CN105973182A - 一种独立驱动式平衡装置及调节方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种独立驱动式平衡装置及调节方法，该装置包括水平基座，所述水平基座相对的上下两表面分别设有运动平台和配重平台，所述配重平台的质量小于所述运动平台，控制系统控制所述第一驱动电机和第二驱动电机分别带动所述运动平台及配重平台启动或停止，该调节方法为控制系统通过控制第一驱动电机带动运动平台运动或静止，并结合其运动参数控制第二驱动电机带动所述配重平台运动或静止，使水平基座始终保持平衡。该装置能够保持水平基座平衡、稳定，有利于减小运动过程中水平基座的角度变化，提高系统精度提高系统平衡的灵敏度及响应速度，尤其适用于三坐标测量仪、齿轮测量中心等设备，调节方法简单可靠，同时提高仪器的测量精度。

Description

一种独立驱动式平衡装置及调节方法
技术领域
本发明涉及一种测控技术与仪器领域，特别涉及一种独立驱动式平衡装置及调节方法。
背景技术
测量机广泛应用于机械、航空航天、电子、仪表、塑胶等行业，如三坐标测量机是测量被测物轮廓和表面形状尺寸、角度及位置的最有效的方法之一，它可以代替多种表面测量工具及昂贵的组合量规，并把复杂的测量任务所需时间从小时减少到分钟，这是其它仪器达不到的效果；也可以对工件的尺寸、形状和形位公差进行精密检测，从而完成零件检测、外形测量、过程控制等任务，提高了客户的工作效率。
同时，产品尺寸的精确程度是衡量质量目标的标准之一，因此，保证测量机的测量结果，提高测量机的测量精度，对测量机来说尤为重要。
现有测量机的支柱在测量过程中对被测物定位标定时需要进行水平运动，支柱运动过程中的重心变化，会导致水平基座出现跷跷板现象，造成测量精度降低，影响测量结果，为了避免出现跷跷板的现象，一般采用平衡部件来调节平衡。现有测量仪支柱中的平衡部件一般采用运动平台与配重平台的搭配方式，如图1所示，其具体方案是采用一个电机通过钢带、滑轮等连接件将水平基座上下的运动平台和配重平台同时连接进行驱动来保持平衡。该方案存在的问题是采用单一驱动电机同时驱动运动平台与配重平台，因配重平台与运动平台的质量都很大，造成单一驱动电机负荷较大，在带动配重平台调节平衡时，在启动与停止时容易出现颤动及滞后，造成响应速度慢或不同步的问题，降低了调节精确度。
发明内容
本发明的目的在于克服现有三维坐标测量机在测量过程中，采用单一驱动电机同时驱动运动平台与配重平台调节重力平衡，因负荷较大容易出现颤动及滞后，造成响应速度慢或不同步的问题，降低了调节精确度的上述不足，提供一种独立驱动式平衡装置及调节方法，提高系统精度及响应速度，同时又能降低成本。
为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
一种独立驱动式平衡装置，包括水平基座，所述水平基座相对的上下两表面分别设有运动平台和配重平台，所述配重平台的质量小于所述运动平台，所述运动平台通过第一驱动电机驱动平移，所述配重平台通过第二驱动电机驱动平移，所述第一驱动电机和第二驱动电机通过控制系统分别控制启动或停止。
采用本发明所述的一种独立驱动式平衡装置，其中配重平台较运动平台的质量更轻，分别通过第一驱动电机和第二驱动电机带动并调节对应的运动平台及配重平台，使水平基座所受扭矩相同，有效保持水平基座的重力平衡与稳定，从而减小系统误差，提高系统精度，同时配重平台质量较轻，调节过程中响应速度更快，灵敏程度更高，成本更低。
优选的，所述配重平台与所述运动平台的初始位置均位于水平基座的相对的两侧。
当所述配重平台与所述运动平台的初始位置均位于水平基座相对的两侧时，确保水平基座初始状态下的平衡。
优选的，所述第一驱动电机位于所述水平基座上所述运动平台所在的表面上，所述第二驱动电机位于所述水平基座上所述运动平台所在的表面上。
进一步优选的，所述第一驱动电机与所述第二驱动电机质量相同。
第一驱动电机和第二驱动电机分别与其驱动的运动平台和配重平台位于水平基座的同一表面上，有助于加强整个系统的刚度，同时所述第一驱动电机与所述第二驱动电机质量一致，能够简化驱动参数的计算，使驱动更加便捷。
优选的，所述运动平台和配重平台相对所述水平基座的位置替换为均设置在位于所述水平基座的同一上表面或下表面。
多种布置方式均能保证运动平台在运动过程中水平基座的重力平衡，可以满足设备的不同需求，适用性更广泛。
优选的，所述运动平台与所述配重平台的运动方向相平行。
运动平台与配重平台的运动方向相平行，对于实现运动过程的重力平衡更加便利，降低控制系统的处理难度，便于驱动电机的驱动及平台的移动，同时，能够提高对水平基座的空间利用率及调整精度。
优选的，所述运动平台采用第一丝杠与第一驱动电机连接，所述配重平台采用第二丝杠与第二驱动电机连接。
采用丝杠连接电机与平台，能够加强整个系统的刚度，提升启动、运动及制动时的灵敏程度，避免抖动与惯性位移造成的精度降低。
优选的，所述第二驱动电机的性能低于所述第一驱动电机的性能。
由于第二驱动电机带动配重平台仅负责重力平衡，其对运动控制精度的要求低于第一驱动电机带动的运动平台，因此选择低性能的驱动电机意味着成本更低。
优选的，所述第一驱动电机为直线电机，第二驱动电机为普通伺服电机。
优选的，所述配重平台的材质密度大于所述运动平台的材质密度。
配重平台选择的材质密度更大，则体积更小，高度不变的情况下底面积更小，可调节的范围更广。
本发明还提供了一种独立驱动式平衡装置的调节方法，包括使用如上述任一所述的一种独立驱动式平衡装置，其调节方法包括以下步骤：
a、控制系统判断水平基座是否移动，如果保持静止状态，则控制所述第一驱动电机和第二驱动电机保持静止；如果水平基座移动，则控制系统发送运动指令启动所述第一驱动电机，带动所述运动平台开始运动；控制系统发送运动指令给第一驱动电机，第一驱动电机带动运动平台开始运动；
b、控制系统根据所述第一驱动电机以及所述运动平台质量及初始位置及移动位移、方向及速度的参数，结合第二驱动电机及所述配重平台质量及初始位置参数，计算出配重平台移动的位移、方向及速度的参数；
c、控制系统发送运动指令给第二驱动电机，第二驱动电机带动配重平台与所述运动平台同时开始运动至停止，使水平基座始终保持平衡。
该方法通过控制系统控制第一驱动电机带动运动平台运动或静止，并结合其运动参数控制第二驱动电机带动所述配重平台运动或静止，使水平基座所受扭矩保持相同，实现重力保持平衡，从而保证水平基座的平衡稳定，降低运动过程中的系统误差，提高系统精度。
综上所述，与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、采用本发明所述的一种独立驱动式平衡装置，通过第一驱动电机和第二驱动电机分别带动运动平台及配重平台，使水平基座所受扭矩相同，有效保持水平基座的重力平衡与稳定，从而减小系统误差，提高系统精度，同时配重平台质量较轻，调节过程中响应速度更快，灵敏程度更高，成本更低。
2、采用本发明所述的一种独立驱动式平衡装置，利用双电机分别驱动运动平台和配重平台，运动平台及配重平台能够采取多种布置方法，优化了装置的空间结构，满足设备的不同需求，适用性更广泛。
3、采用本发明所述的一种独立驱动式平衡装置，配重平台选择的材质密度更大，则体积更小，高度不变的情况下底面积更小，可调节的范围更广。
4、采用本发明所述的一种独立驱动式平衡装置，该装置结构造型简便，制造方便，可以广泛引用于三坐标测量机、齿轮测量中心等设备。
5、采用本发明所述的一种独立驱动式平衡装置的调节方法，该方法通过控制系统控制第一驱动电机带动运动平台运动或静止，并结合其运动参数控制第二驱动电机带动所述配重平台运动或静止，使水平基座所受扭矩保持相同，实现重力保持平衡，从而保证水平基座的平衡稳定，降低测量过程中的系统误差，提高系统精度。
附图说明：
图1为现有技术采用的重力平衡装置的结构示意图。
图2为本发明所述的双电机驱动的重力平衡机构的结构主视图。
图3为本发明实施例1所述重力平衡装置的结构俯视图。
图4为本发明实施例2所述重力平衡装置的结构主视图。
图中标记：1-水平基座，2-运动平台，3-配重平台，4-第一驱动电机，5-第二驱动电机，6-第一丝杠，7-第二丝杠。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施例 1
本实施例为配重平台与运动平台分别位于水平基座的相对表面，两个驱动电机质量不相同的情况。
如图2所示，一种独立驱动式平衡装置，包括水平基座1，所述水平基座1上表面设有运动平台2，所述水平基座1下表面设有配重平台3，所述运动平台2的质量为G，所述配重平台3的质量为1/2G，所述运动平台2的初始位置位于水平基座上表面的右侧，所述配重平台3位于水平基座下表面的左侧，第一驱动电机4通过第一丝杠6驱动所述运动平台2平移，第二驱动电机5通过第二丝杠7驱动所述配重平台3平移，所述第一驱动电机4和第二驱动电机6通过控制系统分别控制启动或停止。
具体如图3，所述第一丝杠6与所述第二丝杠7平行，所述第一驱动电机4质量为G1，所述第二驱动电机5质量为1/2G1，所述第一驱动电机4的初始位置位于水平基座1的中心轴线左侧L1处，所述第二驱动电机5的初始位置位于水平基座1的中心轴线右侧2L1处，运动平台2与配重平台3以水平基座1的中心不对称设置，如可以采用运动平台2的初始位置位于水平基座1的中心轴线右侧L2处，所述配重平台3的初始位置位于水平基座1的中心轴线左侧2L2处，初始状态下，水平基座1保持重力平衡。
第一驱动电机4通过第一丝杠6驱动运动平台2移动，同时，第二驱动电机5通过第二丝杠7驱动配重平台3移动，所述配重平台3移动的距离是所述运动平台2移动距离的两倍，移动过程中，运动平台2与配重平台3的移动方向相反，移动速度相同，水平基座1受到的扭矩达到平衡，水平基座1保持稳定，该装置配重平台3质量更轻，响应速度更快，配重平台和电机的质量减小可以在保障平衡、稳定的情况下节约成本。
实施例 2
本实施例为配重平台与运动平台均位于水平基座的同一表面，两个驱动电机质量相同的情况。
如图4所示，一种独立驱动式平衡装置，其结构与实施例1大致相同，与实施例1不同之处在于，所述运动平台2与配重平台3均设于所述水平基座1的上表面，第一驱动电机4与第二驱动电机5的质量相等，以水平基座1的上表面中心对称，所述第二驱动电机5的性能较所述第一驱动电机4低，如所述第一驱动电机4为直线电机，第二驱动电机5为普通伺服电机，所述配重平台3的材质密度大于所述运动平台2的材质密度，初始状态下，水平基座1保持重力平衡。
第一驱动电机4驱动运动平台2向左移动，同时，第二驱动电机5通过第二丝杠7驱动配重平台3向右移动，所述配重平台3移动的距离是所述运动平台2移动距离的两倍，移动过程中，运动平台2与配重平台3的移动时间相同，方向相反，保证运动平台运动时，水平基座受到的扭矩达到平衡，该装置响应速度更快，系统精度更高，所述配重平台3的材质密度更大，体积更小，在高度不变的情况下，底面积更小，可调节的范围更广，同时由于第二驱动电机5驱动的配重平台3仅负责重力平衡，其对运动控制精度的要求低于第一驱动电机4驱动的运动平台2，选择较低性能的第二驱动电机5，则成本更低。
实施例 3
一种独立驱动式平衡装置的调节方法，包括使用如实施例1或2中的一种独立驱动式平衡装置，其调节方法包含以下步骤：
步骤一、控制系统判断水平基座1是否移动，如果保持静止状态，则控制所述第一驱动电机4和第二驱动电机5保持静止；如果水平基座1移动，则控制系统发送运动指令启动所述第一驱动电机4，带动所述运动平台2开始运动；
步骤二、控制系统根据所述第一驱动电机4以及所述运动平台2质量及初始位置及移动位移、方向及速度的参数，结合第二驱动电机5及所述配重平台3质量及初始位置参数，计算出配重平台3移动的位移、方向及速度的参数；
步骤三、控制系统发送运动指令给第二驱动电机5，第二驱动电机5带动配重平台3与所述运动平台2同时开始运动至停止，使水平基座1始终保持平衡。
当水平基座1保持静止时，运动平台2与配重平台3均保持静止，维持初始状态下的平衡，当水平基座1需要运动时，由控制系统控制第一驱动电机4带动运动平台2移动，根据所述运动平台2 的移动参数，计算出配重平台3的移动参数，并控制第二驱动电机5带动配重平台同时开始运动，使所述运动平台与配重平台的重力保持平衡，从而使水平基座1受到的扭矩保持相同，实现水平基座1在运动及停止状态下平衡稳定，避免出现跷跷板现象，降低系统误差，提高系统精度，同时配重平台质量更轻，调节起来效率更高，响应速度更快，所需驱动电机性能要求低，有效节省成本。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种独立驱动式平衡装置，包括水平基座(1)，其特征在于，所述水平基座(1)相对的上下两表面分别设有运动平台(2)和配重平台(3)，所述配重平台(3)的质量小于所述运动平台(2)，所述运动平台(2)通过第一驱动电机(4)驱动平移，所述配重平台(3)通过第二驱动电机(5)驱动平移，所述第一驱动电机(4)和第二驱动电机(5)分别通过控制系统控制启动或停止。
2.根据权利要求1所述的一种独立驱动式平衡装置，其特征在于，所述配重平台(3)与所述运动平台(2)的初始位置均位于水平基座相对的两侧。
3.根据权利要求1所述的一种独立驱动式平衡装置，其特征在于，所述第一驱动电机(4)位于所述水平基座(1)上所述运动平台(2)所在的表面上，所述第二驱动电机(5)位于所述水平基座(1)上所述运动平台(2)所在的表面上。
4.根据权利要求3所述的一种独立驱动式平衡装置，其特征在于，所述第一驱动电机(4)与所述第二驱动电机(5)质量相同。
5.根据权利要求1-4任一所述的一种独立驱动式平衡装置，其特征在于，所述运动平台(2)和配重平台(3)相对所述水平基座(1)的位置替换为均设置在位于所述水平基座(1)的同一上表面或下表面。
6.根据权利要求1所述的一种独立驱动式平衡装置，其特征在于，所述运动平台(2)与所述配重平台(3)的运动方向相平行。
7.根据权利要求1所述的一种独立驱动式平衡装置，其特征在于，所述运动平台(2)采用第一丝杠(6)与第一驱动电机(4)连接，所述配重平台(3)采用第二丝杠(7)与第二驱动电机(5)连接。
8.根据权利要求1所述的一种独立驱动式平衡装置，其特征在于，所述第二驱动电机(5)的性能低于所述第一驱动电机(4)的性能。
9.根据权利要求1所述的一种独立驱动式平衡装置，其特征在于，所述配重平台(3)的材质密度大于所述运动平台(2)的材质密度。
10.一种独立驱动式平衡装置的调节方法，其特征在于，包括使用如上述权利要求1-9任一所述的一种独立驱动式平衡装置，其调节方法包括以下步骤：
a、控制系统判断水平基座(1)是否移动，如果保持静止状态，则控制所述第一驱动电机(4)和第二驱动电机(5)保持静止；如果水平基座(1)移动，则控制系统发送运动指令启动所述第一驱动电机(4)，带动所述运动平台(2)开始运动；
b、控制系统根据所述第一驱动电机(4)以及所述运动平台(2)质量及初始位置及移动位移、方向及速度的参数，结合第二驱动电机(5)及所述配重平台(3)质量及初始位置参数，计算出配重平台(3)移动的位移、方向及速度的参数；
c、控制系统发送运动指令给第二驱动电机(5)，第二驱动电机(5)带动配重平台(3)与所述运动平台(2)同时开始运动至停止，使水平基座(1)始终保持平衡。
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