱状的动子定位销410。

一种测量驱动机构4机械零位误差并进行机械零位凋零的测量方法，具体包括如下步骤：

步骤一：拧松两个光轴座3312上用于固定光轴3313的螺丝，使光电位移传感器安装板3315能够进行纵向移动；调节光轴3313高度直至光电位移传感器3314能够测量到工作平台12的上平面；再拧紧两个光轴座3312上用于固定光轴3313的螺丝，使光电位移传感器安装板3315不可纵向移动；

步骤二：驱动直线模组的直线模组伺服电机316，使直线模组滑块315带动直线导轨312上的主滑块331运动；两个光电位移传感器3314随着直线导轨312上的主滑块331做直线运动；同时，两个光电位移传感器3314分别测量并记录不同位置下光电位移传感器3314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3314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依靠于工作平台12上的定位块14，放置于工作平台12上，以便于安装；将驱动机构动子41与旋转控制机构2的万向节29输出端固定连接；将驱动机构定子42用螺丝固定于工作平台12上；

步骤四：拧松两个光轴座3312上用于固定光轴3313的螺丝，使光电位移传感器安装板3315能够进行纵向移动；调节光轴3313高度直至光电位移传感器3314能够测量到驱动机构动子41上的两个动子定位销410；再拧紧光轴座3312上用于固定光轴3313的螺丝，使光电位移传感器安装板3315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带动直线导轨312上的主滑块331运动；光电位移传感器3314随着直线导轨312上的主滑块331做直线运动；同时，根据光栅尺导轨321记录其中一个光电位移传感器3314检测到驱动机构动子41上两个动子定位销410时光栅尺滑块322的位置；计算得出驱动机构4的实际中心位置，并使光轴3313运动到驱动机构4的中心位置的正上方；

步骤六：驱动旋转控制机构2的第一伺服电机21，第一伺服电机21的输出端经过第一减速器22放大输出力矩并减小输出转速，带动主轴23旋转，从而带动主轴23上的第一角度编码器26和万向节29进行旋转；万向节29带动驱动机构动子41进行旋转，同时第一角度编码器26实时反馈万向节29实际的转动角度；直至两个光电位移传感器3314分别能够检测到两个动子定位销410，停止旋转控制机构2的第一伺服电机21；

步骤七：两个光电位移传感器3314分别测量并记录两个动子定位销410到光电位移传感器3314的距离，并计算得出驱动机构4调零时所需要转动的角度θ；驱动旋转控制机构2的第一伺服电机21，当第一角度编码器26反馈的转动角度为θ，立即停止旋转控制机构2的第一伺服电机21；

步骤八：检验驱动机构4的机械零位是否达到要求，驱动测量机构3的第二伺服电机332，使两个光电位移传感器3314随光轴3313转动180°，并重复步骤七，直至驱动机构4的机械零位达到要求；

步骤九：卸下已完成机械调零的驱动机构4，将待机械调零的驱动机构4重复步骤三至步骤八，直至所有驱动机构4完成机械调零；

步骤十：所有物件归位或归零。

在测量过程前，两个动子定位销410的中心距离为d，驱动机构4的目标机械零位位置为两个动子定位销410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410为a，位于右侧的动子定位销410为b。在测量过程中，因光栅尺滑块322提供的位置数据和光电位移传感器3314的测量数据均与时间相关，可间接确定光电位移传感器3314在测量到两个动子定位销410时光栅尺滑块322在光栅尺导轨321上的绝对位置分别为Xa、Xb，确定光电位移传感器3314探测光点运动到驱动机构4中心位置时，光栅尺滑块322的位置为X_o＝(X_a-X_b)/2。两个光电位移传感器3314测量并记录了不同位置下光电位移传感器3314与工作平台12之间的纵向距离，作为误差补偿的数据库；此外，两个光电位移传感器3314分别测量并记录了驱动机构动子41上两个动子定位销410与光电位移传感器3314的距离。设动子定位销a、动子定位销b与光电位移传感器3314的纵向距离分别为da、db。因光栅尺滑块322在光栅尺导轨321上滑动提供的位置数据和光电位移传感器3314的测量数据均与时间相关，可间接确定光电位移传感器3314在测量到两个动子定位销410时光栅滑块在光栅尺导轨321上的绝对位置。设检测到动子定位销a、动子定位销b的位置分别为Ya、Yb。根据Ya、Yb查找误差补偿的数据库，确定光电位移传感器3314在这两个位置时，光电位移传感器3314与工作平台12之间的纵向距离为da’、db’。可以得出两个动子定位销410转到水平位置，驱动机构动子41需要转动的角度θ＝arcsin((d_a-d_b-(d′_a-d′_b))/d)，当角度为正时，顺时针转动驱动机构动子41；当角度为负时，逆时针转动驱动机构动子41。

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。

Claims (7)

1.一种带有辅助测量装置的驱动机构机械调零装置，其特征在于：包括设备安装平台、旋转控制机构、测量机构、驱动机构，所述测量机构安装于所述设备安装平台的上方，所述测量机构用于测量所述驱动机构机械零位的实际偏差，所述旋转控制机构安装于所述设备安装平台的上面，所述驱动机构的输入端与所述旋转控制机构的输出端相连接，所述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；

所述设备安装平台包括支撑支架、工作平台、安装立架和定位块；所述支撑支架平稳立于大地平面上，所述工作平台放置于所述支撑支架上，所述工作平台上面开设有方槽，所述定位块放置于所述工作平台的方槽中，所述安装立架共有两个，两个安装立架分别对称固定在所述工作平台上面的横向中心轴线的两侧；

所述旋转控制机构包括第一伺服电机、第一减速器、主轴、制动器、制动器支架、第一角度编码器、胀套、编码器转接块、万向节、扭簧、底板和第一减速器支架；所述第一伺服电机输出端与所述第一减速器的输入端相连接，所述第一减速器固定安装在所述第一减速器支架的侧面上，所述第一减速器支架的底面安装在所述底板的上面，所述第一减速器的输出端与所述主轴的一端连接，所述主轴的另一端与所述万向节转接块采用所述胀套通过胀紧连接，所述制动器安装于所述主轴上，所述制动器固定在所述制动器支架的一侧面上，所述制动器支架的底面固定在所述底板的上面，所述第一角度编码器安装于所述编码器转接块的一端，所述第一角度编码器固定于所述制动器支架的另一侧面上，所述万向节的一端与所述编码器转接块的另一端相连接，所述扭簧安装在所述万向节上，所述扭簧一端连接所述万向节输入端，另一端连接所述万向节输出端，所述底板安装在所述工作平台上；在调零过程中，所述第一伺服电机提供旋转运动的驱动力，经过所述第一减速器放大力矩和减小转速，驱动所述主轴转动并带动所述万向节转动，所述第一角度编码器提供万向节实际转动的角度；

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；所述直线模组主体固定在所述两个直线模组支撑架的上面，所述直线模组支撑架的侧面固定在所述支撑横梁的一侧面上，所述拨杆安装在所述直线模组滑块上，所述直线导轨固定在所述支撑横梁的上面，所述直线导轨滑块安装在所述直线导轨上，所述直线模组伺服电机安装在直线模组主体的一端；在测量过程中，所述支撑横梁固定在所述两个安装立架上；所述直线模组伺服电机提供测量机构横向运动的动力，所述直线模组滑块带动所述拨杆运动，所述直线导轨给测量机构提供横向运动的导向；

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；所述光栅尺导轨安装于所述光栅尺支撑架上，所述光栅尺滑块安装在所述光栅尺导轨上，所述光栅尺滑块的一端与主滑块的一侧固定连接，所述光栅尺支撑架固定在所述支撑横梁上；在测量工程中，随着所述光栅尺滑块的运动，能够实时定位测量机构的工作位置；

所述位移测量装置包括主滑块、配重架、配重、第二伺服电机、联轴器、旋转轴、直线轴承座、第二减速器、安装支架、第二角度编码器、第二角度编码器法兰、光轴、光轴座、光电位移传感器和光电位移传感器安装板；所述第二伺服电机固定在所述安装支架的一侧面上，所述第二伺服电机输出端与所述联轴器的一端连接，所述联轴器的另一端连接所述旋转轴的一端，所述旋转轴的另一端穿过所述直线轴承座固定连接所述第二减速器的输入端，所述第二减速器固定在所述安装支架的另一侧面上，所述安装支架底面固定在所述主滑块上面，所述直线轴承座底面固定在所述安装支架的上面，所述第二角度编码器固定在所述第二角度编码器法兰上，所述第二角度编码器法兰固定在所述第二减速器输出端，所述光轴一端与所述第二减速器的输出端固定连接，所述光轴穿过所述第二角度编码器安装在所述两个光轴座上，所述两个光轴座通孔竖直向下固定在所述光电位移传感器安装板的一侧面的竖直中心线位置，所述两个光电位移传感器分别对称于竖直中心线固定在所述光电位移传感器安装板另一侧面；在检测过程中，所述拨杆带动所述主滑块做直线运动，所述光电位移传感器跟随所述主滑块做直线运动；所述第二伺服电机提供旋转运动的驱动力，经过所述旋转轴和所述第二减速器放大力矩和减小转速，驱动所述光轴转动，所述光电位移传感器随所述旋转轴做旋转运动，所述第二角度编码器提供光轴实际转动的角度；

所述驱动机构包括驱动机构动子和驱动机构定子；所述驱动机构动子上设置两个动子定位销，所述驱动机构定子安装在所述工作平台上；在调零过程中，所述万向节带动所述驱动机构动子进行旋转时，所述动子定位销跟随所述驱动机构动子进行运动。

2.根据权利要求1所述的一种带有辅助测量装置的驱动机构机械调零装置，其特征在于：所述万向节上安装了扭簧，扭簧一端连接所述万向节输入端，另一端连接所述万向节输出端，消除所述万向节输入端和输出端的传动回隙。

3.根据权利要求1所述的一种带有辅助测量装置的驱动机构机械调零装置，其特征在于：所述纵向光轴横截面形状为半圆形和矩形的组合形，用于限制光电位移传感器安装板的旋转自由度。

4.根据权利要求1所述的一种带有辅助测量装置的驱动机构机械调零装置，其特征在于：述主滑块的一侧开设方槽口，所述拨杆的一端为球状并置于所述主滑块的方槽口中。

5.根据权利要求1所述的一种带有辅助测量装置的驱动机构机械调零装置，其特征在于：所述驱动机构动子一端对称于驱动机构旋转中心设置两个圆柱状的动子定位销。

6.一种带有辅助测量装置的驱动机构机械调零方法，其特征在于：具体包括如下步骤：

步骤一：拧松两个光轴座上用于固定光轴的螺丝，使光电位移传感器安装板能够进行纵向移动；调节光轴高度直至光电位移传感器能够测量到工作平台的上平面；再拧紧两个光轴座上用于固定光轴的螺丝，使光电位移传感器安装板不可纵向移动；

步骤二：驱动直线模组的直线模组伺服电机，使直线模组滑块带动直线导轨上的主滑块运动；两个光电位移传感器随着直线导轨上的主滑块做直线运动；同时，两个光电位移传感器分别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：将驱动机构依靠于工作平台上的定位块，放置于工作平台上，以便于安装；将驱动机构动子与旋转控制机构的万向节输出端固定连接；将驱动机构定子用螺丝固定于工作平台上；

步骤四：拧松两个光轴座上用于固定光轴的螺丝，使光电位移传感器安装板能够进行纵向移动；调节光轴高度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；再拧紧光轴座上用于固定光轴的螺丝，使光电位移传感器安装板不可纵向移动；

步骤五：驱动直线模组伺服电机，使直线模组滑块带动直线导轨上的主滑块运动；光电位移传感器随着直线导轨上的主滑块做直线运动；同时，根据光栅尺导轨记录其中一个光电位移传感器检测到驱动机构动子上两个动子定位销时光栅尺滑块的位置；计算得出驱动机构的实际中心位置，并使光轴运动到驱动机构的中心位置的正上方；

步骤六：驱动旋转控制机构的第一伺服电机，第一伺服电机的输出端经过第一减速器放大输出力矩并减小输出转速，带动主轴旋转，从而带动主轴上的第一角度编码器和万向节进行旋转；万向节带动驱动机构动子进行旋转，同时第一角度编码器实时反馈万向节实际的转动角度；直至两个光电位移传感器分别能够检测到两个动子定位销，停止旋转控制机构的第一伺服电机；

步骤七：两个光电位移传感器分别测量并记录两个动子定位销到光电位移传感器的距离，并计算得出驱动机构调零时所需要转动的角度θ；驱动旋转控制机构的第一伺服电机，当第一角度编码器反馈的转动角度为θ，立即停止旋转控制机构的第一伺服电机；

步骤八：检验驱动机构的机械零位是否达到要求，驱动测量机构的第二伺服电机，使两个光电位移传感器随光轴转动180°，并重复步骤七，直至驱动机构的机械零位达到要求；

步骤九：卸下已完成机械调零的驱动机构，将待机械调零的驱动机构重复步骤三至步骤八，直至所有驱动机构完成机械调零；

步骤十：所有物件归位或归零。

7.根据权利要求6所述的一种带有辅助测量装置的驱动机构机械调零方法，其特征在于：所述步骤七中驱动机构调零所需角度θ的计算方法为：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；令位于左侧的动子定位销为a，位于右侧的动子定位销为b；在测量过程中，因光栅尺滑块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分别为Xa、Xb，确定光电位移传感器探测光点运动到驱动机构中心位置时，光栅尺滑块的位置为X_o＝(X_a-X_b)/2；两个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，两个光电位移传感器分别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；设动子定位销a、动子定位销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滑块在光栅尺导轨上的绝对位置；设检测到动子定位销a、动子定位销b的位置分别为Ya、Yb；根据Ya、Yb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_a-d_b-(d′_a-d′_b))/d)，当角度为正时，顺时针转动驱动机构动子；当角度为负时，逆时针转动驱动机构动子。

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