CN110203303B - 磁力自驱动小车以及用于其的导轨测量装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种磁力自驱动小车，其特征在于：包括车身；固定安装于车身上的导向座(6)；能够在导向座(6)内运动的滑动组件，所述滑动组件包括位置相对固定的滑动电磁铁(1)、从动轮(8)以及测量杆(5)；在所述滑动电磁铁(1)的另一端设有驱动组件，所述驱动组件包括与所述滑动电磁铁相互吸引或排斥的驱动电磁铁(2)、以及与所述驱动电磁铁(2)位置相对固定的驱动轮(4)，以及用于驱动所述驱动轮(4)的驱动电机(3)；所述驱动轮(4)与所述从动轮(8)和测量杆(5)分别位于车身的两端；通过测量滑动组件中的测量杆(5)在磁力自驱动小车的运动过程中，与导轨侧壁面的接触，实时获取导轨的槽宽以及导轨直线度。

Description

磁力自驱动小车以及用于其的导轨测量装置和方法

技术领域

本发明可用于导轨底面和侧面直线度、以及导轨槽宽的精密测量，可实现自动检测和数据反馈，具体应用于导轨精密、超精密加工及装配领域。

背景技术

导轨，或称滑轨，是一种由金属材料或者其他材料形成的，可引导、固定、承载移动设备并能减少摩擦力的装置，可以用于引导、固定机械部件、仪器等专用设备。如图2所示的导轨，可通过L型滑块与专用设备或其他机械部件连接，结构简单，性能上比直线轴承可以承受更高的负载，同时也可以承载一定的扭矩，在承受高负载的情况下可实现高精度的线性移动。导轨的直线度及截面宽度误差会直接影响导轨内移动滑块的线性度和稳定性。

以往采用平台法或自准直法测量导轨的直线度，需手动测量和人工判读，测量精度和测量效率较低，且对如导轨侧面类的小型面测量困难。而激光跟踪仪、龙门三坐标等自动化测量设备，测量程序复杂且部分被测型面不可达。

本发明利用自驱动小车实现自动测量，测量数据实时采集和计算，并将计算结果用于导轨在线加工或装配调整。

发明内容

本发明的目的在于提供一种磁力自驱动小车，其特征在于：包括车身；固定安装于车身上的导向座6；能够在导向座6内运动的滑动组件，所述滑动组件包括位置相对固定的滑动电磁铁1、从动轮8以及测量杆5；在所述滑动电磁铁1的另一端设有驱动组件，所述驱动组件包括与所述滑动电磁铁相互吸引或排斥的驱动电磁铁2、以及与所述驱动电磁铁2位置相对固定的驱动轮4，以及用于驱动所述驱动轮4的驱动电机3；所述驱动轮4与所述从动轮8和测量杆5分别位于车身的两端。

优选地，所述车身内，放置有电池组，为所述磁力自驱动小车提供动能。

优选地，所述测量杆5为可伸缩测量杆；所述可伸缩测量杆选自电感、桥式电路或光栅式精密测微仪，安装于固定在驱动轮底座的套管上。

本发明实施例还提供了一种导轨测量装置，其特征在于，包括：磁力自驱动小车、以及安装于导轨轴向方向上的激光发射器以及固定在所述磁力自驱动小车的导向座6上的激光接收器，所述激光发射器使自驱动小车位于导轨前、后端时，激光信号均位于激光接收器靶面内；所述磁力自驱动小车的车身底面紧靠于导轨底面，能够在导轨的轨道内移动；所述滑动组件和驱动组件分设于导轨内壁两侧，所述滑动组件与所述驱动组件通过磁力相互排斥或吸引；通过测量滑动组件中的测量杆5在磁力自驱动小车的运动过程中，与导轨侧壁面的接触，实时获取导轨的槽宽以及导轨直线度。

优选地，还包括激光测距仪；所述激光测距仪集成于所述激光发射器内，用于实时测量自驱动小车的位移量。

本发明实施例还提供了一种导轨测量方法，其特征在于，包括步骤：

步骤一、在测量前，将激光发射器放置于与导轨轴向平行方向，将激光接收器以及磁力自驱动小车放置在被测导轨上，调整激光发射器，使磁力自驱动小车位于导轨前、后端时，激光信号均位于激光接收器靶面内；步骤二、接通驱动电磁铁以及滑动电磁铁电源，在磁力作用下，滑动电磁铁连同滑动组件7将被从固定导向座6中顶出，在反作用力作用下，驱动轮4和从动轮8均紧靠在导轨两侧，然后在电机驱动下，驱动轮沿着导轨轴向方向产生位移，从而带动整个测量小车相对导轨运动，其中，滑动电磁铁与驱动电磁铁极性相同；

步骤三、自驱动小车在导轨内移动过程中，激光接收器9持续接收激光发射器发出的信号，将激光接收器输出的信号进行处理，分离出导轨垂直及水平方向的变化量，同时，可伸缩测量杆5在小车运动的过程中，测头与导轨侧面接触，实时测量导轨宽度方向的变化情况。

优选地，所述滑动电磁铁为电磁铁，驱动电磁铁为永磁或电磁铁。

优选地，在不考虑导轨面与驱动轮产生相对滑动的情况下，所述测量小车的运动轨迹方程为：

L＝V·t＝ω·R·t (1)

其中R为驱动轮的半径，ω为驱动电机的角速度。

优选地，结合公式L＝V·t＝ω·R·t或激光测距仪测得的自驱动磁力小车移动距离和移动位置，使用两端点连线法或最小条件法，计算出导轨底面和侧面的直线度，以及各测量点之间的相对差和导轨各个截面的宽度，指导导轨在线装调。

本发明的具体优点为：

1)本发明所述的一种基于磁力相互作用的自驱动小车测量导轨直线度和槽宽的装置及方法，具有较高的检测精度，实现了测量数据的实时反馈、连续采样，且可设置小车前进的速度及步进距离，有利于在测量导轨时获得更精确的直线度及宽度误差，测得数据可指导导轨的在线装调。

2)本发明所述的一种基于磁力相互作用的自驱动小车测量导轨直线度和槽宽的装置及方法，可同时测量导轨底面和侧面的直线度及槽宽，具有较高的检测效率，在自驱动小车的作用下，避免了人为操作误差，大大节省了测量时间，实现数字化、智能化测量。

3)本发明所述的一种基于磁力相互作用的自驱动小车测量导轨直线度和槽宽的装置及方法，具有一定的通用性，可以应用于多种槽形导轨的平面度、直线度、槽宽测量，对于指导导轨超精密加工及装配具有重大意义。

附图说明

图1为本发明实施例的基于磁力相互作用的自驱动小车结构图；

图2是基于磁力相互作用的自驱动小车测量导轨直线度和槽宽示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明提供了一种磁力自驱动小车，其特征在于：包括车身；固定安装于车身上的导向座6；能够在导向座6内运动的滑动组件，所述滑动组件包括位置相对固定的滑动电磁铁1、从动轮8以及测量杆5；在所述滑动电磁铁1的另一端设有驱动组件，所述驱动组件包括与所述滑动电磁铁相互吸引或排斥的驱动电磁铁2、以及与所述驱动电磁铁2位置相对固定的驱动轮4，以及用于驱动所述驱动轮4的驱动电机3；所述驱动轮4与所述从动轮8和测量杆5分别位于车身的两端。

根据本发明的实施例，所述车身内，放置有电池组，为所述磁力自驱动小车提供动能。

根据本发明的实施例，所述测量杆5为可伸缩测量杆；所述可伸缩测量杆选自电感、桥式电路或光栅式精密测微仪，安装于固定在驱动轮底座的套管上。

本发明的实施例还提供了一种导轨测量装置，其特征在于，包括：磁力自驱动小车、以及安装于导轨轴向方向上的激光发射器以及固定在所述磁力自驱动小车的导向座6上的激光接收器，所述激光发射器使自驱动小车位于导轨前、后端时，激光信号均位于激光接收器靶面内；所述磁力自驱动小车的车身底面紧靠于导轨底面，能够在导轨的轨道内移动；所述滑动组件和驱动组件分设于导轨内壁两侧，所述滑动组件与所述驱动组件通过磁力相互排斥或吸引；通过测量滑动组件中的测量杆5在磁力自驱动小车的运动过程中，与导轨侧壁面的接触，实时获取导轨的槽宽以及导轨直线度。

根据本发明的实施例，还包括激光测距仪；所述激光测距仪集成于所述激光发射器内，用于实时测量自驱动小车的位移量。

本发明的目的是一种基于磁力相互作用的自驱动小车测量导轨直线度和槽宽的装置及方法，本发明的技术核心是在导轨上利用自驱动小车代替手动移动测量装置，实现导轨直线度和槽宽的精密检测。本发明可实现对导轨灵活、方便、有效的测量，具有一定的适用性，可应用于多种导轨的直线度和槽宽测量。

该发明提出的解决上述技术问题主要技术方案是：本发明所述的基于磁力相互作用的自驱动小车测量导轨直线度和槽宽的装置及方法的具体操作如下：

步骤一、在测量前，将激光发射器放置于与导轨轴向平行方向，将激光接收器连同小车放置在被测导轨上，调整激光发射器，使自驱动小车位于导轨前、后端时，激光信号均位于激光接收器靶面内。测量杆5为电感、桥式电路或光栅式精密测微仪，安装于固定于驱动轮底座的套管上，测量前使用标准装置标定测头与驱动轮的初始距离值。测量系统的主要参数为：激光接收器靶面范围15mm×15mm，直线度综合测量精度0.005mm/m，测量导轨长度范围5m以上；槽宽测量精度优于0.03mm。

步骤二、接通电磁铁电源，使滑动组件端电磁铁1与驱动轮端磁铁2极性相同，由于从动轮8、电磁铁1和滑动组件7相对位置固定，此时由于磁力作用，电磁铁1连同滑动组件7将被从固定导向座6中顶出，在反作用力作用下，驱动轮4和从动轮8均紧靠在导轨两侧，然后在电机驱动下，驱动轮沿着导轨轴向方向产生位移，从而带动整个测量小车相对导轨运动。其中，电磁铁1为电磁铁，磁铁2可为永磁或电磁铁。在不考虑导轨面与驱动轮产生相对滑动的情况下，所述测量小车的运动轨迹方程为：

L＝V·t＝ω·R·t (1)

其中R为驱动轮的半径，ω为驱动电机的角速度。

同时使用激光测距仪实时测量自驱动小车的位移量，激光测距仪可集成或独立于激光发射器。小车的移动速度及步进距离可通过软件控制。

步骤三、自驱动小车在导轨内移动过程中，测量系统中的激光接收器9持续接收激光发射器发出的信号，将激光接收器输出的信号进行处理，可以分离出导轨垂直及水平方向的变化量，同时，可伸缩测量杆5在小车运动的过程中，测头与导轨侧面接触，可实时测量导轨宽度方向的变化情况。结合公式(1)或激光测距仪测得的小车移动距离和移动位置，使用两端点连线法或最小条件法，可以计算出导轨底面和侧面的直线度，以及各测量点之间的相对差和导轨各个截面的宽度，指导导轨在线装调。

工作原理：

本发明所述的一种基于磁力相互作用的自驱动小车测量导轨直线度和槽宽的检测方法，其工作原理在于，在磁力作用下，电磁铁1将从动轮顶出，紧靠在导轨的一侧，在反作用力作用下，驱动轮4也紧贴导轨的另一侧，然后在电机驱动下，驱动轮相对导轨在沿着导轨长度方向产生位移，从而带动整个测量小车相对导轨运动，小车相对于导轨移动距离可通过驱动电机转角速度和驱动轮半径计算得到，同时也可使用激光测距仪实时测量自驱动小车的位移量，小车的移动速度及步进距离可通过软件控制。

自驱动小车在导轨内移动过程中，安装于自驱动小车上的激光接收器9持续接收激光发射器发出的信号，将激光接收器输出的信号进行处理，可以分离出导轨垂直及水平方向的变化量，同时，可伸缩测量杆5在小车运动的过程中，测头与导轨侧面接触，可实时测量导轨宽度方向的变化情况。结合公式(1)或激光测距仪测得的小车移动距离和移动位置，使用两端点连线法或最小条件法，可以计算出导轨底面和侧面的直线度，以及各测量点之间的相对差和导轨各个截面的宽度，指导导轨在线装调。

本发明可实现对导轨底面和侧面直线度以及槽宽测量，测量时间较自准直测量方法缩短一半以上，可实现实时、动态、自动测量，装置的体积小而轻便，可适用于多种大型导轨的直线度、宽度测量，具有一定的适用性。测量直线度的精度可达亚微米级。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种磁力自驱动小车，其特征在于：包括车身；固定安装于车身上的导向座(6)；能够在导向座(6)内运动的滑动组件，所述滑动组件包括位置相对固定的滑动电磁铁(1)、从动轮(8)以及测量杆(5)；在所述滑动电磁铁(1)的另一端设有驱动组件，所述驱动组件包括与所述滑动电磁铁相互吸引或排斥的驱动电磁铁(2)、以及与所述驱动电磁铁(2)位置相对固定的驱动轮(4)，以及用于驱动所述驱动轮(4)的驱动电机(3)；所述驱动轮(4)与所述从动轮(8)和测量杆(5)分别位于车身的两端；

所述滑动组件和所述驱动组件分设于导轨内壁两侧，所述滑动组件与所述驱动组件通过磁力相互排斥或吸引；测量杆(5)在磁力自驱动小车的运动过程中与导轨侧壁面接触。

2.根据权利要求1所述的磁力自驱动小车，其特征在于，所述车身内，放置有电池组(7)，为所述磁力自驱动小车提供动能。

3.根据权利要求1所述的磁力自驱动小车，其特征在于，所述测量杆(5)为可伸缩测量杆；所述可伸缩测量杆选自电感、桥式电路或光栅式精密测微仪，安装于固定在驱动轮底座的套管上。

4.一种导轨测量装置，其特征在于，包括：磁力自驱动小车(11)、安装于导轨(10)轴向方向上的激光发射器，以及固定在所述磁力自驱动小车的导向座(6)上的激光接收器(9)，所述激光发射器使磁力自驱动小车位于导轨前、后端时，激光信号均位于激光接收器靶面内；所述磁力自驱动小车的车身底面紧靠于导轨底面，能够在导轨的轨道内移动；滑动组件和驱动组件分设于导轨内壁两侧，所述滑动组件与所述驱动组件通过磁力相互排斥或吸引；通过测量滑动组件中的测量杆(5)在磁力自驱动小车的运动过程中，与导轨侧壁面的接触，实时获取导轨的槽宽以及导轨直线度。

5.根据权利要求4所述的导轨测量装置，其特征在于，还包括激光测距仪；所述激光测距仪集成于所述激光发射器内，用于实时测量自驱动小车的位移量。

6.一种导轨测量方法，其特征在于，包括步骤：

步骤一、在测量前，将激光发射器放置于与导轨轴向平行方向，将激光接收器以及磁力自驱动小车放置在被测导轨上，调整激光发射器，使磁力自驱动小车位于导轨前、后端时，激光信号均位于激光接收器靶面内；

步骤二、接通驱动电磁铁以及滑动电磁铁电源，在磁力作用下，滑动电磁铁连同滑动组件(7)将被从固定导向座(6)中顶出，在反作用力作用下，驱动轮(4)和从动轮(8)均紧靠在导轨两侧，然后在电机驱动下，驱动轮沿着导轨轴向方向产生位移，从而带动整个测量小车相对导轨运动，其中，滑动电磁铁与驱动电磁铁极性相同；

步骤三、自驱动小车在导轨内移动过程中，激光接收器(9)持续接收激光发射器发出的信号，将激光接收器输出的信号进行处理，分离出导轨垂直及水平方向的变化量，同时，可伸缩测量杆(5)在小车运动的过程中，测头与导轨侧面接触，实时测量导轨宽度方向的变化情况。

7.如权利要求6所述的一种导轨测量方法，其特征在于，所述滑动电磁铁为电磁铁，驱动电磁铁为永磁或电磁铁。

8.如权利要求6所述的一种导轨测量方法，其特征在于，在不考虑导轨面与驱动轮产生相对滑动的情况下，所述测量小车的运动轨迹方程为：

L＝V·t＝ω·R·t (1)

其中R为驱动轮的半径，ω为驱动电机的角速度。

9.如权利要求8所述的一种导轨测量方法，其特征在于，结合公式L＝V·t＝ω·R·t或激光测距仪测得的自驱动磁力小车移动距离和移动位置，使用两端点连线法或最小条件法，计算出导轨底面和侧面的直线度，以及各测量点之间的相对差和导轨各个截面的宽度，指导导轨在线装调。

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