CN112629394A - 一种低轴漂的柔性轴承的精度测量方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低轴漂的柔性轴承的精度测量方法，包括：选取被测物的测试点，其中，所述被测物安装在低轴漂的柔性轴承，所述低轴漂的柔性轴承被驱动机构驱动后，位于低轴漂的柔性轴承上的被测物做小行程大半径的弧形运动；测量所述测试点的切向位移；测量所述测试点的转角；根据所述测试点的切向位移和转角检测柔性轴承的运动是否满足精度要求。本发明将两个柔性铰链组反向布置为并联的结构，降低了轴漂，采用电容位移传感器和自准直仪测量切向位移及转角，根据测试点的转角和切向位移检测柔性轴承的运动是否满足精度要求，提高了小行程大半径的弧形运动的检测精度。本发明还提供一种低轴漂的柔性轴承的精度检测装置。

Description

一种低轴漂的柔性轴承的精度测量方法及装置

技术领域

本发明涉及测量技术领域，具体涉及一种低轴漂的柔性轴承的精度测量方法及装置。

背景技术

相衬成像技术具有高衬度和低剂量特点，对于吸收衬度难以分辨的软组织具有明显优势。相对于其他相衬成像方法，光栅相衬成像方法可以和常规X射线光源有效结合，并且能够同时解析物体的吸收、相位和散射三种衬度信息，实现多模式成像。受限于大高宽比光栅制造技术，现有相衬成像系统存在工作能量低，成像视场小等问题，距离临床应用仍面临相当大的挑战。

为了将X射线相衬成像技术推广到临床应用阶段，国家同步辐射实验室提出新一代高衬度、大视场、低剂量相衬CT成像系统。该相衬成像方法基于几何投影方法，能够兼容常规大焦点的X光源。成像系统采用曲面光栅，保证X射线满足正入射条件。由于光栅周期不再受限于入射X射线的空间相干长度，满足了临床医学影像的大视场高能射线成像需求。

根据成像系统要求，相位光栅在成像过程中需要实现几十微米的弧形位移。光栅步进机构采用柔性铰链机构实现相位光栅沿半径为几百毫米的圆弧上运动。柔性铰链是在外部力或者力矩作用下，利用材料的弹性变形在相邻刚性杆之间产生相对运动的一种运动副结构形式。具有免装配、无间隙和摩擦、免润滑、高刚度和高分辨率等特点，可用于微进给、精密调整、微操作等精密定位领域。光栅相位步进机构通过铰链沿圆周方向的合理布置，可以实现任意旋转半径的旋转，且可以减少轴承的尺寸；可以通过直线驱动实现旋转运动；与传统的单纯串联方式相比，在提高系统刚度的同时可以实现温度补偿和提高尺寸稳定性。

对柔性铰链的精度检测通常采用的方法是：利用工具显微镜测量铰链运动刚体上的两个特征点在转动过程中的坐标值，从而解算出柔性铰链在不同转角时转动中心点的位置。由此得到了转动中心漂移的大小及轴漂的方向。但这种利用工具显微镜测量坐标值对于小圆弧大半径的圆周运动测量误差较大，通常适合大行程柔性铰链的转动精度进行实验测量。

因此，有必要提出一种新的测量装置及测量方法解决上述问题。

发明内容

针对现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种低轴漂的柔性轴承的精度测量方法及装置。

本发明的技术方案概述如下：

本发明提供一种低轴漂的柔性轴承的精度测量方法，包括：

选取被测物的测试点，其中，所述被测物安装在低轴漂的柔性轴承，所述低轴漂的柔性轴承被驱动机构驱动后，位于低轴漂的柔性轴承上的被测物做小行程大半径的弧形运动；测量所述测试点的切向位移；

测量所述测试点的转角；

根据所述测试点的切向位移和转角检测柔性轴承的运动是否满足精度要求。

进一步地，所述低轴漂的柔性轴承设有反向布置的第一柔性铰链组及第二柔性铰链组，所述第一柔性铰链组与第二柔性铰链组并联后形成步进部，所述步进部上安装被测物。

进一步地，所述切向位移为所述测试点在多个采集位之间在切向上的位移；所述转角为所述测试点在多个采集位之间的转动角度。

进一步地，根据所述测试点的转角和切向位移检测柔性轴承的运动是否满足精度要求，包括：

根据测试点的切向位移和转角，拟合被测物进行弧形运动时的旋转半径，为拟合半径；

判断所述拟合半径与理论半径之间的误差值是否满足不大于阈值；

当所述拟合半径与理论半径之间的误差值不大于阈值时，说明柔性轴承的弧形运动轨迹满足精度要求。

相应地，本发明提供一种低轴漂的柔性轴承的精度测量装置，用于上述任一项所述的低轴漂的柔性轴承的精度测量方法，包括：

电容位移传感器，用于测量测试点的切向位移；其中，所述测试点位于被测物上，所述被测物安装在低轴漂的柔性轴承；

自准直仪，用于测量所述测试点的转角；

驱动机构，所述驱动机构驱动所述低轴漂的柔性轴承，所述低轴漂的柔性轴承被驱动机构驱动后，位于低轴漂的柔性轴承上的被测物做小行程大半径的弧形运动做小行程大半径的弧形步进；

根据所述测试点的切向位移和转角检测柔性轴承的运动是否满足精度要求。

进一步地，所述低轴漂的柔性轴承设有反向布置的第一柔性铰链组及第二柔性铰链组，所述第一柔性铰链组与第二柔性铰链组并联后形成步进部，所述步进部上安装被测物。

进一步地，所述第一柔性铰链组及第二柔性铰链组包括至少两个并联的柔性铰链；

每个所述柔性铰链包括左簧片、右簧片、上刚性部、下刚性部，所述第一柔性铰链组或所述第二柔性铰链组中的一所述柔性铰链的右簧片为与之并联的所述柔性铰链的左簧片。

进一步地，所述第一柔性铰链组中的一所述柔性铰链的下刚性部和与之并联的所述第二柔性铰链组中的所述柔性铰链的上刚性部共用，共用的刚性部为柔性铰链中活动的刚性部，共用的刚性部形成步进部。

进一步地，所述第一柔性铰链组中的所述柔性铰链的上刚性部固定，同时与之并联的所述第二柔性铰链组中的所述柔性铰链的下刚性部固定。

进一步地，所述第一柔性铰链组包括第一柔性铰链和第二柔性铰链，所述第一柔性铰链和第二柔性铰链并联；

所述第二柔性铰链组包括第三柔性铰链和第四柔性铰链，所述第三柔性铰链和第四柔性铰链并联；

所述第一柔性铰链与所述第三柔性铰链并联，所述第二柔性铰链与所述第四柔性铰链并联。

进一步地，所述左簧片与所述右簧片的延长线交于虚拟远程运动中心o；所述第一柔性铰链组中的柔性铰链在运动时的轴心的漂移方向，与第二柔性铰链组柔性铰链在运动时的轴心的漂移方向相反。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

本发明提供的低轴漂的柔性轴承的精度测量方法及装置，可用于检测弧形运动的运动精度，传统的采用显微镜获取直角坐标系中刚体的坐标的方法，无法针对小行程大半径的弧形运动做精度检测，而本发明通过驱动低轴漂的柔性轴承，使位于低轴漂的柔性轴承上的被测物做小行程大半径的弧形运动，采用电容位移传感器和自准直仪测量切向位移及转角，根据所述测试点的转角和切向位移检测柔性轴承的运动是否满足精度要求，提高了小行程大半径的弧形运动的检测精度。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明的低轴漂的柔性轴承的示意图；

图2为本发明的低轴漂的柔性轴承的力学示意图；

图3为本发明的低轴漂的柔性轴承安装后的示意图；

图4为本发明中低轴漂的柔性轴承的精度测量装置的示意图。

附图标记说明：

1、自准直仪；3、径向位移探头；4、切向位移探头；100、测试点；200、测试位置；300、理想位置；10、低轴漂的柔性轴承；11、第一柔性铰链；111、左簧片；112、右簧片；113、上刚性部；114、下刚性部；115、安装部；116、步进部；12、第二柔性铰链；13、第三柔性铰链；14、第四柔性铰链；20、驱动机构。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，本发明的前述和其它目的、特征、方面和优点将变得更加明显，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。在附图中，为清晰起见，可对形状和尺寸进行放大，并将在所有图中使用相同的附图标记来指示相同或相似的部件。在下列描述中，诸如中心、厚度、高度、长度、前部、背部、后部、左边、右边、顶部、底部、上部、下部等用词为基于附图所示的方位或位置关系。特别地，“高度”相当于从顶部到底部的尺寸，“宽度”相当于从左边到右边的尺寸，“深度”相当于从前到后的尺寸。这些相对术语是为了说明方便起见并且通常并不旨在需要具体取向。涉及附接、联接等的术语(例如，“连接”和“附接”)是指这些结构通过中间结构彼此直接或间接固定或附接的关系、以及可动或刚性附接或关系，除非以其他方式明确地说明。

接下来，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

柔性机构是指利用材料的弹性变形传递或转换运动、力或能量的一种心机构。柔性机构的运动通常借助柔性单元-柔性铰链来实现，如转动或移动。较之于传统的刚性结构(铰链)，柔性机构(铰链)具有许多优点，如整体化设计和加工，简化结构，减小体积和重量、免于装配；无间隙和摩擦，可实现高精度运动；免于磨损等。

对于柔性铰链，由于弹性变形不能集中在一个点，其在转动时转动中心就会发生偏移，造成转动运动的误差，这个误差被称为转动轴心飘移，简称轴漂。轴漂的数值很小，而现实中对于大行程柔性铰链，轴漂越小越好。现有技术中的针对大行程柔性铰链的精度检测通常利用工具显微镜测量铰链运动刚体上的两个特征点在转动过程中的坐标值，从而解算出柔性铰链在不同转角时转动中心点的位置，由此得到了转动中心漂移的大小及轴漂的方向。这种方法无法针对低轴漂做精度检测。

如图1-图4所示，一种低轴漂的柔性轴承的精度测量装置，包括低轴漂的柔性轴承10、驱动机构20、电容位移传感器及自准直仪1。

低轴漂的柔性轴承设有反向布置的两个柔性铰链组，两个柔性铰链组为第一柔性铰链组及第二柔性铰链组，第一柔性铰链组与第二柔性铰链组并联后形成步进部116，步进部上安装被测物，选取被测物上的一点为测试点100；被测物为光栅，因此本发明可用于对光栅及光栅步进机构的运动检测上。驱动机构驱动低轴漂的柔性轴承，低轴漂的柔性轴承被驱动机构驱动后，位于低轴漂的柔性轴承上的被测物做小行程大半径的弧形步进；电容位移传感器测量测试点的切向位移；自准直仪测量测试点的转角；根据测试点的切向位移和转角检测柔性轴承的运动是否满足精度要求。

具体地，两个柔性铰链组包括第一柔性铰链组及第二柔性铰链组，第一柔性铰链组与第二柔性铰链组反向布置为并联的结构；每个柔性铰链组包括至少两个并联的柔性铰链。

每个柔性铰链包括左簧片111、右簧片112、上刚性部113、下刚性部114，第一柔性铰链组或第二柔性铰链组中的一柔性铰链的右簧片112为与之并联的柔性铰链的左簧片111。即第一柔性铰链组或第二柔性铰链组中的一柔性铰链的右簧片112，和与之并联的柔性铰链的左簧片111为同一簧片，共用同一簧片的相邻两柔性铰链为并联结构。

第一柔性铰链组中的一柔性铰链的下刚性部114和与之并联的第二柔性铰链组中的柔性铰链的上刚性部共用113，共用的刚性部为柔性铰链中活动的刚性部，且共用的刚性部形成步进部116。同时，第一柔性铰链组中的柔性铰链的上刚性部113固定，同时与之并联的第二柔性铰链组中的柔性铰链的下刚性114部固定。

第一柔性铰链组包括第一柔性铰链11和第二柔性铰链12，第一柔性铰链11和第二柔性铰链12并联；第二柔性铰链组包括第三柔性铰链13和第四柔性铰链14，第三柔性铰链13和第四柔性铰链14并联。

第一柔性铰链11与第三柔性铰链13并联，第二柔性铰链12与第四柔性铰链14并联。

第一柔性铰链11的右簧片为第二柔性铰链12的左簧片；第三柔性铰链13的右簧片为第四柔性铰链14的左簧片；第一柔性铰链11的下刚性部与第三柔性铰链13的上刚性部共用；第二柔性铰链12的下刚性部与第四柔性铰链14的上刚性部共用；第一柔性铰链11的上刚性部、第二柔性铰链12的上刚性部、第三柔性铰链13的下刚性部、第四柔性铰链14的下刚性部固定。

左簧片111与右簧片112的延长线交于虚拟远程运动中心o。在本领域中，没有实际运动副存在的转动中心被定义为虚拟运动中心。柔性铰链的虚拟运动中心位于机构远端，称为虚拟远程运动中心。在本发明中，所有柔性铰链的左簧片111与右簧片112的延长线交于虚拟远程运动中心o，使得由柔性铰链组成柔性轴承大致以虚拟远程运动中心o为中心旋转。

具体地，参考图2-3，在力学示意图中，AB、CD、AC、BD分别为第一柔性铰链11的左簧片、右簧片、上刚性部、下刚性部；CD、EF、CE、DF分别为第二柔性铰链12的左簧片、右簧片、上刚性部、下刚性部；第一柔性铰链11的右簧片和第二柔性铰链12的左簧片共用CD簧片。A’B’、C’D’、A’C’、B’D’分别为第三柔性铰链13的左簧片、右簧片、下刚性部、上刚性部；C’D’、E’F’、C’E’、D’F’分别为第四柔性铰链14的左簧片、右簧片、下刚性部、上刚性部；第三柔性铰链13的右簧片和第四柔性铰链14的左簧片共用C’D’簧片。第一柔性铰链11的下刚性部与第三柔性铰链13刚性部一体或共用，第三柔性铰链13的下刚性部与第四柔性铰链14刚性部一体或共用，形成步进部116，步进部116为反向布置的两个柔性铰链组并联后形成的共用部分。参考图3，驱动机构20驱动步进部116，以虚拟远程运动中心o为中心，做精细的弧形步进。

第一柔性铰链组中的柔性铰链在运动时的轴心的漂移方向，与第二柔性铰链组柔性铰链在运动时的轴心的漂移方向相反。具体地，参考图2-图3，第一柔性铰链组为图示中位于上部分的柔性铰链组合，驱动机构20向左驱动步进部116，第一柔性铰链组中的AB、CD、EF发生细微的弹性变形，BD、DF段向左位移，第一柔性铰链组中的柔性铰链在运动时的轴心向左漂移；第二柔性铰链组为图示中位于下部分的柔性铰链组合，驱动机构20向左驱动步进部116，第二柔性铰链组中的A’B’、C’D’、E’F’发生细微的弹性变形，B’D’、D’F’段向左位移，第二柔性铰链组中的柔性铰链在运动时的轴心向右漂移。这种轴心漂移的对称补偿，降低了约束方向的寄生运动。且轴心漂移的对称补偿恰恰是因为第一柔性铰链组与第二柔性铰链组采用并联的方式进行了轴漂的补偿。

本发明通过铰链沿圆周方向的合理布置，减小了轴承的尺寸，且可以实现任意旋转半径的旋转。上述实施例采用固定外圈，驱动内圈实现旋转运动，在其他实施例中还可以固定内圈，驱动外圈实现旋转运动。

低轴漂的柔性轴承10还设有安装部115，在测量时，通过安装部115将低轴漂的柔性轴承10安装在工作台上，驱动机构20正对低轴漂的柔性轴承10的步进部116。

驱动机构驱动步进部116及步进部116上的被测物做精细的小行程大半径的弧形步进的过程中，电容位移传感器测量测试点的切向位移，自准直仪1测量测试点的转角，根据测试点的切向位移和转角检测柔性轴承的运动是否满足精度要求。具体地，电动位移传感器包括切向位移探头4和径向位移探头3，通过切向位移探头4可以得到测试点的切向位移，通过自准直仪1测量测试点的转角。具体地，切向位移为测试点在多个采集位之间在切向上的位移；转角为测试点在多个采集位之间的转动角度。

图中的理想位置300为测试物所在的理论位置，而实际柔性铰链在运动时，弹性变形不能集中在一个点，测试物实际处于测试位置200。理论上，测试点的切向位移与转角之间存在线性关系，如果切向位移与转角为非线性关系，即说明轴心发生偏转，因此，在本发明中，可以根据切向位移与转角的实际比值与切向位移与转角的理论比值之间的误差值作为精度测量误差。具体地，根据测试点的切向位移和转角，拟合被测物进行弧形运动时的旋转半径，为拟合半径；判断所述拟合半径与理论半径之间的误差值是否满足不大于阈值；当所述拟合半径与理论半径之间的误差值不大于阈值时，说明被测物及柔性轴承的弧形运动轨迹满足精度要求。

具体地，本发明还提供一种低轴漂的柔性轴承的精度测量方法，包括：

S1、选取被测物的测试点，其中，所述被测物安装在低轴漂的柔性轴承，所述低轴漂的柔性轴承被驱动机构驱动后，位于低轴漂的柔性轴承上的被测物做小行程大半径的弧形运动；

S2、测量所述测试点的切向位移；

S3、测量所述测试点的转角；

S4、根据所述测试点的切向位移和转角检测柔性轴承的运动是否满足精度要求。

低轴漂的柔性轴承设有反向布置的第一柔性铰链组及第二柔性铰链组，所述第一柔性铰链组与第二柔性铰链组并联后形成步进部116，步进部上安装被测物。具体见装置。

S2中采用电容位移传感器测量所述测试点的切向位移，采用自准直仪测量测试点的转角。其中，切向位移为测试点在多个采集位之间在切向上的位移；转角为测试点在多个采集位之间的转动角度。

其中在步骤S4具体包括：

S41、根据测试点的切向位移和转角，拟合被测物进行弧形运动时的旋转半径，为拟合半径；

S42、判断所述拟合半径与理论半径之间的误差值是否满足不大于阈值；

S43、当所述拟合半径与理论半径之间的误差值不大于阈值时，说明被测物及柔性轴承的弧形运动轨迹满足精度要求。

其中，本方法中的低轴漂的柔性轴承在降低轴漂的同时使被测物做小行程大半径的弧形步进运动。

本发明提供的低轴漂的柔性轴承的精度检测方法及装置，可用于检测低轴漂的柔性轴承的运动精度，可应用对光栅步进机构及光栅的运动精度进行检测，传统的采用显微镜获取直角坐标系中刚体的坐标的方法，无法针对小行程大半径的弧形光栅做运动精度检测，而本发明采用的低轴漂的柔性轴承10，将两个柔性铰链组反向布置为并联的结构，基于对称补偿的原理，降低了约束方向的寄生运动；通过并联方式降低轴漂，使位于低轴漂的柔性轴承上的光栅做精确的小行程大半径的弧形运动；采用电容位移传感器和自准直仪测量切向位移及转角，根据所述测试点的转角和切向位移验检测被测物及柔性轴承的运动是否满足精度要求，提高了小行程大半径的弧形运动的检测精度，可用于对低轴漂的柔性轴承进行精度检测。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。

Claims (11)

1.一种低轴漂的柔性轴承的精度测量方法，其特征在于,包括：

选取被测物的测试点，其中，所述被测物安装在低轴漂的柔性轴承，所述低轴漂的柔性轴承被驱动机构驱动后，位于低轴漂的柔性轴承上的被测物做小行程大半径的弧形运动；

测量所述测试点的切向位移；

测量所述测试点的转角；

根据所述测试点的切向位移和转角检测柔性轴承的运动是否满足精度要求。

2.如权利要求1所述的低轴漂的柔性轴承的精度测量方法，其特征在于，所述低轴漂的柔性轴承设有反向布置的第一柔性铰链组及第二柔性铰链组，所述第一柔性铰链组与第二柔性铰链组并联后形成步进部，所述步进部上安装被测物。

3.如权利要求1所述的低轴漂的柔性轴承的精度测量方法，其特征在于，

所述切向位移为所述测试点在多个采集位之间在切向上的位移；所述转角为所述测试点在多个采集位之间的转动角度。

4.如权利要求1所述的低轴漂的柔性轴承的精度测量方法，其特征在于，根据所述测试点的转角和切向位移检测柔性轴承的运动是否满足精度要求，包括：

根据测试点的切向位移和转角，拟合被测物进行弧形运动时的旋转半径，为拟合半径；

判断所述拟合半径与理论半径之间的误差值是否满足不大于阈值；

当所述拟合半径与理论半径之间的误差值不大于阈值时，说明柔性轴承的弧形运动轨迹满足精度要求。

5.一种低轴漂的柔性轴承的精度测量装置，其特征在于，用于如权利要求1-4任一项所述的低轴漂的柔性轴承的精度测量方法，包括：

电容位移传感器，用于测量测试点的切向位移；其中，所述测试点位于被测物上，所述被测物安装在低轴漂的柔性轴承；

自准直仪，用于测量所述测试点的转角；

驱动机构，所述驱动机构驱动低轴漂的柔性轴承，所述低轴漂的柔性轴承被驱动机构驱动后，位于低轴漂的柔性轴承上的被测物做小行程大半径的弧形运动做小行程大半径的弧形步进；

根据所述测试点的切向位移和转角检测柔性轴承的运动是否满足精度要求。

6.如权利要求5所述的低轴漂的柔性轴承的精度测量装置，其特征在于，所述低轴漂的柔性轴承设有反向布置的第一柔性铰链组及第二柔性铰链组，所述第一柔性铰链组与第二柔性铰链组并联后形成步进部，所述步进部上安装被测物。

7.如权利要求5所述的低轴漂的柔性轴承的精度测量装置，其特征在于，

所述第一柔性铰链组及第二柔性铰链组包括至少两个并联的柔性铰链；

每个所述柔性铰链包括左簧片、右簧片、上刚性部、下刚性部，所述第一柔性铰链组或所述第二柔性铰链组中的一所述柔性铰链的右簧片为与之并联的所述柔性铰链的左簧片。

8.如权利要求7所述的低轴漂的柔性轴承的精度测量装置，其特征在于，所述第一柔性铰链组中的一所述柔性铰链的下刚性部和与之并联的所述第二柔性铰链组中的所述柔性铰链的上刚性部共用，共用的刚性部为柔性铰链中活动的刚性部，共用的刚性部形成步进部。

9.如权利要求7所述的低轴漂的柔性轴承的精度测量装置，其特征在于，所述第一柔性铰链组中的所述柔性铰链的上刚性部固定，同时与之并联的所述第二柔性铰链组中的所述柔性铰链的下刚性部固定。

10.如权利要求6所述的低轴漂的柔性轴承的精度测量装置，其特征在于，所述第一柔性铰链组包括第一柔性铰链和第二柔性铰链，所述第一柔性铰链和第二柔性铰链并联；

所述第二柔性铰链组包括第三柔性铰链和第四柔性铰链，所述第三柔性铰链和第四柔性铰链并联；

所述第一柔性铰链与所述第三柔性铰链并联，所述第二柔性铰链与所述第四柔性铰链并联。

11.如权利要求7所述的低轴漂的柔性轴承的精度测量装置，其特征在于，所述左簧片与所述右簧片的延长线交于虚拟远程运动中心o；所述第一柔性铰链组中的柔性铰链在运动时的轴心的漂移方向，与第二柔性铰链组柔性铰链在运动时的轴心的漂移方向相反。

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