CN112762833A - 一种利用光栅尺协助测量的驱动机构调零装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用光栅尺协助测量的驱动机构调零装置及方法，包括设备安装平台、旋转控制机构、测量机构、驱动机构，测量机构安装于设备安装平台的上方，测量机构用于测量驱动机构机械零位的实际偏差，旋转控制机构安装于设备安装平台的上面，驱动机构的输入端与旋转控制机构的输出端相连接，旋转控制机构用于控制驱动机构旋转并反馈旋转角度。本发明采用了旋转测量的方法，在测量运动上，相对于主滑块直线滑行测量，不会受到直线导轨平面与工作平面不完全平行产生的纵向误差影响；在测量形式上，相对于竖直测量动子定位销，倾斜测量减少了光电位移传感器本身带来的测量误差，提高了测量机构的测量精度。

Description

一种利用光栅尺协助测量的驱动机构调零装置及方法

技术领域

本发明涉及机械调零领域，更具体的说，尤其涉及一种利用光栅尺协助测量的驱动机构调零装置及方法。

背景技术

驱动机构具有机械零位和电气零位两种零位标识。在驱动机构的生产过程中，需对驱动机构机械零位与电气零位之间的偏差进行调试，使机械零位与电气零位之间的偏差符合指标要求。

电气零位检测主要对安装于驱动机构内零位传感器的安装位置及性能参数进行检测，利用电器测量元件测量出来的零位位置信号。实际上，这个电气零位是人为定义的相对于机械零位的一个位置。机械零位，就是设备上用刻度之类的器具标记的机器参考零点，其它设备安装，运行都以这个点为基准位置，主要使用的机械零点，一般是标记机器停机状态的初始位置。

驱动机构调零方法为：把机械零位对应的测量元件测量数字‘0’来固定测量元件，使机械零位和电气零位在同一点位置上，即二者重合。但实际上机械零位和电气编码器测量值零位难以重合，机械零位对应测量元件测量出来的数据是一段范围，存在偏差。一般通过两种方法缩短偏差，一个是提高驱动机构内零位传感器的性能和安装位置精度；另一个是在驱动机构内零位传感器的安装位置及性能均已确定的情况下，测量出实际偏差并将驱动机构进行高精度的机械调零。

驱动机构调零的现行做法一般是人力手动测量和调整，其主要缺陷是：

第一、手动测量的稳定性不高，影响测量准确度；

第二、由于机械零位和电气零位的差值较小，手动调整十分费力；

第三、手动测量和调整都难以做到驱动机构的高精度调零；

第四、测量和调整的工作效率都十分低。

发明内容

本发明的目的在于解决现有驱动机构调零困难、准确率不高、工作效率低的问题，提出了一种利用光栅尺协助测量的驱动机构调零装置及方法，能够在驱动机构的生产过程中，通过本发明对驱动机构的机械零位进行调试，使机械零位符合指标要求。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：一种利用光栅尺协助测量的驱动机构调零装置，包括设备安装平台、旋转控制机构、测量机构、驱动机构，所述测量机构安装于所述设备安装平台的上方，所述测量机构用于测量所述驱动机构机械零位的实际偏差，所述旋转控制机构安装于所述设备安装平台的上面，所述驱动机构的输入端与所述旋转控制机构的输出端相连接，所述旋转控制机构用于控制所述驱动机构旋转并反馈旋转角度。

所述设备安装平台包括支撑支架、可调支撑台、工作平台、安装立架和定位块。

所述支撑支架平稳立于大地平面上，所述可调支撑台共有三个，并分别成三角固定于所述支撑支架上面的三个不同位置，所述工作平台放置于所述三个可调支撑台上，所述工作平台上面开设有方槽，所述定位块放置于所述工作平台的方槽中，所述安装立架共有两个，并分别对称固定在所述工作平台上面的横向中心轴线的两侧；在所述工作平台调平过程中，所述可调支撑台作为主调整支撑点支撑所述工作平台和确定所述工作平台的实际水平度。

所述旋转控制机构包括第一伺服电机、第一减速器、主轴、制动器、制动器支架、第一角度编码器、胀套、编码器转接块、万向节、扭簧、底板和第一减速器支架。

所述第一伺服电机输出端与所述第一减速器的输入端相连接，所述第一减速器固定安装在所述第一减速器支架的侧面上，所述第一减速器支架的底面安装在所述底板的上面，所述第一减速器的输出端与所述主轴的一端连接，所述主轴的另一端与所述万向节转接块采用所述胀套通过胀紧连接，所述制动器安装于所述主轴上，所述制动器固定在所述制动器支架的一侧面上，所述制动器支架的底面固定在所述底板的上面，所述第一角度编码器安装于所述编码器转接块的一端，所述第一角度编码器固定于所述制动器支架的另一侧面上，所述万向节的一端与所述编码器转接块的另一端相连接，所述扭簧安装在所述万向节上，所述扭簧一端连接所述万向节输入端，另一端连接所述万向节输出端，所述底板安装在所述工作平台上；在调零过程中，所述第一伺服电机提供旋转运动的驱动力，经过所述第一减速器放大力矩和减小转速，驱动所述主轴转动并带动所述万向节转动，所述第一角度编码器提供万向节实际转动的角度。

所述测量机构包括直线运动引导装置、辅助测量装置和位移测量装置。

所述直线运动引导装置包括支撑横梁、直线导轨、直线模组主体、直线模组支撑架、直线模组滑块、直线模组伺服电机、拨杆和直线导轨滑块。所述直线模组主体固定在所述两个直线模组支撑架的上面，所述直线模组支撑架的侧面固定在所述支撑横梁的一侧面上，所述拨杆安装在所述直线模组滑块上，所述直线导轨固定在所述支撑横梁的上面，所述直线导轨滑块安装在所述直线导轨上，所述直线模组伺服电机安装在直线模组主体的一端；在测量过程中，所述支撑横梁固定在所述两个安装立架上；所述直线模组伺服电机提供测量机构横向运动的动力，所述直线模组滑块带动所述拨杆运动，所述直线导轨给测量机构提供横向运动的导向。

所述辅助测量装置包括光栅尺导轨、光栅尺滑块和光栅尺支撑架。所述光栅尺导轨安装于所述光栅尺支撑架上，所述光栅尺滑块安装在所述光栅尺导轨上，所述光栅尺滑块的一端与主滑块的一侧固定连接，所述光栅尺支撑架固定在所述支撑横梁上；在测量工程中，随着所述光栅尺滑块的运动，能够实时定位测量机构的工作位置。

所述位移测量装置包括主滑块、配重架、配重、第二伺服电机、第二减速器、第二减速器支架、联轴器、旋转轴、直线轴承座、第二角度编码器支架、第二角度编码器、光轴、光轴座、光轴转接块、光轴配重、光电位移传感器和光电位移传感器安装板。所述第二伺服电机输出端与所述第二减速器的输入端相连接，所述第二减速器固定在第二减速器支架上，所述第二减速器支架安装在所述主滑块上，所述第二减速器的输出端与所述联轴器的一端连接，所述联轴器的另一端连接所述旋转轴的一端，所述旋转轴的另一端穿过所述直线轴承座和所述第二角度编码器与所述光轴转接块固定连接，所述配重架安装于所述主滑块的上面，所述配重放置于所述配重架的上面，所述直线轴承座固定在所述主滑块的上面，所述第二角度编码器固定在所述第二角度编码器支架的侧面，所述第二角度编码器支架的底面固定在所述主滑块的上面，所述光轴配重放置于所述光轴转接块一侧，所述光轴固定在所述光轴转接块另一侧，所述光轴安装在所述两个光轴座上，所述两个光轴座均固定在所述光电位移传感器安装板的一面，所述光电位移传感器固定在所述光电位移传感器安装板的另一面；在测量过程中，所述拨杆带动所述主滑块做直线运动，所述光电位移传感器跟随所述主滑块做直线运动；所述第二伺服电机提供旋转运动的驱动力，经过所述第二减速器放大力矩和减小转速，驱动所述旋转轴转动，所述光电位移传感器随所述旋转轴做旋转运动，所述第二角度编码器提供旋转轴实际转动的角度。

所述驱动机构包括驱动机构动子和驱动机构定子。所述驱动机构动子上设置两个动子定位销，所述驱动机构定子安装在所述工作平台上；在调零过程中，所述万向节带动所述驱动机构动子进行旋转时，所述动子定位销跟随所述驱动机构动子进行运动。

进一步的，所述万向节上安装了扭簧，扭簧一端连接所述万向节输入端，另一端连接所述万向节输出端，消除所述万向节输入端和输出端的传动回隙。

进一步的，所述光轴横截面形状为半圆形和矩形的组合形，用于限制光轴的纵向旋转自由度。

进一步的，所述主滑块的一侧开设方槽口，所述拨杆的一端为球状并置于所述主滑块的方槽口中。在测量过程中，所述拨杆带动所述主滑块做直线运动，球形端与方槽口做点面接触，消除了拨杆到主滑块的纵向跳动产生的误差。

进一步的，所述驱动机构动子一端对称于驱动机构旋转中心设置两个圆柱状的动子定位销。

一种利用光栅尺协助测量的驱动机构调零方法，具体包括如下步骤：

步骤一：调节三个可调支撑台中的可调螺栓使工作平台处于水平；

步骤二：拧松光轴转接块上用于固定光轴的螺丝，使光轴能够进行纵向移动；调节光轴高度直至光电位移传感器能够测量到工作平台的上平面；再拧紧光轴转接块上用于固定光轴的螺丝，使光轴不可纵向移动；

步骤三：驱动第二伺服电机，使光电位移传感器随旋转轴进行转动；光电位移传感器测量出其旋转过程中光电位移传感器与工作平面的距离，并结合第二角度编码器反馈的角度数据，计算光电位移传感器运动到与工作平面的最短距离需要的转动角度；继续驱动第二伺服电机，使光电位移传感器的光束位置直至与工作平台的上平面垂直；

步骤四：拧松光轴转接块上用于固定光轴的螺丝，使光轴能够进行纵向移动；调节光轴高度直至光电位移传感器高于驱动机构顶部；

步骤五：将驱动机构依靠于工作平台上的定位块，放置于工作平台上，以便于安装；将驱动机构动子与旋转控制机构的万向节输出端固定连接；将驱动机构定子用螺丝固定于工作平台上；

步骤六：拧松光轴转接块上用于固定光轴的螺丝，使光轴能够进行纵向移动；调节光轴高度直至光电位移传感器能够测量到驱动机构动子上的两个动子定位销；再拧紧光轴转接块上用于固定光轴的螺丝，使光轴不可纵向移动；

步骤七：驱动直线模组伺服电机，使直线模组滑块带动直线导轨上的主滑块运动；光电位移传感器随着直线导轨上的主滑块做直线运动；同时，根据光栅尺导轨记录光电位移传感器检测到驱动机构动子上两个动子定位销时光栅尺滑块的位置；计算得出驱动机构的实际中心位置，并使光电位移传感器探测光点运动到驱动机构的中心位置；

步骤八：驱动第二伺服电机，第二伺服电机的输出端经过第二减速器放大输出力矩并减小输出转速，带动旋转轴旋转，从而带动旋转轴上的第二角度编码器和光轴转接块进行旋转；光电位移传感器随着旋转轴进行转动，同时第二角度编码器实时反馈实际转动的角度；当光电位移传感器检测到驱动机构动子上的一个动子定位销时，立即停止第二伺服电机并记录光电位移传感器与该动子定位销的距离和第二角度编码器反馈的转动角度；反向驱动第二伺服电机，当光电位移传感器检测到驱动机构动子上的另一个动子定位销时，立即停止第二伺服电机并记录光电位移传感器与该动子定位销的距离和第二角度编码器反馈的转动角度；

步骤九：驱动第二伺服电机，使光电位移传感器探测光点运动到驱动机构的中心位置；

步骤十：计算得出驱动机构调零时动子所需要转动的角度θ，驱动旋转控制机构的第一伺服电机，第一伺服电机的输出端经过第一减速器放大输出力矩并减小输出转速，带动主轴旋转，从而带动主轴上的第一角度编码器和万向节进行旋转；万向节带动驱动机构动子进行旋转，同时第一角度编码器实时反馈万向节实际转动的角度；当第一角度编码器反馈的转动角度为θ，立即停止旋转控制机构的第一伺服电机；

步骤十一：检验驱动机构的机械零位是否达到要求，重复步骤八至步骤十，直至驱动机构的机械零位达到要求；

步骤十二：卸下已完成机械调零的驱动机构，将待机械调零的驱动机构重复步骤五至步骤十一，直至所有驱动机构完成机械调零；

步骤十三：所有物件归位或归零。

进一步的，所述步骤十中θ的计算方法如下：在测量过程前，驱动机构的目标机械零位位置为两个动子定位销处于同一水平线，令位于左侧的动子定位销为a，位于右侧的动子定位销为b，在测量过程中，因光栅尺滑块提供的位置数据和光电位移传感器的测量数据均与时间相关，光电位移传感器在测量到两个动子定位销时光栅尺滑块在光栅尺导轨上的绝对位置分别为X_a、X_b，确定光电位移传感器探测光点运动到驱动机构中心位置时，光栅尺滑块的位置为

X_o＝(X_a-X_b)/2；光电位移传感器测量并记录了驱动机构动子上两个动子定位销与光电位移传感器的距离，第二角度编码器记录了光电位移传感器从驱动机构中心位置到动子定位销a的转动角度为θ_ab，从动子定位销a到动子定位销b的转动角度为θ_ab，可以得出光电位移传感器回复到驱动机构中心位置需要转动的角度θ_bo＝θ_ab-θ_oa；设两个动子定位销与光电位移传感器的距离分别为d_a、d_b。可以得出两个动子定位销转到水平位置，驱动机构动子需要转动的角度

当角度为正时，顺时针转动驱动机构动子；当角度为负时，逆时针转动驱动机构动子。

本发明的有益效果在于：

1)本发明在工作平台与支撑支架之间加入了三个可调支撑台，调节可调支撑台的可调螺栓来调整工作平台的水平度，使工作平台处于水平；

2)本发明在光轴与光轴转接块的连接处采用抱紧连接，通过螺钉锁紧的方式实现松紧，使得测量机构的测量高度可自由调节；

3)本发明采用直线模组控制主滑块做横向运动以及第二伺服电机控制光电位移传感器做旋转运动，提高了测量过程的自动化水平；

4)本发明采用旋转控制机构的第一伺服电机控制驱动机构的旋转运动，提高了调零过程的自动化水平；

5)本发明采用直线模组滑块上拨杆的球形端与主滑块的方槽口做点面接触的接触方式，相比于直线模组滑块和主滑块直接刚性连接的方式，消除了直线模组滑块运动时由于跳动使得主滑块的纵向位移产生的误差，提高了测量机构的测量精度；

6)本发明采用主滑块上增加配重架，配重架上加配重的方式来增加预紧力，提高了主滑块在移动过程中的稳定性，保证了测量机构的测量精度；

7)本发明在主轴上加入第一角度编码器反馈主轴实际转动的角度，实现了闭环控制；并在万向节上增加扭簧来消除万向节的回转间隙；此外，在旋转控制机构的第一伺服电机停止驱动时，通过制动器及时停止主轴的转动。实现了旋转控制机构对万向节旋转角度高精度的控制；

8)本发明采用光栅尺对主滑块在做横向运动过程时进行绝对定位，在测量过程中，因光栅尺提供的位置数据和光电位移传感器的测量数据均与时间相关，可间接确定光电位移传感器在测量到两个动子定位销时在光栅尺上的绝对位置，从而确定了驱动机构实际上的中心位置，保证了光电位移传感器工作位置的准确性；

9)本发明在旋转轴上加入第二角度编码器反馈旋转轴实际转动的角度，实现了测量机构对旋转轴旋转角度高精度的控制；

10)本发明在光轴转接块上一侧增加了配重，提高了旋转轴旋转稳定性；

11)本发明采用了旋转测量的方法，在测量运动上，相对于主滑块直线滑行测量，不会受到直线导轨平面与工作平面不完全平行产生的纵向误差影响；在测量形式上，相对于竖直测量动子定位销，倾斜测量减少了光电位移传感器本身带来的测量误差，提高了测量机构的测量精度。

附图说明

图1是本发明一种利用光栅尺协助测量的驱动机构调零装置的整体结构示意图。

图2是本发明设备安装平台的结构示意图。

图3是本发明旋转控制机构的结构示意图。

图4是本发明测量机构的结构示意图。

图5是本发明直线运动引导装置的结构示意图。

图6是本发明辅助测量装置的结构示意图。

图7是本发明位移测量装置的结构示意图。

图8是本发明驱动机构的结构示意图。

图中：1-设备安装平台；11-支撑支架；12-可调支撑台；13-工作平台；14-安装立架；15-定位块；2-旋转控制机构；21-第一伺服电机；22-第一减速器；23-主轴；24-制动器；25-制动器支架；26-第一角度编码器；27-胀套；28-编码器转接块；29-万向节；210-扭簧；211-底板；212-第一减速器支架；3-测量机构；31-直线运动引导装置；311-支撑横梁；312-直线导轨；313-直线模组主体；314-直线模组支撑架；315-直线模组滑块；316-直线模组伺服电机；317-拨杆；318-直线导轨滑块；32-辅助测量装置；321-光栅尺导轨；322-光栅尺滑块；323-光栅尺支撑架；33-位移测量装置；331-直线轴承座；332-第二减速器支架；333-第二伺服电机；334-第二减速器；335-联轴器；336-旋转轴；337-配重架；338-配重；339-光轴；3310-光轴配重；3311-光轴转接块；3312-光轴座；3313-光电位移传感器安装板；3314-光电位移传感器；3315-第二角度编码器；3316-第二角度编码器支架；3317-主滑块；4-驱动机构；41-驱动机构动子；410-动子定位销；42-驱动机构定子。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1～8所示，一种用于驱动机构高精度测量以及调零的装置，包括设备安装平台1、旋转控制机构2、测量机构3、驱动机构4，所述测量机构3安装于所述设备安装平台1的上方，所述测量机构3用于测量所述驱动机构4机械零位的实际偏差，所述旋转控制机构2安装于所述设备安装平台1的上面，所述驱动机构4的输入端与所述旋转控制机构2的输出端相连接，所述旋转控制机构2用于控制所述驱动机构4旋转并反馈旋转角度。

所述设备安装平台1包括支撑支架11、可调支撑台12、工作平台13、安装立架14和定位块15。

所述支撑支架11平稳立于大地平面上，所述可调支撑台12共有三个，并分别成三角固定于所述支撑支架11上面的三个不同位置，所述工作平台13放置于所述三个可调支撑台12上，所述工作平台13上面开设有方槽，所述定位块15放置于所述工作平台13的方槽中，所述安装立架14共有两个，并分别对称固定在所述工作平台13上面的横向中心轴线的两侧；在所述工作平台13调平过程中，所述可调支撑台12作为主调整支撑点支撑所述工作平台13和确定所述工作平台13的实际水平度。

所述旋转控制机构2包括第一伺服电机21、第一减速器22、主轴23、制动器24、制动器支架25、第一角度编码器26、胀套27、编码器转接块28、万向节29、扭簧210、底板211和第一减速器支架212。

所述第一伺服电机21输出端与所述第一减速器22的输入端相连接，所述第一减速器22固定安装在所述第一减速器支架212的侧面上，所述第一减速器支架212的底面安装在所述底板211的上面，所述第一减速器22的输出端与所述主轴23的一端连接，所述主轴23的另一端与所述万向节29转接块采用所述胀套27通过胀紧连接，所述制动器24安装于所述主轴23上，所述制动器24固定在所述制动器支架25的一侧面上，所述制动器支架25的底面固定在所述底板211的上面，所述第一角度编码器26安装于所述编码器转接块28的一端，所述第一角度编码器26固定于所述制动器支架25的另一侧面上，所述万向节29的一端与所述编码器转接块28的另一端相连接，所述扭簧210安装在所述万向节29上，所述扭簧210一端连接所述万向节29输入端，另一端连接所述万向节29输出端，所述底板211安装在所述工作平台13上；在调零过程中，所述第一伺服电机21提供旋转运动的驱动力，经过所述第一减速器22放大力矩和减小转速，驱动所述主轴23转动并带动所述万向节29转动，所述第一角度编码器26提供万向节29实际转动的角度。

所述测量机构3包括直线运动引导装置31、辅助测量装置32和位移测量装置33。

所述直线运动引导装置31包括支撑横梁311、直线导轨312、直线模组主体313、直线模组支撑架314、直线模组滑块315、直线模组伺服电机316、拨杆317和直线导轨滑块318。所述直线模组主体313固定在所述两个直线模组支撑架314的上面，所述直线模组支撑架314的侧面固定在所述支撑横梁311的一侧面上，所述拨杆317安装在所述直线模组滑块315上，所述直线导轨312固定在所述支撑横梁311的上面，所述直线导轨滑块318安装在所述直线导轨312上，所述直线模组伺服电机316安装在直线模组主体313的一端；在测量过程中，所述支撑横梁311固定在所述两个安装立架14上；所述直线模组伺服电机316提供测量机构3横向运动的动力，所述直线模组滑块315带动所述拨杆317运动，所述直线导轨312给测量机构3提供横向运动的导向。

所述辅助测量装置32包括光栅尺导轨321、光栅尺滑块322和光栅尺支撑架323。所述光栅尺导轨321安装于所述光栅尺支撑架323上，所述光栅尺滑块322安装在所述光栅尺导轨321上，所述光栅尺滑块322的一端与主滑块3317的一侧固定连接，所述光栅尺支撑架323固定在所述支撑横梁311上；在测量工程中，随着所述光栅尺滑块322的运动，能够实时定位测量机构3的工作位置。

所述位移测量装置33包括主滑块3317、配重架337、配重338、第二伺服电机333、第二减速器334、第二减速器支架332、联轴器335、旋转轴336、直线轴承座331、第二角度编码器支架3316、第二角度编码器3315、光轴339、光轴座3312、光轴转接块3311、光轴配重3310、光电位移传感器3314和光电位移传感器安装板3313。所述第二伺服电机333输出端与所述第二减速器334的输入端相连接，所述第二减速器334固定在第二减速器支架332上，所述第二减速器支架332安装在所述主滑块3317上，所述第二减速器334的输出端与所述联轴器335的一端连接，所述联轴器335的另一端连接所述旋转轴336的一端，所述旋转轴336的另一端穿过所述直线轴承座331和所述第二角度编码器3315与所述光轴转接块3311固定连接，所述配重架337安装于所述主滑块3317的上面，所述配重338放置于所述配重架337的上面，所述直线轴承座331固定在所述主滑块3317的上面，所述第二角度编码器3315固定在所述第二角度编码器支架3316的侧面，所述第二角度编码器支架3316的底面固定在所述主滑块3317的上面，所述光轴配重3310放置于所述光轴转接块3311一侧，所述光轴339固定在所述光轴转接块3311另一侧，所述光轴339安装在所述两个光轴座3312上，所述两个光轴座3312均固定在所述光电位移传感器安装板3313的一面，所述光电位移传感器3314固定在所述光电位移传感器安装板3313的另一面；在测量过程中，所述拨杆317带动所述主滑块3317做直线运动，所述光电位移传感器3314跟随所述主滑块3317做直线运动；所述第二伺服电机333提供旋转运动的驱动力，经过所述第二减速器334放大力矩和减小转速，驱动所述旋转轴336转动，所述光电位移传感器3314随所述旋转轴336做旋转运动，所述第二角度编码器3315提供旋转轴336实际转动的角度。

所述驱动机构4包括驱动机构动子41和驱动机构定子42。所述驱动机构动子41上设置两个动子定位销410，所述驱动机构定子42安装在所述工作平台13上；在调零过程中，所述万向节29带动所述驱动机构动子41进行旋转时，所述动子定位销410跟随所述驱动机构动子41进行运动。

进一步的，所述万向节29上安装了扭簧210，扭簧210一端连接所述万向节29输入端，另一端连接所述万向节29输出端，消除所述万向节29输入端和输出端的传动回隙。

进一步的，所述光轴339横截面形状为半圆形和矩形的组合形，用于限制光轴339的纵向旋转自由度。

进一步的，所述主滑块3317的一侧开设方槽口，所述拨杆317的一端为球状并置于所述主滑块3317的方槽口中。在测量过程中，所述拨杆317带动所述主滑块3317做直线运动，球形端与方槽口做点面接触，消除了拨杆317到主滑块3317的纵向跳动产生的误差。

进一步的，所述驱动机构动子41一端对称于驱动机构4旋转中心设置两个圆柱状的动子定位销410。

一种测量驱动机构4机械零位误差并进行机械零位凋零的测量方法，具体包括如下步骤：

步骤一：调节三个可调支撑台12中的可调螺栓使工作平台13处于水平；

步骤二：拧松光轴转接块3311上用于固定光轴339的螺丝，使光轴339能够进行纵向移动；调节光轴339高度直至光电位移传感器3314能够测量到工作平台13的上平面；再拧紧光轴转接块3311上用于固定光轴339的螺丝，使光轴339不可纵向移动；

步骤三：驱动第二伺服电机333，使光电位移传感器3314随旋转轴336进行转动；光电位移传感器3314测量出其旋转过程中光电位移传感器3314与工作平面的距离，并结合第二角度编码器3315反馈的角度数据，计算光电位移传感器3314运动到与工作平面的最短距离需要的转动角度；继续驱动第二伺服电机333，使光电位移传感器3314的光束位置直至与工作平台13的上平面垂直；

步骤四：拧松光轴转接块3311上用于固定光轴339的螺丝，使光轴339能够进行纵向移动；调节光轴339高度直至光电位移传感器3314高于驱动机构4顶部；

步骤五：将驱动机构4依靠于工作平台13上的定位块15，放置于工作平台13上，以便于安装；将驱动机构动子41与旋转控制机构2的万向节29输出端固定连接；将驱动机构定子42用螺丝固定于工作平台13上；

步骤六：拧松光轴转接块3311上用于固定光轴339的螺丝，使光轴339能够进行纵向移动；调节光轴339高度直至光电位移传感器3314能够测量到驱动机构动子41上的两个动子定位销410；再拧紧光轴转接块3311上用于固定光轴339的螺丝，使光轴339不可纵向移动；

步骤七：驱动直线模组伺服电机316，使直线模组滑块315带动直线导轨312上的主滑块3317运动；光电位移传感器3314随着直线导轨312上的主滑块3317做直线运动；同时，根据光栅尺导轨321记录光电位移传感器3314检测到驱动机构动子41上两个动子定位销410时光栅尺滑块322的位置；计算得出驱动机构4的实际中心位置，并使光电位移传感器3314探测光点运动到驱动机构4的中心位置；

步骤八：驱动第二伺服电机333，第二伺服电机333的输出端经过第二减速器334放大输出力矩并减小输出转速，带动旋转轴336旋转，从而带动旋转轴336上的第二角度编码器3315和光轴转接块3311进行旋转；光电位移传感器3314随着旋转轴336进行转动，同时第二角度编码器3315实时反馈实际转动的角度；当光电位移传感器3314检测到驱动机构动子41上的一个动子定位销410时，立即停止第二伺服电机333并记录光电位移传感器3314与该动子定位销410的距离和第二角度编码器3315反馈的转动角度；反向驱动第二伺服电机333，当光电位移传感器3314检测到驱动机构动子41上的另一个动子定位销410时，立即停止第二伺服电机333并记录光电位移传感器3314与该动子定位销410的距离和第二角度编码器3315反馈的转动角度；

步骤九：驱动第二伺服电机333，使光电位移传感器3314探测光点运动到驱动机构4的中心位置；

步骤十：计算得出驱动机构4调零时动子所需要转动的角度θ，驱动旋转控制机构2的第一伺服电机21，第一伺服电机21的输出端经过第一减速器22放大输出力矩并减小输出转速，带动主轴23旋转，从而带动主轴23上的第一角度编码器26和万向节29进行旋转；万向节29带动驱动机构动子41进行旋转，同时第一角度编码器26实时反馈万向节29实际转动的角度；当第一角度编码器26反馈的转动角度为θ，立即停止旋转控制机构2的第一伺服电机21；

步骤十一：检验驱动机构4的机械零位是否达到要求，重复步骤八至步骤十，直至驱动机构4的机械零位达到要求；

步骤十二：卸下已完成机械调零的驱动机构4，将待机械调零的驱动机构4重复步骤五至步骤十一，直至所有驱动机构4完成机械调零；

步骤十三：所有物件归位或归零。

在测量过程前，驱动机构4的目标机械零位位置为两个动子定位销410处于同一水平线。为方便说明和计算，设位于左侧的动子定位销410为a，位于右侧的动子定位销410为b。在测量过程中，因光栅尺滑块322提供的位置数据和光电位移传感器3314的测量数据均与时间相关，可间接确定光电位移传感器3314在测量到两个动子定位销410时光栅尺滑块322在光栅尺导轨321上的绝对位置分别为X_a、X_b，确定光电位移传感器3314探测光点运动到驱动机构4中心位置时，光栅尺滑块322的位置为X_o＝(X_a-X_b)/2。光电位移传感器3314测量并记录了驱动机构动子41上两个动子定位销410与光电位移传感器3314的距离，第二角度编码器3315记录了光电位移传感器3314从驱动机构4中心位置到动子定位销a的转动角度为θ_oa，从动子定位销a到动子定位销b的转动角度为θ_ab，可以得出光电位移传感器3314回复到驱动机构4中心位置需要转动的角度θ_bo＝θ_ab-θ_oa。设两个动子定位销410与光电位移传感器3314的距离分别为d_a、d_b。可以得出两个动子定位销410转到水平位置，驱动机构动子41需要转动的角度

当角度为正时，顺时针转动驱动机构动子41；当角度为负时，逆时针转动驱动机构动子41。

上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。

Claims (7)

1.一种利用光栅尺协助测量的驱动机构调零装置，其特征在于：包括设备安装平台、旋转控制机构、测量机构、驱动机构，所述测量机构安装于所述设备安装平台的上方，所述测量机构用于测量所述驱动机构机械零位的实际偏差，所述旋转控制机构安装于所述设备安装平台的上面，所述驱动机构的输入端与所述旋转控制机构的输出端相连接，所述旋转控制机构用于控制所述驱动机构旋转并反馈旋转角度；

所述设备安装平台包括支撑支架、可调支撑台、工作平台、安装立架和定位块；

所述支撑支架平稳立于大地平面上，所述可调支撑台共有三个，并分别成三角固定于所述支撑支架上面的三个不同位置，所述工作平台放置于所述三个可调支撑台上，所述工作平台上面开设有方槽，所述定位块放置于所述工作平台的方槽中，所述安装立架共有两个，并分别对称固定在所述工作平台上面的横向中心轴线的两侧；在所述工作平台调平过程中，所述可调支撑台作为主调整支撑点支撑所述工作平台和确定所述工作平台的实际水平度；

所述旋转控制机构包括第一伺服电机、第一减速器、主轴、制动器、制动器支架、第一角度编码器、胀套、编码器转接块、万向节、扭簧、底板和第一减速器支架；

所述第一伺服电机输出端与所述第一减速器的输入端相连接，所述第一减速器固定安装在所述第一减速器支架的侧面上，所述第一减速器支架的底面安装在所述底板的上面，所述第一减速器的输出端与所述主轴的一端连接，所述主轴的另一端与所述万向节转接块采用所述胀套通过胀紧连接，所述制动器安装于所述主轴上，所述制动器固定在所述制动器支架的一侧面上，所述制动器支架的底面固定在所述底板的上面，所述第一角度编码器安装于所述编码器转接块的一端，所述第一角度编码器固定于所述制动器支架的另一侧面上，所述万向节的一端与所述编码器转接块的另一端相连接，所述扭簧安装在所述万向节上，所述扭簧一端连接所述万向节输入端，另一端连接所述万向节输出端，所述底板安装在所述工作平台上；在调零过程中，所述第一伺服电机提供旋转运动的驱动力，经过所述第一减速器放大力矩和减小转速，驱动所述主轴转动并带动所述万向节转动，所述第一角度编码器提供万向节实际转动的角度；

所述测量机构包括直线运动引导装置、辅助测量装置和位移测量装置；

所述直线运动引导装置包括支撑横梁、直线导轨、直线模组主体、直线模组支撑架、直线模组滑块、直线模组伺服电机、拨杆和直线导轨滑块；所述直线模组主体固定在所述两个直线模组支撑架的上面，所述直线模组支撑架的侧面固定在所述支撑横梁的一侧面上，所述拨杆安装在所述直线模组滑块上，所述直线导轨固定在所述支撑横梁的上面，所述直线导轨滑块安装在所述直线导轨上，所述直线模组伺服电机安装在直线模组主体的一端；在测量过程中，所述支撑横梁固定在所述两个安装立架上；所述直线模组伺服电机提供测量机构横向运动的动力，所述直线模组滑块带动所述拨杆运动，所述直线导轨给测量机构提供横向运动的导向；

所述辅助测量装置包括光栅尺导轨、光栅尺滑块和光栅尺支撑架；所述光栅尺导轨安装于所述光栅尺支撑架上，所述光栅尺滑块安装在所述光栅尺导轨上，所述光栅尺滑块的一端与主滑块的一侧固定连接，所述光栅尺支撑架固定在所述支撑横梁上；在测量工程中，随着所述光栅尺滑块的运动，能够实时定位测量机构的工作位置；

所述位移测量装置包括主滑块、配重架、配重、第二伺服电机、第二减速器、第二减速器支架、联轴器、旋转轴、直线轴承座、第二角度编码器支架、第二角度编码器、光轴、光轴座、光轴转接块、光轴配重、光电位移传感器和光电位移传感器安装板；所述第二伺服电机输出端与所述第二减速器的输入端相连接，所述第二减速器固定在第二减速器支架上，所述第二减速器支架安装在所述主滑块上，所述第二减速器的输出端与所述联轴器的一端连接，所述联轴器的另一端连接所述旋转轴的一端，所述旋转轴的另一端穿过所述直线轴承座和所述第二角度编码器与所述光轴转接块固定连接，所述配重架安装于所述主滑块的上面，所述配重放置于所述配重架的上面，所述直线轴承座固定在所述主滑块的上面，所述第二角度编码器固定在所述第二角度编码器支架的侧面，所述第二角度编码器支架的底面固定在所述主滑块的上面，所述光轴配重放置于所述光轴转接块一侧，所述光轴固定在所述光轴转接块另一侧，所述光轴安装在所述两个光轴座上，所述两个光轴座均固定在所述光电位移传感器安装板的一面，所述光电位移传感器固定在所述光电位移传感器安装板的另一面；在测量过程中，所述拨杆带动所述主滑块做直线运动，所述光电位移传感器跟随所述主滑块做直线运动；所述第二伺服电机提供旋转运动的驱动力，经过所述第二减速器放大力矩和减小转速，驱动所述旋转轴转动，所述光电位移传感器随所述旋转轴做旋转运动，所述第二角度编码器提供旋转轴实际转动的角度；

所述驱动机构包括驱动机构动子和驱动机构定子；所述驱动机构动子上设置两个动子定位销，所述驱动机构定子安装在所述工作平台上；在调零过程中，所述万向节带动所述驱动机构动子进行旋转时，所述动子定位销跟随所述驱动机构动子进行运动。

2.根据权利要求1所述的一种利用光栅尺协助测量的驱动机构调零装置，其特征在于：所述万向节上安装了扭簧，扭簧一端连接所述万向节输入端，另一端连接所述万向节输出端。

3.根据权利要求1所述的一种利用光栅尺协助测量的驱动机构调零装置，其特征在于：所述光轴横截面形状为半圆形和矩形的组合形。

4.根据权利要求1所述的一种利用光栅尺协助测量的驱动机构调零装置，其特征在于：所述主滑块的一侧开设方槽口，所述拨杆的一端为球状并置于所述主滑块的方槽口中。

5.根据权利要求1所述的一种利用光栅尺协助测量的驱动机构调零装置，其特征在于：所述驱动机构动子一端对称于驱动机构旋转中心设置两个圆柱状的动子定位销。

6.一种利用光栅尺协助测量的驱动机构调零方法，其特征在于：具体包括如下步骤：

步骤一：调节三个可调支撑台中的可调螺栓使工作平台处于水平；

步骤二：拧松光轴转接块上用于固定光轴的螺丝，使光轴能够进行纵向移动；调节光轴高度直至光电位移传感器能够测量到工作平台的上平面；再拧紧光轴转接块上用于固定光轴的螺丝，使光轴不可纵向移动；

步骤三：驱动第二伺服电机，使光电位移传感器随旋转轴进行转动；光电位移传感器测量出其旋转过程中光电位移传感器与工作平面的距离，并结合第二角度编码器反馈的角度数据，计算光电位移传感器运动到与工作平面的最短距离需要的转动角度；继续驱动第二伺服电机，使光电位移传感器的光束位置直至与工作平台的上平面垂直；

步骤四：拧松光轴转接块上用于固定光轴的螺丝，使光轴能够进行纵向移动；调节光轴高度直至光电位移传感器高于驱动机构顶部；

步骤五：将驱动机构依靠于工作平台上的定位块，放置于工作平台上，以便于安装；将驱动机构动子与旋转控制机构的万向节输出端固定连接；将驱动机构定子用螺丝固定于工作平台上；

步骤六：拧松光轴转接块上用于固定光轴的螺丝，使光轴能够进行纵向移动；调节光轴高度直至光电位移传感器能够测量到驱动机构动子上的两个动子定位销；再拧紧光轴转接块上用于固定光轴的螺丝，使光轴不可纵向移动；

步骤七：驱动直线模组伺服电机，使直线模组滑块带动直线导轨上的主滑块运动；光电位移传感器随着直线导轨上的主滑块做直线运动；同时，根据光栅尺导轨记录光电位移传感器检测到驱动机构动子上两个动子定位销时光栅尺滑块的位置；计算得出驱动机构的实际中心位置，并使光电位移传感器探测光点运动到驱动机构的中心位置；

步骤八：驱动第二伺服电机，第二伺服电机的输出端经过第二减速器放大输出力矩并减小输出转速，带动旋转轴旋转，从而带动旋转轴上的第二角度编码器和光轴转接块进行旋转；光电位移传感器随着旋转轴进行转动，同时第二角度编码器实时反馈实际转动的角度；当光电位移传感器检测到驱动机构动子上的一个动子定位销时，立即停止第二伺服电机并记录光电位移传感器与该动子定位销的距离和第二角度编码器反馈的转动角度；反向驱动第二伺服电机，当光电位移传感器检测到驱动机构动子上的另一个动子定位销时，立即停止第二伺服电机并记录光电位移传感器与该动子定位销的距离和第二角度编码器反馈的转动角度；

步骤九：驱动第二伺服电机，使光电位移传感器探测光点运动到驱动机构的中心位置；

步骤十：计算得出驱动机构调零时动子所需要转动的角度θ，驱动旋转控制机构的第一伺服电机，第一伺服电机的输出端经过第一减速器放大输出力矩并减小输出转速，带动主轴旋转，从而带动主轴上的第一角度编码器和万向节进行旋转；万向节带动驱动机构动子进行旋转，同时第一角度编码器实时反馈万向节实际转动的角度；当第一角度编码器反馈的转动角度为θ，立即停止旋转控制机构的第一伺服电机；

步骤十一：检验驱动机构的机械零位是否达到要求，重复步骤八至步骤十，直至驱动机构的机械零位达到要求；

步骤十二：卸下已完成机械调零的驱动机构，将待机械调零的驱动机构重复步骤五至步骤十一，直至所有驱动机构完成机械调零；

步骤十三：所有物件归位或归零。

7.根据要求1所述的一种利用光栅尺协助测量的驱动机构调零方法，其特征在于：所述步骤十中θ的计算方法如下：在测量过程前，驱动机构的目标机械零位位置为两个动子定位销处于同一水平线，令位于左侧的动子定位销为a，位于右侧的动子定位销为b，在测量过程中，因光栅尺滑块提供的位置数据和光电位移传感器的测量数据均与时间相关，光电位移传感器在测量到两个动子定位销时光栅尺滑块在光栅尺导轨上的绝对位置分别为Xa、Xb，确定光电位移传感器探测光点运动到驱动机构中心位置时，光栅尺滑块的位置为X_o＝(X_a-X_b)/2；光电位移传感器测量并记录了驱动机构动子上两个动子定位销与光电位移传感器的距离，第二角度编码器记录了光电位移传感器从驱动机构中心位置到动子定位销a的转动角度为θ_ab，从动子定位销a到动子定位销b的转动角度为θ_ab，得出光电位移传感器回复到驱动机构中心位置需要转动的角度θ_bo＝θ_ab-θ_oa；设两个动子定位销与光电位移传感器的距离分别为d_a、d_b；得出两个动子定位销转到水平位置，驱动机构动子需要转动的角度

当角度为正时，顺时针转动驱动机构动子；当角度为负时，逆时针转动驱动机构动子。

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