CN113188528B - 一种适用于微变形自动测量设备的立式z轴滑台 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种适用于微变形自动测量设备的立式Z轴滑台，该滑台包括滑台顶、滑动平台和滑台底。滑台顶的顶部设有步进电机，侧面设有上定位片，底部设有内穿导线的拖链，该拖链的下端固定于滑动平台的底部；滑动平台的底部设有滑块，其上设有工作电路板，四周均布有数个激光头模组；工作电路板上设有光电开关，该工作电路板通过导线与步进电机相连；滑台底上设有水准泡、三个滑轨安装轴套、一个丝杆固定套，其侧面设有下定位片；每个滑轨安装轴套内设有滑轨，该滑轨穿过滑块及滑动平台与滑台顶相连；丝杆固定套内设有滚珠丝杆，该滚珠丝杆穿过滑块及滑动平台与步进电机相连。本发明工作稳定，可通过计算步进电机转动角来精确记录滑台相对位置。
Description
技术领域
本发明涉及测绘测量领域，尤其涉及一种适用于微变形自动测量设备的立式Z轴滑台。
背景技术
青海至拉萨的交通枢纽建设是连接内地和西藏的生命线工程。路基沉降变形量是评价青藏公路、铁路工程稳定性的重要指标。一直以来，人工水准仪监测作为野外变形监测最基本的监测手段，也是现阶段最可靠的，同时，也是成本最高的变形监测手段。
随着科技进步，变形监测也在向自动化监测方向迈开步伐，无人值守的自动化解决方案具有相比人工观测具有明显优势：低成本，低人工干扰误差，高测量精度，高测量频率，可实时在线查看等。在冻土路基沉降变形监测中，技术人员不断尝试通过无人值守的自动化解决方案替代常规水准仪测量手段。而冻土微变形自动监测系统的研发工作也在稳步推进。Z轴滑台作为冻土微变形自动监测系统的核心部件，其工作控制稳定性及精度直接决定了监测系统的稳定性及精度。但目前常规Z轴立式滑台主要有齿条滑台、滚珠丝杠滑台。齿条滑台滑台一般较为笨重，且没有平台高度自动记录功能；滚珠丝杠滑台主要为滑台侧置式双轨滑台。滑台侧置式双轨滑台只具有单侧平台，在变形测量过程中不能适应变形监测设备的应用需求，因此，满足应用需求的专用滑台的设计显得尤为重要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种稳定、精确的适用于微变形自动测量设备的立式Z轴滑台。
为解决上述问题，本发明所述的一种适用于微变形自动测量设备的立式Z轴滑台，其特征在于：该滑台包括连接在一起且均为圆形结构的滑台顶、滑动平台和滑台底；所述滑台顶的顶部设有步进电机，侧面设有上定位片，底部设有内穿导线的拖链，该拖链的下端固定于所述滑动平台的底部；所述滑动平台的底部设有滑块，其上设有工作电路板，四周均布有数个激光头模组；所述工作电路板上设有光电开关，该工作电路板通过所述导线与所述步进电机相连；所述滑台底上分别设有水准泡、三个滑轨安装轴套、一个丝杆固定套，其侧面设有下定位片；每个所述滑轨安装轴套内设有滑轨，该滑轨穿过所述滑块及所述滑动平台与所述滑台顶相连；所述丝杆固定套内设有滚珠丝杆，该滚珠丝杆穿过所述滑块及所述滑动平台与所述步进电机相连。
所述步进电机、所述上定位片、所述拖链分别通过螺丝Ⅰ与所述滑台顶固定连接。
所述工作电路板与所述滑动平台相匹配，并通过铜柱螺丝固定在所述滑动平台上。
所述滑动平台通过螺丝Ⅱ安装在所述滑块上。
所述滑台底与三个所述滑轨安装轴套及一个所述丝杆固定套采用过盈配合结构，且三个所述滑轨安装轴套均匀设置在所述丝杆固定套的四周。
所述滑台底分别通过螺丝Ⅲ与所述水准泡和所述下定位片相连。
所述滑轨的底部采用过盈配合结构安装于所述滑轨安装轴套中。
所述滑块通过石墨轴套与所述滑轨相连，该石墨轴套与所述滑块采用过盈配合固定。
所述滚珠丝杆的上端穿过所述滑块及所述滑动平台通过联轴器与所述步进电机相连，其下端设有橡胶圈，该橡胶圈与所述丝杆固定套宽松配合。
所述滑块通过螺丝Ⅳ安装在滚珠丝杆螺母上与所述滚珠丝杆相连。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明采用三轴立式设计，在竖向运动中，相比常见双轨滑台具有更高稳定性。
2、本发明中滑台顶、滑动平台、滑台底均为圆形结构，避免了常见双轨滑台重心不在结构中心导致的抖动，进一步保证其竖向运动稳定性，同时可各个方向均匀布设测量激光头模组，适应监测应用需求。
3、本发明在工作电路板和步进电机的控制下，实现滑台在滑轨上竖向运动；同时在光电开关与上下定位片协同工作下，可通过计算步进电机转动角来精确记录滑台相对位置，为冻土微变形测量仪器研发提供了重要的技术支撑。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的主视图。
图3为本发明中滑动平台的示意图。
图4为本发明中滑动平台的侧视图。
图5为本发明A-A剖视图。
图中：1—步进电机；2—滑台顶；3—上定位片；4—联轴器；5—滚珠丝杆；6—滑轨；7—拖链；8—工作电路板；9—光电开关；10—石墨轴套；11—激光头模组；12—滑动平台；13—滑块；14—滚珠丝杆螺母；15—橡胶圈；16—滑轨安装轴套；17—丝杆固定套；18—水准泡；19—下定位片；20—滑台底。
具体实施方式
如图1~5所示，一种适用于微变形自动测量设备的立式Z轴滑台，该滑台包括连接在一起且均为圆形结构的滑台顶2、滑动平台12和滑台底20。
滑台顶2的顶部设有步进电机1，侧面设有上定位片3，底部设有内穿导线的拖链7，该拖链7的下端固定于滑动平台12的底部；滑动平台12的底部设有滑块13，其上设有工作电路板8，四周均布有数个激光头模组11；工作电路板8上设有光电开关9，该工作电路板8通过导线与步进电机1相连；滑台底20上分别设有水准泡18、三个滑轨安装轴套16、一个丝杆固定套17，其侧面设有下定位片19；每个滑轨安装轴套16内设有滑轨6，该滑轨6穿过滑块13及滑动平台12与滑台顶2相连，组成主体结构滑动轨道；丝杆固定套17内设有滚珠丝杆5，该滚珠丝杆5穿过滑块13及滑动平台12与步进电机1相连。
其中：步进电机1、上定位片3、拖链7分别通过螺丝Ⅰ与滑台顶2固定连接。
工作电路板8与滑动平台12相匹配，为配合滑动平台12采用异性结构设计，并通过铜柱螺丝按一定高度固定在滑动平台12上。
滑动平台12通过螺丝Ⅱ安装在滑块13上。
滑台底20与三个滑轨安装轴套16及一个丝杆固定套17采用过盈配合结构，且三个滑轨安装轴套16均匀设置在丝杆固定套17的四周。
滑台底20分别通过螺丝Ⅲ与水准泡18和下定位片19相连。
滑轨6的底部采用过盈配合结构安装于滑轨安装轴套16中。
滑块13通过石墨轴套10与滑轨6相连，该石墨轴套10与滑块13采用过盈配合固定。
滚珠丝杆5的上端穿过滑块13及滑动平台12通过联轴器4与步进电机1相连，其下端设有橡胶圈15，该橡胶圈15与丝杆固定套17宽松配合，一定程度上降低丝杆转动过程中的震动，提高容错率。
滑块13通过螺丝Ⅳ安装在滚珠丝杆螺母14上与滚珠丝杆5相连。
工作原理：
工作电路板8自动控制步进电机1的转动，带动滑块13及滑动平台12在滑轨6上竖向运动。在预定位置，上定位片3和下定位片19会分别遮挡光电开关9，以确定滑动平台12上下运行初始位置。工作电路板8系统软件会根据步进电机1的转动角精确计算滑动平台12与初始位置之间的实时相对位置。
安装调试方法：
第一步：组装滑台底座、滑轨6及相连零件。
将水准泡18、滑轨安装轴套16、丝杆固定套17、下定位片19安装在滑台底20上。滑台底20与三个滑轨安装轴套16及丝杆固定套17采用过盈配合结构，下定位片19及水准泡18螺丝固定在滑台底20。三根滑轨6底部采用过盈配合结构安装于滑轨安装轴套16中，调整滑轨6安装配合精度。
第二步：组装滑台装配体。
用力完成石墨轴套10与滑块13过盈配合。固定滑动平台12于滑块13上，装配工作电路板8于滑动平台12上，装配滑块13与滚珠丝杆螺母14固定，滚珠丝杆5与滚珠丝杆螺母14之间为套装结构。
第三步：滑台装配体与滚珠丝杆5装配。
三根滑轨6分别对正滑台装配体上的石墨轴套10，滚珠丝杆5的下端橡胶圈15对正丝杆固定套17，轻松放入后完成装配。装配完成可使滑台装配体能够在重力作用下自由下降。
第四步：装配滑台顶装配体。
步进电机1、上定位片3与滑台顶2之间通过螺丝固定。步进电机1机头安装联轴器4。联轴器4对正滚珠丝杆5上端，滑台顶2的孔位对正滑轨6与主体完成装配。
第五步：装配拖链7。
将用于工作电路板8与步进电机1连接通讯的导线穿过拖链7，拖链7上端与滑台顶固定，拖链7穿过滑台装配体开孔，拖链7下端与固定于滑动平台12下侧。
第六步：装配激光头模组11。
根据实际需求，将数个激光头组件11安装滑台上，将其与工作电路板8连接完成装配。
第七步：设备调试。
手动旋转联轴器4，使滚珠丝杆5转动，滑台上下滑动，确保滑台到达极限位置时上定位片3和下定位片19能够穿过光电开关9。
第八步：设备测试。
滑台安装在测试台，接通电源，控制滑台上下运行查看限位功能是否正常。滑台运行至中部，在约30米位置固定反光片与激光头发射光对正，运行滑台查看激光点位是否抖动，运行过程中滑台是否流畅平稳并查看测试数据是否稳定。
Claims (8)
1.一种适用于微变形自动测量设备的立式Z轴滑台，其特征在于：该滑台包括连接在一起且均为圆形结构的滑台顶（2）、滑动平台（12）和滑台底（20）；所述滑台顶（2）的顶部设有步进电机（1），侧面设有上定位片（3），底部设有内穿导线的拖链（7），该拖链（7）的下端固定于所述滑动平台（12）的底部；所述滑动平台（12）的底部设有滑块（13），其上设有工作电路板（8），四周均布有数个激光头模组（11）；所述工作电路板（8）上设有光电开关（9），该工作电路板（8）通过所述导线与所述步进电机（1）相连；所述滑台底（20）上分别设有水准泡（18）、三个滑轨安装轴套（16）、一个丝杆固定套（17），其侧面设有下定位片（19）；每个所述滑轨安装轴套（16）内设有滑轨（6），该滑轨（6）穿过所述滑块（13）及所述滑动平台（12）与所述滑台顶（2）相连；所述丝杆固定套（17）内设有滚珠丝杆（5），该滚珠丝杆（5）穿过所述滑块（13）及所述滑动平台（12）与所述步进电机（1）相连；所述工作电路板（8）与所述滑动平台（12）相匹配，并通过铜柱螺丝固定在所述滑动平台（12）上；所述滑台底（20）与三个所述滑轨安装轴套（16）及一个所述丝杆固定套（17）采用过盈配合结构，且三个所述滑轨安装轴套（16）均匀设置在所述丝杆固定套（17）的四周。
2.如权利要求1所述的一种适用于微变形自动测量设备的立式Z轴滑台，其特征在于：所述步进电机（1）、所述上定位片（3）、所述拖链（7）分别通过螺丝Ⅰ与所述滑台顶（2）固定连接。
3.如权利要求1所述的一种适用于微变形自动测量设备的立式Z轴滑台，其特征在于：所述滑动平台（12）通过螺丝Ⅱ安装在所述滑块（13）上。
4.如权利要求1所述的一种适用于微变形自动测量设备的立式Z轴滑台，其特征在于：所述滑台底（20）分别通过螺丝Ⅲ与所述水准泡（18）和所述下定位片（19）相连。
5.如权利要求1所述的一种适用于微变形自动测量设备的立式Z轴滑台，其特征在于：所述滑轨（6）的底部采用过盈配合结构安装于所述滑轨安装轴套（16）中。
6.如权利要求1所述的一种适用于微变形自动测量设备的立式Z轴滑台，其特征在于：所述滑块（13）通过石墨轴套（10）与所述滑轨（6）相连，该石墨轴套（10）与所述滑块（13）采用过盈配合固定。
7.如权利要求1所述的一种适用于微变形自动测量设备的立式Z轴滑台，其特征在于：所述滚珠丝杆（5）的上端穿过所述滑块（13）及所述滑动平台（12）通过联轴器（4）与所述步进电机（1）相连，其下端设有橡胶圈（15），该橡胶圈（15）与所述丝杆固定套（17）宽松配合。
8.如权利要求1所述的一种适用于微变形自动测量设备的立式Z轴滑台，其特征在于：所述滑块（13）通过螺丝Ⅳ安装在滚珠丝杆螺母（14）上与所述滚珠丝杆（5）相连。
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