CN109269444A - 一种伺服机构角度标定测量方法 - Google Patents

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范晓峰
王仕军
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Guizhou Aerospace Electronic Technology Co Ltd
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Guizhou Aerospace Electronic Technology Co Ltd
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/26—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes

Abstract

本发明提供了一种伺服机构角度标定测量方法，包括如下步骤：①一次测量：将探头移动到初始位置，测量探头投影于探头正下方伺服机构末端平面上的三维坐标点A；②移动探头：将探头沿坐标系X轴移动N距离；③二次测量：测量探头投影于探头正下方伺服机构末端平面上的三维坐标点B；④移动探头：将探头沿坐标系Y轴移动M距离；⑤三次测量：测量探头投影于探头正下方伺服机构末端平面上的三维坐标点C；⑥计算角度。本发明只需一次装夹，且自动化程度高，测试数据可分类保存，方便导入Excel数据分析，操作者劳动强度低，工作效率高，测量一台伺服机构需耗时至多2小时，生产效率至少提高75％。

Description

一种伺服机构角度标定测量方法
技术领域
本发明涉及一种伺服机构角度标定测量方法。
背景技术
为检查伺服系统运动精度，需对伺服系统预定角度进行标定，检查伺服控制器预定角度、电位器反馈角度，伺服机构末端实际运动角度三者之间的一致性。伺服机构角度标定分偏航方向和俯仰方向，每方向在运动范围-55°～+55°内按步长5°进行测量，每套伺服机构共需标定46个角度；现有的测量方法如图1、图2所示，采用如下步骤：
1、将带翻转轴的回转工作台14吊装在T4163单柱坐标镗床的工作台面13上，并进行合理装夹紧固；
2、如图1所示，将伺服机构11安装在回转工作台14工作面上，调整镗床工作台面13，通过百分表16找正使伺服机构11外壳的侧平面与镗床纵轴平行，并完成伺服机构11与工控机的正确的连接；
3、通过工控机软件，预定伺服机构11角度，记录工控机预定角度、电位器反馈角度，反向转动回转工作台14从而带动伺服机构末端12的被测表面一起翻转，使百分表16接触被测表面，移动坐标镗床横向导轨使工作台面13平移，观察百分表16左右两边读数的差值，用渐进法逐步调整翻转轴15的角度，直至百分表16左右两边读数一致，此时记录回转工作台14的转角度数，即为该预定角度下的伺服机构末端12实际运动角度的测量值；
4、依次进行第3条，完成其余预定角度的测量值，转动回转工作台90°、180°、270°可进行俯仰-方向、偏航+方向、俯仰+方向的预定角度的测量。
用此方法能够实现伺服系统角度测量，但回转工作台安装找正复杂，翻转轴丝杠存在间隙，需进行消隙处理，只能用渐进法逐步逼近，操作者劳动强度大，工作效率低，测量一台伺服机构需耗时8小时，且由于T4163坐标镗床属机械加工设备，工作环境较恶劣，容易对产品造成危害。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种伺服机构角度标定测量方法，该伺服机构角度标定测量方法效率高、劳动强度低、测量数据便于分类保存和处理。
本发明通过以下技术方案得以实现。
本发明提供的一种伺服机构角度标定测量方法，包括如下步骤：
①一次测量：将探头移动到初始位置，测量探头投影于探头正下方伺服机构末端平面上的三维坐标点A；
②移动探头：将探头沿坐标系X轴移动N距离；
③二次测量：测量探头投影于探头正下方伺服机构末端平面上的三维坐标点B；
④移动探头：将探头沿坐标系Y轴移动M距离；
⑤三次测量：测量探头投影于探头正下方伺服机构末端平面上的三维坐标点C；
⑥计算角度：根据三维坐标点A、三维坐标点B、三维坐标点C计算伺服机构末端平面的倾斜角度。
所述坐标系为空间笛卡尔直角坐标系。
所述N和M均小于伺服机构末端平面在水平投影上的长度范围。
所述步骤⑥计算角度进行之前，还根据N距离对三维坐标点B进行校正。
所述步骤⑥计算角度进行之前，还根据M距离对三维坐标点C进行校正。
所述探头的移动为平面移动。
所述步骤⑥计算角度中，是通过三维坐标点A、三维坐标点B的坐标差值计算X轴方向的偏移量和Z轴方向的偏移量，通过三维坐标点B、三维坐标点C的坐标差值计算Y轴方向的偏移量和Z轴方向的偏移量，然后基于计算得到的偏移量而计算伺服机构末端平面的倾斜角度。
所述探头为如下两种方式之一：
a.可伸缩的连杆，连杆底端固定有微动开关；
b.光电测距仪探头。
本发明的有益效果在于：只需一次装夹，有效减少装夹找正次数，测量值只与差值和测量误差有关而与安装误差无关，自动化程度高，工作环境好，不会对产品造成伤害，测量数据可分类保存，便于后期数据处理测试数据可分类保存，尤其方便导入Excel数据分析，操作者劳动强度低，工作效率高，测量一台伺服机构需耗时至多2小时，生产效率至少提高75％。
附图说明
图1是现有技术的结构示意图；
图2是现有技术操作时的结构示意图；
图3是本发明的结构示意图。
图中：11-伺服机构，12-伺服机构末端，13-工作台面，14-回转工作台，15-翻转轴，16-百分表，21-工作台面，22-立柱，23-横梁，24-探头，25-伺服机构。
具体实施方式
下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
本发明提供一种伺服机构角度标定测量方法，基于如图3所示的结构，包括如下步骤：
①一次测量：将探头24移动到初始位置，测量探头24投影于探头24正下方伺服机构末端12平面上的三维坐标点A；
②移动探头：将探头24沿坐标系X轴移动N距离；
③二次测量：测量探头24投影于探头24正下方伺服机构末端12平面上的三维坐标点B；
④移动探头：将探头24沿坐标系Y轴移动M距离；
⑤三次测量：测量探头24投影于探头24正下方伺服机构末端12平面上的三维坐标点C；
⑥计算角度：根据三维坐标点A、三维坐标点B、三维坐标点C计算伺服机构末端12平面的倾斜角度。
所述坐标系为空间笛卡尔直角坐标系。
所述N和M均小于伺服机构末端12平面在水平投影上的长度范围。
所述步骤⑥计算角度进行之前，还根据N距离对三维坐标点B进行校正。
所述步骤⑥计算角度进行之前，还根据M距离对三维坐标点C进行校正。
所述探头24的移动为平面移动，可参照3D打印机上打印头的平面移动。
所述步骤⑥计算角度中，是通过三维坐标点A、三维坐标点B的坐标差值计算X轴方向的偏移量和Z轴方向的偏移量，通过三维坐标点B、三维坐标点C的坐标差值计算Y轴方向的偏移量和Z轴方向的偏移量，然后基于计算得到的偏移量而计算伺服机构末端12平面的倾斜角度。
所述探头24为如下两种方式之一：
a.可伸缩的连杆，连杆底端固定有微动开关；在该方式下，可在连杆伸缩位置设置如霍尔传感器等可用于测距的传感器，以得到坐标系Z轴的距离数据；
b.光电测距仪探头；在该方式下，探头24不需要坐标系Z轴方向的移动，直接通过光电测距得到Z轴方向的距离值。
由此，本发明实际上是通过多点测距然后计算相对偏移量的方式来计算倾斜角度，即根据三维坐标点A(XA，YA，ZA)、三维坐标点B(XB，YB，ZB)、三维坐标点C(XC，YC，ZC)计算偏移量ΔX＝XB-XA、ΔY＝YC-YB、ΔZX＝ZB-ZA、ΔZY＝ZC-ZB，然后根据偏移量ΔX、ΔY、ΔZX、ΔZY来计算倾斜角度；另外，由于正常情况下应当存在相等关系ΔX＝N、ΔY＝M、XB＝XC、YA＝YB，因此可以根据这几个等式对控制过程中的测量误差进行校正，且由于N和M是直接设定的，故作为便于操作的考虑，优先采用相等关系ΔX＝N、ΔY＝M进行校正。

Claims (8)

1.一种伺服机构角度标定测量方法，其特征在于：包括如下步骤：
①一次测量：将探头(24)移动到初始位置，测量探头(24)投影于探头(24)正下方伺服机构末端(12)平面上的三维坐标点A；
②移动探头：将探头(24)沿坐标系X轴移动N距离；
③二次测量：测量探头(24)投影于探头(24)正下方伺服机构末端(12)平面上的三维坐标点B；
④移动探头：将探头(24)沿坐标系Y轴移动M距离；
⑤三次测量：测量探头(24)投影于探头(24)正下方伺服机构末端(12)平面上的三维坐标点C；
⑥计算角度：根据三维坐标点A、三维坐标点B、三维坐标点C计算伺服机构末端(12)平面的倾斜角度。
2.如权利要求1所述的伺服机构角度标定测量方法，其特征在于：所述坐标系为空间笛卡尔直角坐标系。
3.如权利要求1所述的伺服机构角度标定测量方法，其特征在于：所述N和M均小于伺服机构末端(12)平面在水平投影上的长度范围。
4.如权利要求1所述的伺服机构角度标定测量方法，其特征在于：所述步骤⑥计算角度进行之前，还根据N距离对三维坐标点B进行校正。
5.如权利要求1所述的伺服机构角度标定测量方法，其特征在于：所述步骤⑥计算角度进行之前，还根据M距离对三维坐标点C进行校正。
6.如权利要求1所述的伺服机构角度标定测量方法，其特征在于：所述探头(24)的移动为平面移动。
7.如权利要求1所述的伺服机构角度标定测量方法，其特征在于：所述步骤⑥计算角度中，是通过三维坐标点A、三维坐标点B的坐标差值计算X轴方向的偏移量和Z轴方向的偏移量，通过三维坐标点B、三维坐标点C的坐标差值计算Y轴方向的偏移量和Z轴方向的偏移量，然后基于计算得到的偏移量而计算伺服机构末端(12)平面的倾斜角度。
8.如权利要求1所述的伺服机构角度标定测量方法，其特征在于：所述探头(24)为如下两种方式之一：
a.可伸缩的连杆，连杆底端固定有微动开关；
b.光电测距仪探头。
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