CN109520444A - 一种大型卧式拉力试验机机身平行度测量装置及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种大型卧式拉力试验机机身平行度测量装置包括车身平台，车身平台顶部设置有升降平台，升降平台顶部设置有相互对称的两个同步伸缩装置，同步伸缩装置通过水平导向装置安装在升降平台上方，所述升降平台与车身平台通过电动缸连接，所述车身平台两侧内壁设置有垂直导向装置，所述同步伸缩装置由光栅尺伸缩支架、光栅尺和齿轮装置构成，所述车身平台下方设置有车身运动装置。其测量方法采用倾角传感器对激光位移传感器与光栅尺测量的距离进行补偿，减小测量误差。本发明具有简单、实用、可伸缩的特点。

Description

一种大型卧式拉力试验机机身平行度测量装置及其测量方法

技术领域

本发明属于机械工程领域，特别涉及一种大型卧式拉力试验机机身平行度测量装置及其测量方法。

背景技术

大型卧式拉力试验机机身较长，微小的平行度误差就会产生较大的距离误差，在试验机工作过程中容易造成装置卡死等状况。因此需要进行机身的平行度测量。

目前对大长度间距的测量主要采用的是人工现场测量，常用的有普通刻度尺，数字显示尺等，其主要由尺身，活动测头，位移传感器，显示装置等组成，测量过程中一般采用的是分段测量，虽然操作简单，但是测试工作量较大，测量的结果精度不高。对于大间距的拉力试验机的机身，采用传统的测量方法还会产生较大的误差，不能满足大平面机身的测量要求。

现有技术中的应用于狭小空间内的平行平面间距测量装置及测量方法，该装置主要由底板，旋转台，定位支架，双向调节测量装置和测量仪组成，通过双向调节测量装置的探头分别与上下两个被测面和测量仪的上下量块接触，记录双向调节测量装置的读数及测量仪上下量块的示数来测量间距的。由于测量仪是由千分表组成的，测量的距离有限，不能用于大长度间距的测量。

现有技术中的轨道间距动态测量装置及其测量方法，该装置主要包括绝缘扣件，位移传感器，保护罩，数码形针，数据线及PC机，通过绝缘扣件与轨道内测固定，位移传感器的一端与绝缘扣件的一端相连，一端与数码变形针的粗端相连，而数码变形针的尖端与轨道的另一侧自由接触，在测试过程PC机根据收到的数码变形针长短的变化量，实时进行轨道间距的动态测量，虽然此测试装置在位移传感器与数码变形针之间设有加长杆，以满足不同轨道间距的测量。但是由于数码变形针长短的变化是通过内部设置的弹簧来实现的，弹簧的变化范围有限，同时也不能保证轨道两侧的测量点在同一直线上，测量精度不高。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种简单、实用、可伸缩的大型卧式拉力试验机机身平行度测量装置及其测量方法。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供一种大型卧式拉力试验机机身平行度测量装置，包括车身平台，车身平台顶部设置有升降平台，升降平台顶部设置有相互对称的两个同步伸缩装置，同步伸缩装置通过水平导向装置安装在升降平台上方，所述升降平台与车身平台通过电动缸连接，所述车身平台两侧内壁设置有垂直导向装置，所述同步伸缩装置由光栅尺伸缩支架、光栅尺和齿轮装置构成，所述车身平台下方设置有车身运动装置。

进一步的，所述车身运动装置包括两个主动轮组和两个从动轮组，所述主动轮组中的两个轮子通过同步带连接，并通过步进电机提供动力，所述主动轮组和从动轮组上方均设置有轮组连接板。

进一步的，所述光栅尺伸缩支架为中空结构，在远离车身的一端有90度的弯角，弯角处侧面为齿条状；所述光栅尺内嵌在光栅尺伸缩支架内，光栅尺端面与光栅尺伸缩支架弯角处端面重合。

进一步的，所述升降平台上表面还固定设置有光栅尺读头。

进一步的，所述齿轮装置由电机、电机连接板、齿轮、联轴器和齿轮压盖构成，所述电机与齿轮之间通过联轴器连接，所述电机一端设置有电机连接板，所述齿轮压盖通过螺钉固定设置在升降平台上表面。

进一步的，所述同步伸缩装置中部设置有角度补偿装置。

进一步的，所述同步伸缩装置端部弯角处设置有距离传感器。

进一步的，所述距离传感器为激光位移传感器。

进一步的，所述角度补偿装置为倾角传感器。

通过设置2轴倾角传感器能够对实际测量的结果进行补偿，改善由于导轨不平等外部因素的影响使得测量结果偏差较大，减小测量误差的效果。

一种利用如上所述的大型卧式拉力试验机机身平行度测量装置的测量方法，包括如下步骤：

(1)可伸缩间距测量装置静止时，工控机(外部控制器，作为人机交互，不属于本装置)准备测量工作，输入测量参数(光栅尺伸缩支架运动使得激光距离传感器的测量端面与测量装置侧面重合，光栅尺、激光距离传感器、2轴倾角传感器参数初始化)；

(2)工控机向齿轮装置发出电机转动指令，电机通过联轴器带动齿轮转动，带动两个光栅尺伸缩支架同步伸出，当光栅尺支架到达激光位移传感器的量程范围内时，控制器向齿轮装置发出电机停止指令，运动过程中控制器采集2个光栅尺发出的信号，经过数据处理后得到光栅尺运动长度L1、L2；

(3)工控机向车身运动装置发出运动指令，伺服电机带动主动轮组运动，带动测量装置沿着大型卧式拉力试验机机身上的导轨向前运动，运动过程中控制器不间断采集2个激光位移传感器距离信号d1'、d2'、2轴倾角传感器的水平方向角度信号ω1'和竖直方向角度信号ω2'；

(4)由工控机采集的光栅尺、激光位移传感器数据，可算出大型卧式拉力试验机机身的测量距离为d'＝L1+L2+b+d1'+d2'，其中b为测量小车的固定宽度；

(5)根据测量装置前进过程中2轴倾角传感器水平、竖直方向的角度数据，进行距离误差补偿调节，得出大型卧式拉力试验机机身的实际距离为D＝d'cos(ω1')cos(ω2')；

(6)工控机向升降平台发出运动指令，电动缸带动测量平台升降平台向上移动，重复上述步骤(3)，并测量大型卧式拉力试验机机身另一水平高度的实际距离。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

正常测量的数值直接由光栅尺和激光位移传感器相加得到，但由于导轨不平等外部因素的影响会使得装置发生倾斜，影响测量结果，因此本发明采用2轴倾角传感器检测车身的状态，由工控机通过计算对测量结果进行补偿，减小测量误差。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的俯视图；

图3为图2中A-A面剖视图；

图4为图3中I部的放大图；

图5为本发明的流程图。

1、车身平台，1.1、主动轮组，1.1.1、同步带，1.1.2、轮组连接板，1.1.3、步进电机，1.2、从动轮组，2、电动缸，3、升降平台，4、同步伸缩装置，4.1、电机，4.2、电机连接板，4.3、齿轮，4.4、联轴器，4.5、齿轮压盖，4.6、光栅尺，4.7、光栅尺伸缩支架，5、激光位移传感器，6、倾角传感器，7、垂直导向装置，8、光栅尺读头，9、水平导向装置。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明。

如图1-4所示，本发明所述的一种大型卧式拉力试验机机身平行度测量装置，包含车身平台1、电动缸2、升降平台3、导向装置、同步伸缩装置4、距离传感器、倾角补偿装置，其特征在于整个平行度测量装置整体为矩形形状，装置可以上下升降测量不同水平面，可以伸缩测量不同间距的拉力实验机机身。

车身平台1为U形的焊接件，其他组成部分的安装都在车身平台1的基础上，车身平台1的两端是凸起的平台且顶部不封闭，侧面、底面的有螺纹孔。升降平台3为倒U形的焊接件，安装在车身平台1上方，顶面平整的大平面上有螺纹孔。

升降平台3与车身平台1通过电动缸2相连，电动缸2底座的安装孔和车身平台1上的螺纹孔相互配合，用螺钉紧固；推杆与升降平台3连接，同时在车身平台1与升降平台3之间还有导向装置。升降平台3上表面还固定设置有光栅尺读头8。

同步伸缩装置4整体为细长的空心结构，通过水平导向装置9安装在升降平台3上方。距离传感器安装在同步伸缩装置4的端部，距离传感器的测量面与同步伸缩装置4的端面重合。角度补偿装置安装在同步伸缩装置4的中心位置，实时测量水平、竖直两个方向的角度变化，通过理论计算得出当前测量位置的车身实际距离。

本发明的目的还可以通过以下技术措施来进一步实现。

车身平台1包括车身主体和车身运动装置。车身两端较高的凸台与安装车身运动装置的底板垂直，并且加工有定位面。车身运动装置包括两个主动轮组1.1和两个从动轮组1.2，主动轮组1.1中的两个轮子通过同步带1.1.1连接，并通过步进电机1.1.3提供动力，车身运动装置在车身平台1的底部，轮组上部有连接板，连接板上有安装孔，通过螺钉和机身平台连接，为整个测量装置提供动力。主动轮组1.1和从动轮组1.2上方均设置有轮组连接板1.1.2。

所述升降平台3整体形状为倒U型的焊接件，两端向下伸出的部分与升降平台3的上平面垂直且内嵌到机身平台两端的凸台内。端面的水平导向装置9和车身平台1凸台内壁的垂直导向装置7配合，上平面的导向装置的安装面有安装孔，分别连接到升降平台3的上表面和车身主体侧面的内壁上。

所述同步伸缩装置4，包括2个光栅尺伸缩支架4.7、2个光栅尺4.6、齿轮4.3装置。所述光栅尺伸缩支架4.7为中空结构，在远离车身的一端有90度的弯角，弯角处侧面为齿条状，上下两个面加工有螺纹孔。光栅尺4.6内嵌在光栅尺伸缩支架4.7内，光栅尺4.6端面与光栅尺伸缩支架4.7弯角处端面重合，通过光栅尺伸缩支架4.7的螺纹孔用螺钉压紧光栅尺4.6，光栅尺4.6的读头固定在升降平台3的上表面，不跟随光栅尺4.6支架运动。

2个光栅尺伸缩支架4.7相互平行且与升降平台3的侧面平行，有齿条状结构的一面和齿轮4.3装置啮合，齿轮4.3装置带动光栅尺伸缩支架4.7向相反的方向水平伸缩。所述齿轮4.3装置由电机4.1、电机连接板4.2、联轴器4.4、齿轮4.3、齿轮压盖4.5组成，齿轮压盖4.5通过螺钉固定在升降平台3的上表面。

所述距离传感器为2个激光位移传感器5，分别安装在2个光栅尺伸缩支架4.7端部弯角处，激光位移传感器5与光栅尺伸缩支架4.7端面重合，并且2个激光位移传感器5安装后处于同一条直线上，保证了测量过程中测量数据的准确性。

所述角度补偿装置为2轴倾角传感器6，安装在齿轮压盖4.5的上表面，倾角传感器6的侧面与齿轮压盖4.5的侧面平行，安装后测得水平倾角和竖直倾角变化，在装置工作过程中测量光栅尺4.6支架的倾角变化。

如图5所示，本发明所述的一种大型卧式拉力试验机机身平行度测量装置的测量方法，包括如下步骤：

(1)可伸缩间距测量装置静止时，工控机准备测量工作，输入测量参数(光栅尺伸缩支架运动使得激光距离传感器的测量端面与测量装置侧面重合，光栅尺、激光距离传感器、2轴倾角传感器参数初始化)；

(2)工控机向齿轮装置发出电机转动指令，电机通过联轴器带动齿轮转动，带动两个光栅尺伸缩支架同步伸出，当光栅尺支架到达激光位移传感器的量程范围内时，控制器向齿轮装置发出电机停止指令，运动过程中控制器采集2个光栅尺发出的信号，经过数据处理后得到光栅尺运动长度L1、L2；

(3)工控机向车身运动装置发出运动指令，伺服电机带动主动轮组运动，带动测量装置沿着大型卧式拉力试验机机身上的导轨向前运动，运动过程中控制器不间断采集2个激光位移传感器距离信号d1'、d2'、2轴倾角传感器的水平方向角度信号ω1'和竖直方向角度信号ω2'；

(4)由工控机采集的光栅尺、激光位移传感器数据，可算出大型卧式拉力试验机机身的测量距离为d'＝L1+L2+b+d1'+d2'，其中b为测量小车的固定宽度；

(5)根据测量装置前进过程中2轴倾角传感器水平、竖直方向的角度数据，进行距离误差补偿调节，得出大型卧式拉力试验机机身的实际距离为D＝d'cos(ω1')cos(ω2')；

(6)工控机向升降平台发出运动指令，电动缸带动测量平台升降平台向上移动，重复上述步骤(3)，并测量大型卧式拉力试验机机身另一水平高度的实际距离。

具体实施时，步骤如下：

(1)将可伸缩间距测量装置放于大型卧式拉力试验机的导轨上，连接测量装置的控制线缆。本实施例的操作工控机为计算机，待一切准备就绪后，工控机发出系统初始化命令，下位机PLC开始进行初始化工作，包括记录光栅尺当前位置、激光位移传感器初始化、2轴倾角传感器初始化。在计算机的测量装置控制页面输入测量参数：大型卧式拉力试验机机身的间距为3000mm，测量装置运动速度0.1m/s,大型卧式拉力试验机机身长度为20m。

(2)点击测量装置控制页面的“上升”按钮，电动缸2带动升降装置3上升，当升降装置3到达需要测量的水平高度，点击测量装置控制页面的“停止”按钮。

(3)点击测量装置控制页面的“伸出”按钮，PLC向齿轮装置发出脉冲信号，电机4.1通过联轴器带动齿轮4.3旋转，齿轮4.3通过光栅尺支架4.7侧面的齿条带动水平伸缩装置4伸出。工控机不间断采集两个光栅尺4.6发出的信号，当其中一个激光位移传感器5向PLC传输的测量距离为22.5mm时(本实施例中激光位移传感器5测量范围为5mm-40mm)，PLC停止向齿轮装置发出脉冲信号，电机4.1停止转动。PLC通过光栅尺4.6传输的AB差分信号，根据光栅尺的分辨率计算出水平伸缩装置移动距离L1(727.50mm)、L2(727.75mm)。信号采集完成后，PLC向计算机发出等待信号。

(4)点击测量装置控制页面的“前进”按钮，PLC向动力装置1发出脉冲信号动力轮组1.2运动，带动整个测量装置沿着机身上的导轨向前运动，同时记录测量装置行驶的路程。PLC不间断采集激光位移传感器5距离信号d1'(某一瞬时距离为25.60+0.1mm)、d2'(某一瞬时距离为25.35+0.1mm)和2轴倾角传感器6角度信号ω1'(2°-0.12°)、ω2'(3°-0.12°)。实际装置测量距离为d'＝L1+L2+1500+d1'+d2'

(d'＝725.50mm+727.75mm+1500mm+25.7mm+25.45mm＝3006.4mm)。由于地面不平整等原因在测量过程中导轨不能保证完全水平，测量装置测出的距离需要根据2轴倾角传感器6的角度变化进行补偿，即实际距离

D＝d'cos(ω1')cos(ω2')

(D＝3006.4mmX0.99946X0.99874＝3000.7909mm)。

由上得误差分析(3000.7909mm-3000mm)/3000mm＝0.0026％

未补偿误差(30006.4mm-3000mm)/3000mm＝0.2067％

(5)当PLC记录的测量装置行驶路程为20m时，停止发送脉冲信号。计算机根据采集的数据进行计算，得出该水平高度大型卧式拉力试验机机身的平行度。

(6)重复步骤(2)(4)(5)可以测量多个水平高度大型卧式拉力试验机机身的平行度。

上述的实施例仅例示性说明本发明创造的原理及其功效，以及部分运用的实施例，而非用于限制本发明；应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种大型卧式拉力试验机机身平行度测量装置，其特征在于：包括车身平台，车身平台顶部设置有升降平台，升降平台顶部设置有相互对称的两个同步伸缩装置，同步伸缩装置通过水平导向装置安装在升降平台上方，所述升降平台与车身平台通过电动缸连接，所述车身平台两侧内壁设置有垂直导向装置，所述同步伸缩装置由光栅尺伸缩支架、光栅尺和齿轮装置构成，所述车身平台下方设置有车身运动装置。

2.根据权利要求1所述的一种大型卧式拉力试验机机身平行度测量装置，其特征在于：所述车身运动装置包括两个主动轮组和两个从动轮组，所述主动轮组中的两个轮子通过同步带连接，并通过步进电机提供动力，所述主动轮组和从动轮组上方均设置有轮组连接板。

3.根据权利要求1所述的一种大型卧式拉力试验机机身平行度测量装置，其特征在于：所述光栅尺伸缩支架为中空结构，在远离车身的一端有90度的弯角，弯角处侧面为齿条状；所述光栅尺内嵌在光栅尺伸缩支架内，光栅尺端面与光栅尺伸缩支架弯角处端面重合。

4.根据权利要求1所述的一种大型卧式拉力试验机机身平行度测量装置，其特征在于：所述升降平台上表面还固定设置有光栅尺读头。

5.根据权利要求1所述的一种大型卧式拉力试验机机身平行度测量装置，其特征在于：所述齿轮装置由电机、电机连接板、齿轮、联轴器和齿轮压盖构成，所述电机与齿轮之间通过联轴器连接，所述电机一端设置有电机连接板，所述齿轮压盖通过螺钉固定设置在升降平台上表面。

6.根据权利要求1所述的一种大型卧式拉力试验机机身平行度测量装置，其特征在于：所述同步伸缩装置中部设置有角度补偿装置。

7.根据权利要求1所述的一种大型卧式拉力试验机机身平行度测量装置，其特征在于：所述同步伸缩装置端部弯角处设置有距离传感器。

8.根据权利要求7所述的一种大型卧式拉力试验机机身平行度测量装置，其特征在于：所述距离传感器为激光位移传感器。

9.根据权利要求6所述的一种大型卧式拉力试验机机身平行度测量装置，其特征在于：所述角度补偿装置为2轴倾角传感器。

10.一种利用权利要求1-9之一所述的大型卧式拉力试验机机身平行度测量装置的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)可伸缩间距测量装置静止时，工控机准备测量工作，输入测量参数；

(2)工控机向齿轮装置发出电机转动指令，电机通过联轴器带动齿轮转动，带动两个光栅尺伸缩支架同步伸出，当光栅尺支架到达激光位移传感器的量程范围内时，控制器向齿轮装置发出电机停止指令，运动过程中控制器采集2个光栅尺发出的信号，经过数据处理后得到光栅尺运动长度L1、L2；

(3)工控机向车身运动装置发出运动指令，伺服电机带动主动轮组运动，带动测量装置沿着大型卧式拉力试验机机身上的导轨向前运动，运动过程中控制器不间断采集2个激光位移传感器距离信号d1'、d2'、2轴倾角传感器的水平方向角度信号ω1'和竖直方向角度信号ω2'；

(4)由工控机采集光栅尺、激光位移传感器的数据，可算出大型卧式拉力试验机机身的测量距离为d'＝L1+L2+b+d1'+d2'，其中b为测量小车的固定宽度；

(5)根据测量装置前进过程中2轴倾角传感器水平、竖直方向的角度数据，进行距离误差补偿调节，得出大型卧式拉力试验机机身的实际距离为D＝d'cos(ω1')cos(ω2')；

(6)工控机向升降平台发出运动指令，电动缸带动测量平台升降平台向上移动，重复上述步骤(3)，并测量大型卧式拉力试验机机身另一水平高度的实际距离。