CN114670245B - 一种面向滚珠丝杠组件的精度调节装置及方法 - Google Patents

一种面向滚珠丝杠组件的精度调节装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种面向滚珠丝杠组件的精度调节装置及方法，利用激光自准直仪和倾角仪等电子测量设备，实现图形可视化的滚珠丝杠组件的精度调节。精度调节装置主要由基础运动模块、装调精度保障模块以及控制模块组成。基础运动模块用于滚珠丝杠组件的配合装调，具备直线运动功能，为装调精度保障模块提供安装环境。装调精度保障模块用于各部件配合装调的形位公差精确测量和各部件的高精度装调保障。控制模块用于实现滚珠丝杠组件装调中机电部件的驱动控制和信息测量功能。精度调节方法解决了人工装调滚珠丝杠组件精度低、效率低且工作枯燥的问题，辅助人工快速、准确地装调，提高人工装调精度和效率。

Description

一种面向滚珠丝杠组件的精度调节装置及方法
技术领域
本发明涉及机器人机构领域，尤其涉及机器人机构中运用滚珠丝杠组件直线驱动的技术领域，具体涉及一种面向滚珠丝杠组件的精度调节装置及方法。
背景技术
在机器人机构、重复锁紧机构等领域中，大量使用滚珠丝杠组件作为传动元件，其主要功能是将旋转运动转换成直线运动，或将扭矩转换成轴向反复作用力，同时兼具高精度、可逆性和高效率的特点。滚珠丝杠组件通常包括三个部分，分别是两个直线滑块导轨和一个滚珠丝杠。滚珠丝杠组件的装调过程不仅需要分别对两个直线滑块导轨和一个滚珠丝杠进行直线度、横滚角的精度调节，而且需要确保三个部分之间的位置装配关系。如果无法满足这些精度要求，那么可能会严重影响滚珠丝杠组件的运动状态，滚珠丝杠组件在运动过程中会出现额外的应力，增大传动过程中的阻力。由此可知，滚珠丝杠组件的精度调节对于机器人机构、重复锁紧机构等领域的传动过程尤为重要。
在传统的滚珠丝杠组件安装和精度调节的过程中，大多数依靠人工操作角度测量工具进行装调。这个过程不仅耗费时间，增加人力成本，而且无法保证滚珠丝杠组件各部分独自的安装精度以及各部分之间的装配关系。鉴于此，本发明提出一种面向滚珠丝杠组件的精度调节装置及方法，利用激光自准直仪和倾角仪等电子测量设备，实现图形可视化的精度调节，指导人工准确简便地装调，减少人力成本，具有显著的经济效益。
发明内容
为了解决统的滚珠丝杠组件安装和精度调节的过程中，人工操作角度测量工具装调耗费时间，增加人力成本，而且无法保证滚珠丝杠组件的安装精度以及各部分之间的装配关系的问题，本申请提出一种面向滚珠丝杠组件的精度调节装置及方法，利用激光自准直仪和倾角仪等电子测量设备，实现图形可视化的精度调节，指导人工准确简便的装调。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现。
本发明一种面向滚珠丝杠组件的精度调节装置，其特征在于它包括基础运动模块、装调精度保障模块以及控制模块，其中：
基础运动模块用于滚珠丝杠组件的配合装调，具备直线运动功能，并为装调精度保障模块提供安装环境，基础运动模块四角安装环首螺钉，便于起重搬移。基础运动模块由定位底板(1)、伺服电机组件和光学平移组件组成；伺服电机组件主要包括纵向伺服电机(2)、伺服电机安装座(3)、纵向直线模组(4)、工字定位支撑架(5)；纵向伺服电机(2)上有螺纹孔，伺服电机安装座(3)端面上有对应通孔，通过螺栓将纵向伺服电机(2)与伺服电机安装座(3)固连；纵向伺服电机(2)通过联轴器与纵向直线模组(4)进行连接；纵向直线模组(4)与工字定位支撑架(5)固连；工字定位支撑架(5)和伺服电机安装座(3)依据定位面安装在定位底板(1)上；光学平移组件主要包括横向伺服电机(6)、横向直线模组(7)和支撑架(8)；横向伺服电机(6)直接与横向直线模组(7)固连；横向直线模组(7)与支撑架(8)固连；支撑架(8)依据定位面安装在定位底板(1)上。
装调精度保障模块用于滚珠丝杠组件各部件配合装调的形位公差精确测量和滚珠丝杠组件各部件的高精度装调保障，主要由U型连接块(9)、浮动牵引装置(10)、浮动牵引装置连接块(11)、反射镜(12)、倾角仪(13)、转接底座(14)、激光自准直仪(15)、跨板(16)和L型连接块(17)组成；U型连接块(9)底部与纵向直线模组(4)滑块固连；反射镜(12)通过螺栓压紧的方式固定在浮动牵引装置(10)的前面上；浮动牵引装置(10)底部固定在被测产品导轨的滑块上，浮动牵引装置(10)连杆末端球型接头放置于U型连接块(9)的U型凹槽内；倾角仪(13)通过底面的磁力吸附在被测产品导轨的滑块表面上；激光自准直仪(15)与转接底座(14)固连，然后转接底座(14)固定在横向直线模组(7)的滑块上。
控制模块用于实现滚珠丝杠组件装调过程中机电部件的驱动控制和信息测量等功能，主要由运动控制器(18)、上位机软件(19)、工控机(20)、伺服电机驱动器(21)和数据采集***(22)组成；上位机软件(19)运行在工控机(20)上，运动控制器(18)和数据采集***(22)与工控机(20)连接；伺服电机驱动器(21)同时与运动控制器(18)、纵向伺服电机(2)和横向伺服电机(6)相连接。
所述的一种面向滚珠丝杠组件的精度调节装置，其特征在于：定位底板(1)用于安装滚珠丝杠组件、伺服电机组件和光学平移组件等；在定位底板(1)上设置定位面，便于滚珠丝杠组件、伺服电机组件和光学平移组件等的安装和定位。
所述的一种面向滚珠丝杠组件的精度调节装置，其特征在于：依据不同的工作情况，需要交替配合浮动牵引装置(10)、浮动牵引装置连接块(11)、跨板(16)和L型连接块(17)的使用，U型连接块(9)与浮动牵引装置(10)的球形接头连接，实现5自由度的“球-平面副”，从而进行浮动牵引，且不会对被测导轨滑块额外施加俯仰、横滚等方向的约束，因而不会影响被测导轨形位公差的调节。
所述的一种面向滚珠丝杠组件的精度调节装置，其特征在于：激光自准直仪(15)安装在光学平移装置的滑块上，其激光轴线与被测导轨轴线沿竖直面平行，反射镜(12)安装在被测导轨滑块上，借助激光自准直仪(15)和反射镜(12)，可以测出滑块所在的导轨在水平面的直线度和竖直面的直线度，实现对导轨直线度的检验。
所述的一种面向滚珠丝杠组件的精度调节装置，其特征在于：倾角仪(13)安装在被测导轨滑块上，可以测量滑块沿导轨移动时绕导轨轴线的横滚角度，实现对导轨横滚角度的检验，另外倾角仪(13)还可以安装浮动牵引装置连接块(11)或跨板(16)上，用来测量第二根导轨或丝杠螺母相对于第一根导轨的高度变化。
本发明一种面向滚珠丝杠组件的精度调节的方法，其特征在于：面向滚珠丝杠组件的精度调节主要通过控制模块与基础运动模块和装调精度保障模块相互配合来完成，控制模块由运动控制器(18)、上位机软件(19)、工控机(20)、伺服电机驱动器(21)和数据采集***(22)组成；上位机软件(19)发送指令到工控机(20)，工控机(20)接受到指令后，传送到运动控制器(18)，运动控制器(18)再发送指令给伺服电机驱动器(21)，伺服电机驱动器(21)控制伺服电机按照指令进行运动；激光自准直仪(15)和倾角仪(13)采集当前被测产品位置角度数据，数据采集***(22)接收被测产品位置角度数据，并将这些数据信息显示在上位机软件(19)上；对比数据采集***(22)接收的被测产品位置角度数据和上位机软件(19)中设置的目标数据，上位机软件(19)发送新的指令控制伺服电机进行运动，往复调整实现滚珠丝杠组件的精度调节
该方法具体步骤如下：
步骤Ⅰ-1：对于被测产品第一根导轨，需要同时调节其在竖直面与水平面的直线度以及绕自身轴线的横滚；利用光学平移组件将激光自准直仪(15)移至与第一根导轨轴线沿竖直面平行位置，在第一根导轨的滑块上固定安装反射镜(12)，使其与激光自准直仪(15)的光路垂直；固定安装倾角仪(13)，使其与导轨轴线垂直；调节好激光自准直仪(15)和反射镜(12)，确保在全测程范围内激光自准直仪(15)都能得到反射像，沿导轨长度方向均匀设置若干测点；
步骤Ⅰ-2：U型连接块(9)与浮动牵引装置(10)通过“球-平面副”连接，带动导轨滑块依次移动至每个测点；在测点处，记录当前激光自准直仪(15)的双轴角度值并计算导轨当前位置相对于初始起测位置的起伏变化，据此调节导轨在该测点处的水平面直线度和竖直面直线度；
步骤Ⅰ-3：根据倾角仪(13)的读数示值，调节导轨在该测点处的横滚角，在每个测点处，重复上述步骤，即可调节整个导轨的竖直面直线度与水平面直线度以及绕自身轴线的横滚；
步骤Ⅱ-1：对于被测产品第二根导轨，根据第一根导轨进行装调，不仅需要调节其在竖直面与水平面的直线度以及绕自身轴线的横滚，还要解决其与第一根导轨的同高度问题；利用光学平移组件将激光自准直仪(15)移至与第二根导轨轴线沿竖直面平行位置；在第二根导轨的滑块上固定安装反射镜(12)，使其与激光自准直仪(15)的光路垂直；固定安装倾角仪(13)，使其与第二根导轨轴线垂直；调节好激光自准直仪(15)和反射镜(12)，确保在全测程范围内自准直仪都能得到反射像；
步骤Ⅱ-2：在第一根导轨滑块浮动牵引装置(10)上通过销轴与浮动牵引装置连接块(11)连接，若拔出销轴，可轻松实现浮动牵引装置连接块(11)与第一根导轨滑块的分离；利用该销轴，浮动牵引装置连接块(11)与第一根导轨滑块形成一个转动副，其轴线与第一根导轨轴线平行；浮动牵引装置连接块(11)的另一端加工长圆孔并且底部加工半圆形凸起，套入第二根导轨滑块上的圆柱销。在该浮动牵引装置连接块(11)上安装倾角仪(13)；当第一根导轨滑块在U型连接块(9)的带动下移动时，浮动牵引装置连接块(11)随之移动并且带动第二根导轨滑块一同移动；当第二个导轨滑块的高度现对于第一根导轨滑块的高度发生变化时，浮动牵引装置连接块(11)会绕自身销轴产生一定转动；浮动牵引装置连接块(11)上的倾角仪(13)会测出两个导轨滑块的高度变化，从而指导第二根导轨相对于第一根导轨的高度装调；
步骤Ⅱ-3：沿第二根导轨长度方向均匀设置若干测点，U型连接块(9)通过“球-平面副”连接，带动第一根导轨滑块移动；第一根导轨滑块通过跨板随之带动第二根导轨滑块依次移动至每个测点；在测点处，记录当前激光自准直仪(15)的双轴角度值并计算导轨当前位置相对于初始起测位置的起伏变化，据此调节导轨在该测点处的水平面直线度和竖直面直线度；同时，根据第二根导轨滑块上倾角仪(13)的读数示值，调节导轨在该测点处的横滚角；另一方面，根据浮动牵引装置连接块(11)上倾角仪(13)的读数示值，调节第二根导轨滑块相对于第一根导轨滑块的高度；在每个测点处，重复上述步骤，即可调节第二根导轨的竖直面直线度与水平面直线度、绕自身轴线的横滚以及相对于第一根导轨的高度；
步骤Ⅲ-1：对于被测产品滚珠丝杠，根据第一根导轨进行装调，不仅需要调节其在竖直面与水平面的直线度，还要解决其与第一根导轨的同高度问题；利用光学平移组件将激光自准直仪(15)移至与滚珠丝杠轴线沿竖直面平行位置；在滚珠丝杠的螺母滑块上固定安装反射镜(12)，使其与激光自准直仪(15)的光路垂直；此外，固定安装倾角仪(13)，使其与滚珠丝杠轴线垂直；调节好激光自准直仪(15)和反射镜(12)，确保在全测程范围内激光自准直仪(15)都能得到反射像；
步骤Ⅲ-2：在滚珠丝杠的螺母滑块上安装一个跨板(16)；跨板(16)的另一端加工长圆孔并且底部加工半圆形凸起，套入第一根导轨滑块上的圆柱销；在该跨板(16)上安装倾角仪(13)；当电机驱动滚珠丝杠运动时，螺母滑块随之移动并且带动第一根导轨滑块一同移动；当螺母滑块的高度相对于第一根导轨滑块的高度发生变化时，跨板(16)会绕滚珠丝杠轴线发生一定转动；跨板(16)上的倾角仪(13)会测出两个滑块的高度变化，从而指导滚珠丝杠相对于第一根导轨的高度装调；
步骤Ⅲ-3：然后，沿滚珠丝杠长度方向均匀设置若干测点；电机驱动滚珠丝杠运动时，螺母滑块随之移动并且带动第一根导轨滑块依次移动至每个测点；在测点处，记录当前激光自准直仪(15)的双轴角度值并计算滚珠丝杠当前位置相对于初始起测位置的起伏变化，据此调节滚珠丝杠在该测点处的水平面直线度和竖直面直线度；同时，根据跨板(16)上倾角仪(13)的读数示值，调节滚珠丝杠螺母滑块相对于第一根导轨滑块的高度；在每个测点处，重复上述步骤，即可调节滚珠丝杠的竖直面直线度与水平面直线度以及相对于第一根导轨的高度。
所述的一种面向滚珠丝杠组件的精度调节的方法，其特征在于：直线度检测方法是将反射镜(12)安装在被测导轨滑块上；调节好激光自准直仪(15)和反射镜(12)，确保在全测程范围内，激光自准直仪(15)都能得到反射像；将反射镜(12)及滑块移动至导轨的初始起测位置，记录当前激光自准直仪(15)Y分量角度值Δθy，然后移动反射镜(12)，按照初始设置的截距b，完成对整段导轨的测量；激光自准直仪(15)Y分量的角度值Δθy，反映了导轨当前位置相对于初始起测位置的高低变化，具体表现为每段相对于初始位置的斜率值，由此可计算出当前点对于初始参考点高度变化为Δh＝Δθyb；再按照最小二乘法或者最小包容法等拟合原则，即可绘制出整段导轨在竖直平面的直线度变化曲线；同理可绘制出整段导轨在水平面的直线度变化曲线，从而指导导轨直线度的装调。
所述的一种面向滚珠丝杠组件的精度调节的方法，其特征在于：横滚角测量方法是将倾角仪(13)安装在被测导轨滑块的表面上，若直线导轨具有绕自身轴线的扭曲，则滑块在导轨上移动时会绕导轨轴线产生一定的横滚角，安装在滑块表面上的倾角仪(13)会读出此横滚角，从而指导导轨横滚角的装调。
本发明的技术方案有益效果在于：
(1)解决了人工装调滚珠丝杠组件精度低、效率低且工作枯燥的问题，能够辅助人工快速、准确的装调，提高人工装调精度和效率。
(2)使用了浮动牵引装置，保证了当被测产品移动到不同的测量点时，被测产品当前的直线度、横滚角等位置姿态不会受到基础运动模块安装姿态的影响。
(3)使用了高精度的激光自准直仪和倾角仪等电子测量设备代替了传统的机械测量工具，能够生成直观的数据和图像，显著地提高了装调的精度和测量的效率。
(4)基础运动模块中的底板上为每个部分设置专门的定位台面，保证运动保障模块和被测产品的定位关系，便于不同被测产品的更换和拆装，同时便于被测产品的反复装调。
附图说明
图1为本发明中的一种面向滚珠丝杠组件第一根导轨的精度调节装置示意图；
图2为本发明中的U型连接块平面副细节图；
图3为本发明中浮动牵引装置球副细节图；
图4为本发明中的一种面向滚珠丝杠组件第二根导轨的精度调节装置示意图；
图5为本发明中U型连接块、浮动牵引装置和浮动牵引装置连接块配合细节图；
图6为本发明中浮动牵引装置连接块细节图；
图7为本发明中L型连接块与浮动牵引装置连接块配合细节图；
图8为本发明中L型连接块球头销细节图；
图9为本发明中的一种面向滚珠丝杠组件滚珠丝杠的精度调节装置示意图；
图10为本发明中浮动牵引装置和跨板配合细节图；
图11为本发明中跨板长圆孔细节图；
图12为本发明中一种面向滚珠丝杠组件的精度调节的方法框架图；
图13为本发明中一种面向滚珠丝杠组件的精度调节的方法上位机软件图；
图14为本发明中一种面向滚珠丝杠组件的精度调节的直线度检测方法；
图15为本发明中一种面向滚珠丝杠组件的精度调节的横滚角检测方法；
以上的图中有：由定位底板(1)，纵向伺服电机(2)，伺服电机安装座(3)，纵向直线模组(4)，工字定位支撑架(5)，横向伺服电机(6)，横向直线模组(7)，支撑架(8)，U型连接块(9)，浮动牵引装置(10)，浮动牵引装置连接块(11)，反射镜(12)，倾角仪(13)，转接底座(14)，激光自准直仪(15)，跨板(16)，L型连接块(17)，运动控制器(18)，上位机软件(19)，工控机(20)，伺服电机驱动器(21)和数据采集***(22)。
具体实施方式：
以下结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的实施不限于此。
结合图1、图4和图9所示，本发明提出一种面向滚珠丝杠组件的精度调节的装置，其特征在于它包括基础运动模块、装调精度保障模块以及控制模块，其中：
基础运动模块用于滚珠丝杠组件的配合装调，具备直线运动功能，并为装调精度保障模块提供安装环境，基础运动模块四角安装环首螺钉，便于起重搬移。基础运动模块由定位底板1、伺服电机组件和光学平移组件组成；伺服电机组件主要包括纵向伺服电机2、伺服电机安装座3、纵向直线模组4、工字定位支撑架5；纵向伺服电机2上有螺纹孔，伺服电机安装座3端面上有对应通孔，通过螺栓将纵向伺服电机2与伺服电机安装座3固连；纵向伺服电机2通过联轴器与纵向直线模组4进行连接；纵向直线模组4与工字定位支撑架5固连；工字定位支撑架5和伺服电机安装座3依据定位面安装在定位底板1上；光学平移组件主要包括横向伺服电机6、横向直线模组7和支撑架8；横向伺服电机6直接与横向直线模组7固连；横向直线模组7与支撑架8固连；支撑架8依据定位面安装在定位底板1上。
装调精度保障模块用于滚珠丝杠组件各部件配合装调的形位公差精确测量和滚珠丝杠组件各部件的高精度装调保障，主要由U型连接块9、浮动牵引装置10、浮动牵引装置连接块11、反射镜12、倾角仪13、转接底座14、激光自准直仪15、跨板16和L型连接块17组成；依据不同的工作情况，装调精度保障模块需要交替配合浮动牵引装置10、浮动牵引装置连接块11、跨板16和L型连接块17的使用。
对于被测产品第一根导轨装调装置，如图1所示，装调精度保障模块需要U型连接块9底部与纵向直线模组4滑块固连，反射镜12通过螺栓压紧的方式固定在浮动牵引装置10的前面上；浮动牵引装置10底部固定在被测产品导轨的滑块上，激光自准直仪15与转接底座14固连，然后转接底座14固定在横向直线模组7的滑块上；浮动牵引装置10连杆末端球型接头放置于U型连接块9的U型凹槽内，倾角仪13通过底面的磁力吸附在被测产品第一根导轨的滑块表面上；如图2所示为U型连接块9具体结构，如图3所示为浮动牵引装置10具体结构。
对于被测产品第二根导轨装调装置，如图4所示，装调精度保障模块需要U型连接块9底部与纵向直线模组4滑块固连，反射镜12通过螺栓压紧的方式固定在L型连接块16的前面上，浮动牵引装置10底部固定在第一根导轨的滑块上；激光自准直仪15与转接底座14固连，然后转接底座14固定在横向直线模组7的滑块上，倾角仪13通过底面的磁力吸附在被测产品第二根导轨的滑块表面上；如图5所示，浮动牵引装置10连杆末端球型接头放置于U型连接块9的U型凹槽内，浮动牵引装置10通过销轴与浮动牵引装置连接块11进行连接，并使浮动牵引装置连接块11与第一根导轨滑块形成转动副，浮动牵引装置连接块11具体结构如图6所示；如图7所示，另一个倾角仪13固定在浮动牵引装置连接块11上，L型连接块16固定在第二根导轨上，L型连接块16上的球头销与浮动牵引装置连接块11上的长圆弧凹槽构成“球-平面副”连接，如图8所示为L型连接块16具体结构。
对于被测产品丝杠螺母装调装置，如图9所示，装调精度保障模块需要U型连接块9底部与纵向直线模组4滑块固连，反射镜12通过螺栓压紧的方式固定在跨板16的前面上；浮动牵引装置10底部固定在第一根导轨的滑块上，激光自准直仪15与转接底座14固连，然后转接底座14固定在横向直线模组7的滑块上；倾角仪13通过底面的磁力吸附在被测产品丝杠螺母的滑块表面上；如图10所示，浮动牵引装置10通过球头销与跨板16长圆孔进行配合，另一个倾角仪13固定在跨板16上，如图11所示为跨板16具体结构。
控制模块用于实现滚珠丝杠组件装调过程中机电部件的驱动控制和信息测量等功能，主要由运动控制器18、上位机软件19、工控机20、伺服电机驱动器21和数据采集***22组成；上位机软件19运行在工控机20上，运动控制器18和数据采集***22与工控机20连接；伺服电机驱动器21同时与运动控制器18、纵向伺服电机2和横向伺服电机6相连接。
本发明提出一种面向滚珠丝杠组件的精度调节的方法，如图12为该方法的框架图；主要通过控制模块与基础运动模块和装调精度保障模块相互配合来完成，控制模块由运动控制器18、上位机软件19、工控机20、伺服电机驱动器21和数据采集***22组成；上位机软件19发送指令到工控机20，工控机20接受到指令后，传送到运动控制器18，再发送指令给伺服电机驱动器21，伺服电机驱动器21控制伺服电机按照指令进行运动；激光自准直仪15和倾角仪13采集当前被测产品位置角度数据，数据采集***22接收被测产品位置角度数据，并将这些数据信息显示在上位机软件19上；对比数据采集***22接收的被测产品位置角度数据和上位机软件19中设置的目标数据，上位机软件19发送新的指令控制伺服电机进行运动，往复调整实现滚珠丝杠组件的精度调节，如图13所示为一种面向滚珠丝杠组件精度调节的方法的上位机软件图。
该方法具体步骤如下：
步骤Ⅰ-1：对于被测产品第一根导轨，需要同时调节其在竖直面与水平面的直线度以及绕自身轴线的横滚；利用光学平移组件将激光自准直仪15移至与第一根导轨轴线沿竖直面平行位置，在第一根导轨的滑块上固定安装反射镜12，使其与激光自准直仪15的光路垂直；固定安装倾角仪13，使其与导轨轴线垂直；调节好激光自准直仪15和反射镜12，确保在全测程范围内激光自准直仪15都能得到反射像，沿导轨长度方向均匀设置若干测点；
步骤Ⅰ-2：U型连接块9与浮动牵引装置10通过“球-平面副”连接，带动导轨滑块依次移动至每个测点；在测点处，记录当前激光自准直仪15的双轴角度值并计算导轨当前位置相对于初始起测位置的起伏变化，据此调节导轨在该测点处的水平面直线度和竖直面直线度；
步骤Ⅰ-3：根据倾角仪13的读数示值，调节导轨在该测点处的横滚角，在每个测点处，重复上述步骤，即可调节整个导轨的竖直面直线度与水平面直线度以及绕自身轴线的横滚；
步骤Ⅱ-1：对于被测产品第二根导轨，根据第一根导轨进行装调，不仅需要调节其在竖直面与水平面的直线度以及绕自身轴线的横滚，还要解决其与第一根导轨的同高度问题；利用光学平移组件将激光自准直仪15移至与第二根导轨轴线沿竖直面平行位置；在第二根导轨的滑块上固定安装反射镜12，使其与激光自准直仪15的光路垂直；固定安装倾角仪13，使其与第二根导轨轴线垂直；调节好激光自准直仪15和反射镜12，确保在全测程范围内自准直仪都能得到反射像；
步骤Ⅱ-2：在第一根导轨滑块浮动牵引装置10上通过销轴与浮动牵引装置连接块11连接，若拔出销轴，可轻松实现浮动牵引装置连接块11与第一根导轨滑块的分离；利用该销轴，浮动牵引装置连接块11与第一根导轨滑块形成一个转动副，其轴线与第一根导轨轴线平行；浮动牵引装置连接块11的另一端加工长圆孔并且底部加工半圆形凸起，套入第二根导轨滑块上的圆柱销。在该浮动牵引装置连接块11上安装倾角仪13；当第一根导轨滑块在U型连接块9的带动下移动时，浮动牵引装置连接块11随之移动并且带动第二根导轨滑块一同移动；当第二个导轨滑块的高度现对于第一根导轨滑块的高度发生变化时，浮动牵引装置连接块11会绕自身销轴产生一定转动；浮动牵引装置连接块11上的倾角仪13会测出两个导轨滑块的高度变化，从而指导第二根导轨相对于第一根导轨的高度装调；
步骤Ⅱ-3：沿第二根导轨长度方向均匀设置若干测点，U型连接块9通过“球-平面副”连接，带动第一根导轨滑块移动；第一根导轨滑块通过跨板随之带动第二根导轨滑块依次移动至每个测点；在测点处，记录当前激光自准直仪15的双轴角度值并计算导轨当前位置相对于初始起测位置的起伏变化，据此调节导轨在该测点处的水平面直线度和竖直面直线度；同时，根据第二根导轨滑块上倾角仪13的读数示值，调节导轨在该测点处的横滚角；另一方面，根据浮动牵引装置连接块11上倾角仪13的读数示值，调节第二根导轨滑块相对于第一根导轨滑块的高度；在每个测点处，重复上述步骤，即可调节第二根导轨的竖直面直线度与水平面直线度、绕自身轴线的横滚以及相对于第一根导轨的高度；
步骤Ⅲ-1：对于被测产品滚珠丝杠，根据第一根导轨进行装调，不仅需要调节其在竖直面与水平面的直线度，还要解决其与第一根导轨的同高度问题；利用光学平移组件将激光自准直仪15移至与滚珠丝杠轴线沿竖直面平行位置；在滚珠丝杠的螺母滑块上固定安装反射镜12，使其与激光自准直仪15的光路垂直；此外，固定安装倾角仪13，使其与滚珠丝杠轴线垂直；调节好激光自准直仪15和反射镜12，确保在全测程范围内激光自准直仪15都能得到反射像；
步骤Ⅲ-2：在滚珠丝杠的螺母滑块上安装一个跨板16；跨板16的另一端加工长圆孔并且底部加工半圆形凸起，套入第一根导轨滑块上的圆柱销；在该跨板16上安装倾角仪13；当电机驱动滚珠丝杠运动时，螺母滑块随之移动并且带动第一根导轨滑块一同移动；当螺母滑块的高度相对于第一根导轨滑块的高度发生变化时，跨板16会绕滚珠丝杠轴线发生一定转动；跨板16上的倾角仪13会测出两个滑块的高度变化，从而指导滚珠丝杠相对于第一根导轨的高度装调；
步骤Ⅲ-3：然后，沿滚珠丝杠长度方向均匀设置若干测点；电机驱动滚珠丝杠运动时，螺母滑块随之移动并且带动第一根导轨滑块依次移动至每个测点；在测点处，记录当前激光自准直仪15的双轴角度值并计算滚珠丝杠当前位置相对于初始起测位置的起伏变化，据此调节滚珠丝杠在该测点处的水平面直线度和竖直面直线度；同时，根据跨板16上倾角仪13的读数示值，调节滚珠丝杠螺母滑块相对于第一根导轨滑块的高度；在每个测点处，重复上述步骤，即可调节滚珠丝杠的竖直面直线度与水平面直线度以及相对于第一根导轨的高度。

Claims (8)

1.一种面向滚珠丝杠组件的精度调节装置，其特征在于它包括基础运动模块、装调精度保障模块以及控制模块，其中：
基础运动模块用于滚珠丝杠组件的配合装调，具备直线运动功能，并为装调精度保障模块提供安装环境，基础运动模块四角安装环首螺钉，便于起重搬移；基础运动模块由定位底板(1)、伺服电机组件和光学平移组件组成；伺服电机组件主要包括纵向伺服电机(2)、伺服电机安装座(3)、纵向直线模组(4)、工字定位支撑架(5)；纵向伺服电机(2)上有螺纹孔，伺服电机安装座(3)端面上有对应通孔，通过螺栓将纵向伺服电机(2)与伺服电机安装座(3)固连；纵向伺服电机(2)通过联轴器与纵向直线模组(4)进行连接；纵向直线模组(4)与工字定位支撑架(5)固连；工字定位支撑架(5)和伺服电机安装座(3)依据定位面安装在定位底板(1)上；光学平移组件主要包括横向伺服电机(6)、横向直线模组(7)和支撑架(8)；横向伺服电机(6)直接与横向直线模组(7)固连；横向直线模组(7)与支撑架(8)固连；支撑架(8)依据定位面安装在定位底板(1)上；
装调精度保障模块用于滚珠丝杠组件各部件配合装调的形位公差精确测量和滚珠丝杠组件各部件的高精度装调保障，主要由U型连接块(9)、浮动牵引装置(10)、浮动牵引装置连接块(11)、反射镜(12)、倾角仪(13)、转接底座(14)、激光自准直仪(15)、跨板(16)和L型连接块(17)组成；U型连接块(9)底部与纵向直线模组(4)滑块固连；反射镜(12)通过螺栓压紧的方式固定在浮动牵引装置(10)的前面上；浮动牵引装置(10)底部固定在被测产品导轨的滑块上，浮动牵引装置(10)连杆末端球型接头放置于U型连接块(9)的U型凹槽内；倾角仪(13)通过底面的磁力吸附在被测产品导轨的滑块表面上；激光自准直仪(15)与转接底座(14)固连，然后转接底座(14)固定在横向直线模组(7)的滑块上；
控制模块用于实现滚珠丝杠组件装调过程中机电部件的驱动控制和信息测量等功能，主要由运动控制器(18)、上位机软件(19)、工控机(20)、伺服电机驱动器(21)和数据采集***(22)组成；上位机软件(19)运行在工控机(20)上，运动控制器(18)和数据采集***(22)与工控机(20)连接；伺服电机驱动器(21)同时与运动控制器(18)、纵向伺服电机(2)和横向伺服电机(6)相连接。
2.根据权利要求1所述的一种面向滚珠丝杠组件的精度调节装置，其特征在于：定位底板(1)用于安装滚珠丝杠组件、伺服电机组件和光学平移组件等；在定位底板(1)上设置定位面，便于滚珠丝杠组件、伺服电机组件和光学平移组件等的安装和定位。
3.根据权利要求1所述的一种面向滚珠丝杠组件的精度调节装置，其特征在于：依据不同的工作情况，需要交替配合浮动牵引装置(10)、浮动牵引装置连接块(11)、跨板(16)和L型连接块(17)的使用，U型连接块(9)与浮动牵引装置(10)的球形接头连接，实现5自由度的“球-平面副”，从而进行浮动牵引，且不会对被测导轨滑块额外施加俯仰、横滚方向的约束，因而不会影响被测导轨形位公差的调节。
4.根据权利要求1所述的一种面向滚珠丝杠组件的精度调节装置，其特征在于：激光自准直仪(15)安装在光学平移装置的滑块上，其激光轴线与被测导轨轴线沿竖直面平行，反射镜(12)安装在被测导轨滑块上，借助激光自准直仪(15)和反射镜(12)，测出滑块所在的导轨在水平面的直线度和竖直面的直线度，实现对导轨直线度的检验。
5.根据权利要求1所述的一种面向滚珠丝杠组件的精度调节装置，其特征在于：倾角仪(13)安装在被测导轨滑块上，测量滑块沿导轨移动时绕导轨轴线的横滚角度，实现对导轨横滚角度的检验。
6.一种面向滚珠丝杠组件的精度调节的方法，其特征在于：该方法基于权利要求一到五任一项所述的一种面向滚珠丝杠组件的精度调节装置，通过控制模块与基础运动模块和装调精度保障模块相互配合来完成，控制模块由运动控制器(18)、上位机软件(19)、工控机(20)、伺服电机驱动器(21)和数据采集***(22)组成；上位机软件(19)发送指令到工控机(20)，工控机(20)接受到指令后，传送到运动控制器(18)，运动控制器(18)再发送指令给伺服电机驱动器(21)，伺服电机驱动器(21)控制伺服电机按照指令进行运动；激光自准直仪(15)和倾角仪(13)采集当前被测产品位置角度数据，数据采集***(22)接收被测产品位置角度数据，并将这些数据信息显示在上位机软件(19)上；对比数据采集***(22)接收的被测产品位置角度数据和上位机软件(19)中设置的目标数据，上位机软件(19)发送新的指令控制伺服电机进行运动，往复调整实现滚珠丝杠组件的精度调节；
该方法具体步骤如下：
步骤Ⅰ-1：对于被测产品第一根导轨，需要同时调节其在竖直面与水平面的直线度以及绕自身轴线的横滚；利用光学平移组件将激光自准直仪(15)移至与第一根导轨轴线沿竖直面平行位置，在第一根导轨的滑块上固定安装反射镜(12)，使其与激光自准直仪(15)的光路垂直；固定安装倾角仪(13)，使其与导轨轴线垂直；调节好激光自准直仪(15)和反射镜(12)，确保在全测程范围内激光自准直仪(15)都能得到反射像，沿导轨长度方向均匀设置若干测点；
步骤Ⅰ-2：U型连接块(9)与浮动牵引装置(10)通过“球-平面副”连接，带动导轨滑块依次移动至每个测点；在测点处，记录当前激光自准直仪(15)的双轴角度值并计算导轨当前位置相对于初始起测位置的起伏变化，据此调节导轨在该测点处的水平面直线度和竖直面直线度；
步骤Ⅰ-3：根据倾角仪(13)的读数示值，调节导轨在该测点处的横滚角，在每个测点处，重复上述步骤，即可调节整个导轨的竖直面直线度与水平面直线度以及绕自身轴线的横滚；
步骤Ⅱ-1：对于被测产品第二根导轨，根据第一根导轨进行装调，不仅需要调节其在竖直面与水平面的直线度以及绕自身轴线的横滚，还要解决其与第一根导轨的同高度问题；利用光学平移组件将激光自准直仪(15)移至与第二根导轨轴线沿竖直面平行位置；在第二根导轨的滑块上固定安装反射镜(12)，使其与激光自准直仪(15)的光路垂直；固定安装倾角仪(13)，使其与第二根导轨轴线垂直；调节好激光自准直仪(15)和反射镜(12)，确保在全测程范围内自准直仪都能得到反射像；
步骤Ⅱ-2：在第一根导轨滑块浮动牵引装置(10)上通过销轴与浮动牵引装置连接块(11)连接，若拔出销轴，可轻松实现浮动牵引装置连接块(11)与第一根导轨滑块的分离；利用该销轴，浮动牵引装置连接块(11)与第一根导轨滑块形成一个转动副，其轴线与第一根导轨轴线平行；浮动牵引装置连接块(11)的另一端加工长圆孔并且底部加工半圆形凸起，套入第二根导轨滑块上的圆柱销；在该浮动牵引装置连接块(11)上安装倾角仪(13)；当第一根导轨滑块在U型连接块(9)的带动下移动时，浮动牵引装置连接块(11)随之移动并且带动第二根导轨滑块一同移动；当第二个导轨滑块的高度对于第一根导轨滑块的高度发生变化时，浮动牵引装置连接块(11)会绕自身销轴产生一定转动；浮动牵引装置连接块(11)上的倾角仪(13)会测出两个导轨滑块的高度变化，从而指导第二根导轨相对于第一根导轨的高度装调；
步骤Ⅱ-3：沿第二根导轨长度方向均匀设置若干测点，U型连接块(9)通过“球-平面副”连接，带动第一根导轨滑块移动；第一根导轨滑块通过跨板带动第二根导轨滑块依次移动至每个测点；在测点处，记录当前激光自准直仪(15)的双轴角度值并计算导轨当前位置相对于初始起测位置的起伏变化，据此调节导轨在该测点处的水平面直线度和竖直面直线度；同时，根据第二根导轨滑块上倾角仪(13)的读数示值，调节导轨在该测点处的横滚角；另一方面，根据浮动牵引装置连接块(11)上倾角仪(13)的读数示值，调节第二根导轨滑块相对于第一根导轨滑块的高度；在每个测点处，重复上述步骤，即可调节第二根导轨的竖直面直线度与水平面直线度、绕自身轴线的横滚以及相对于第一根导轨的高度；
步骤Ⅲ-1：对于被测产品滚珠丝杠，根据第一根导轨进行装调，不仅需要调节其在竖直面与水平面的直线度，还要解决其与第一根导轨的同高度问题；利用光学平移组件将激光自准直仪(15)移至与滚珠丝杠轴线沿竖直面平行位置；在滚珠丝杠的螺母滑块上固定安装反射镜(12)，使其与激光自准直仪(15)的光路垂直；此外，固定安装倾角仪(13)，使其与滚珠丝杠轴线垂直；调节好激光自准直仪(15)和反射镜(12)，确保在全测程范围内激光自准直仪(15)都能得到反射像；
步骤Ⅲ-2：在滚珠丝杠的螺母滑块上安装一个跨板(16)；跨板(16)的另一端加工长圆孔并且底部加工半圆形凸起，套入第一根导轨滑块上的圆柱销；在该跨板(16)上安装倾角仪(13)；当电机驱动滚珠丝杠运动时，螺母滑块随之移动并且带动第一根导轨滑块一同移动；当螺母滑块的高度相对于第一根导轨滑块的高度发生变化时，跨板(16)会绕滚珠丝杠轴线发生一定转动；跨板(16)上的倾角仪(13)会测出两个滑块的高度变化，从而指导滚珠丝杠相对于第一根导轨的高度装调；
步骤Ⅲ-3：然后，沿滚珠丝杠长度方向均匀设置若干测点；电机驱动滚珠丝杠运动时，螺母滑块随之移动并且带动第一根导轨滑块依次移动至每个测点；在测点处，记录当前激光自准直仪(15)的双轴角度值并计算滚珠丝杠当前位置相对于初始起测位置的起伏变化，据此调节滚珠丝杠在该测点处的水平面直线度和竖直面直线度；同时，根据跨板(16)上倾角仪(13)的读数示值，调节滚珠丝杠螺母滑块相对于第一根导轨滑块的高度；在每个测点处，重复上述步骤，即可调节滚珠丝杠的竖直面直线度与水平面直线度以及相对于第一根导轨的高度。
7.根据权利要求6所述的一种面向滚珠丝杠组件的精度调节的方法，其特征在于：直线度检测方法是将反射镜(12)安装在被测导轨滑块上；调节好激光自准直仪(15)和反射镜(12)，确保在全测程范围内，激光自准直仪(15)都能得到反射像；将反射镜(12)及滑块移动至导轨的初始起测位置，记录当前激光自准直仪(15)Y分量角度值Δθy，然后移动反射镜(12)，按照初始设置的截距b，完成对整段导轨的测量；激光自准直仪(15)Y分量的角度值Δθy，反映了导轨当前位置相对于初始起测位置的高低变化，具体表现为每段相对于初始位置的斜率值，由此可计算出当前点对于初始参考点高度变化为Δh＝Δθyb；再按照最小二乘法或者最小包容法等拟合原则，即可绘制出整段导轨在竖直平面的直线度变化曲线；同理可绘制出整段导轨在水平面的直线度变化曲线，从而指导导轨直线度的装调。
8.根据权利要求6所述的一种面向滚珠丝杠组件的精度调节的方法，其特征在于：横滚角测量方法是将倾角仪(13)安装在被测导轨滑块的表面上，若直线导轨具有绕自身轴线的扭曲，则滑块在导轨上移动时会绕导轨轴线产生一定的横滚角，安装在滑块表面上的倾角仪(13)会读出此横滚角，从而指导导轨横滚角的装调。
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