一种具有嵌入式运动误差测量系统的多层伸缩机构技术方案

本发明专利技术一种具有嵌入式运动误差测量系统的多层伸缩机构，工作过程为：当其中一层伸缩板线性移动时，四自由度误差测量模块测量出该段伸缩板在该位置处相对于基准位置产生的四个自由度误差；光栅测距模块中读数头读出该层光栅尺相对读数头的移动距离，并根据四个自由度运动误差确定本层伸缩机构在X方向相对于本层读数头的实际位移；中间伸缩层按同样道理分析各层沿X方向的实际相对于各层读数头的位移；各层X方向相对位移叠加，进而可以确定最上层伸缩层末端执行器的X方向实际位移；根据最上层机构中四自由度测量装置的测量数据及末端相对于测量装置的距离，确定末端在Y和Z两个方向的相对位置变化，最终计算出末端执行器的位置误差。位置误差。位置误差。

【技术实现步骤摘要】
一种具有嵌入式运动误差测量系统的多层伸缩机构


[0001]本专利技术属于精密测量
，具体涉及一种具有嵌入式误差测量系统的多层伸缩机构。

技术介绍

[0002]伸缩机构广泛应用于工业中，如机器人、自动化装备等领域。但是由于伸缩机构的加工工艺和装配过程中不可避免存在偏差，此外，伸缩机构受重力作用会导致各个接连部分受力发生变形，进而导致当伸缩机构运动时，其末端执行机构产生六个自由度的几何误差，进而影响其应用于高精度场合。如图1所示，导轨运动误差分别是：沿伸缩方向(x轴)的位置误差、垂直于伸缩方向(y轴和z轴)的两个位置误差和三个绕三个轴(x轴、y轴和z轴)转动的角度误差。上述误差同样适合于伸缩机构末端执行机构处的运动精度分析，多段伸缩机构的误差会累积，最终造成伸缩机构末端执行器实际位置与理想位置相差较大。因此，精确在线测量多段伸缩机构末端执行器位置偏差，进而对其进行误差补偿具有重要意义。

技术实现思路

[0003]针对上述问题，本专利技术提出了一种具有嵌入式误差测量系统的多层伸缩机构，机构采用多个线性导轨及连接机构组成；测量系统通过实时分别测量每段伸缩层的多自由度运动误差，并根据各层相对位置关系，建立空间关联模型，确定伸缩机构的末端执行器位置偏差。
[0004]本专利技术的技术方案：
[0005]一种具有嵌入式运动误差测量系统的多层伸缩机构，包括四自由度误差测量模块、光栅测距模块和多段线性伸缩机构。
[0006]所述的四自由度误差测量模块包括半导体激光器安装架、多个数量相同的半导体激光器和四自由度误差测量装置。
[0007]所述的半导体激光器安装架包括基座和多个调整架，所述的基座为多层结构，基座的层数和调整架的数量与半导体激光器的数量相同，分别通过调整架将多个半导体激光器安装在基座的每一层上。
[0008]所述的多段线性伸缩机构包括多层伸缩板和末端执行器，伸缩板的层数比与半导体激光器的数量多一个；其中，最下层伸缩板的前端固定在基座的侧面，最下层伸缩板的上表面、最上层伸缩板的下表面以及中层各层伸缩板的上下表面均设有导轨和滑块；最下层伸缩板固定不动，其余每一层的伸缩板均可沿其下一层的伸缩板的上表面滑动，从而实现多段线性伸缩。
[0009]所述的光栅测距模块包括数量与半导体激光器相同的多个读数头、读数头底座和光栅尺；所述的光栅尺分别安装在除最下层伸缩板之外其余各层伸缩板的侧面，所述的读数头底座分别安装在除最上层伸缩板之外其余各层伸缩板的尾端，每个读数头底座上安装有一个读数头；光栅测距模块用于测量多段线性伸缩机构中的每层伸缩板的伸缩距离。
[0010]所述的四自由度误差测量装置分别安装在每层伸缩板上，起始位置作为基准位置，四自由度误差测量装置分别位于每一层的半导体激光器的正前方；当该层伸缩板线性移动时，四自由度误差测量模块测量出该段伸缩板在该位置处相对于基准位置产生的四个自由度误差；光栅测距模块中读数头读出该层光栅尺相对读数头的移动距离，并根据四个自由度运动误差确定本层伸缩机构在X方向相对于本层读数头的实际位移；若伸缩机构存在多个中间伸缩层，可按同样道理分析各层沿X方向的实际相对于各层读数头的位移；各层X方向相对位移叠加，进而可以确定最上层伸缩层末端执行器的X方向实际位移；根据最上层机构中四自由度测量装置的测量数据及末端相对于测量装置的距离，可以确定末端在Y和Z两个方向的相对位置变化，最终可以计算出多层伸缩机构末端执行器的位置误差。
[0011]本专利技术的有益效果：该伸缩机构内部嵌入四自由度误差测量装置，结构简单、成本低、易于集成，并可以有效测量伸缩机构末端位置偏差，为后期应用于精密设备提供误差补偿方案。
附图说明
[0012]图1为伸缩机构移动过程中产生的运动误差示意图；其中：δ
X
、δ
Y
和δ
Z
分别为X、Y和Z方向上的位置误差；ε
X
、ε
Y
和ε
Z
分别为绕X、Y和Z三个轴转动的角度误差。
[0013]图2为本专利技术实施例中具有嵌入式误差测量系统的多层伸缩机构示意图。
[0014]图3为本专利技术实施例中四自由度误差测量模块示意图；
[0015]图4为本专利技术实施例中具有嵌入式运动误差测量系统的多层伸缩机构移动中产生偏差示意图；其中：A为基准位置，D为伸缩机构末端位置；L1为中层伸缩板伸长长度；L2为上层伸缩板伸长长度；L3为上层伸缩板末端相对测量装置的距离；ε
Y1
为下层伸缩板绕y轴旋转角度；ε
Y2
为上层伸缩板绕y轴旋转角度。
[0016]图中：1第一半导体激光器；2第二半导体激光器；3调整架；4第二光束；5第一光束；6第一四自由度误差测量装置；7第二四自由度误差测量装置；8上层伸缩板；9光栅尺；10第二读数头；11读数头底座；12第一读数头；13下层伸缩板；14基座；15分光棱镜；16第一PSD位置传感器；17聚焦透镜；18第二PSD位置传感器；19中层伸缩板；20末端执行器。
具体实施方式
[0017]为了便于理解和实施本专利技术，下面结合附图及实例对本专利技术作进一步的详细描述。
[0018]如图2所示，本实施例中设计了一种具有嵌入式误差测量系统的三层伸缩机构，包括四自由度误差测量模块、多段线性伸缩机构和光栅测距模块。四自由度误差测量模块包括半导体激光器安装架、两个半导体激光器和两个四自由度误差测量装置。
[0019]半导体激光器安装架作为固定端，包括基座14和两个调整架3，基座14为上下两层结构，分别通过调整架3将第一半导体激光器1和第二半导体激光器2安装在基座14的上下两层上。
[0020]多段线性伸缩机构包括下层伸缩板13、中层伸缩板19和上层伸缩板8以及末端执行器20；下层伸缩板13的前端固定在基座14的侧面；下层伸缩板13的上表面、上层伸缩板8的下表面以及中层伸缩板19的上下表面均设有导轨和滑块；中层伸缩板19安装在下层伸缩
板13的上表面，上层伸缩板8安装在中层伸缩板19的上表面，中层伸缩板19沿下层伸缩板13的上表面滑动，上层伸缩板8沿中层伸缩板19的上表面滑动，从而实现伸缩。
[0021]所述的光栅测距模块包括第一读数头12、第二读数头10、两个读数头底座11和两个光栅尺9；两个光栅尺9分别安装在中层伸缩板19和上层伸缩板8的侧面，两个读数头底座11分别安装在下层伸缩板13和中层伸缩板19的尾端，第一读数头12和第二读数头10分别安装在两个读数头底座11上；光栅测距模块用于测量多段线性伸缩机构中的中层伸缩板19和上层伸缩板8的伸缩距离。
[0022]每个四自由度误差测量装置作为移动端，包括分光棱镜15、第一PSD位置传感器16、聚焦透镜17和第二PSD位置传感器18，第一四自由度误差测量装置6和第二四自由度误差测量装置7分别安装在中层伸缩板19和上层伸缩板8的前端；四自由度误差测量装置随多段线性伸缩机构进行直线运动。伸缩机构本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有嵌入式运动误差测量系统的多层伸缩机构，其特征在于，所述的多层伸缩机构包括四自由度误差测量模块、光栅测距模块和多段线性伸缩机构；所述的四自由度误差测量模块包括半导体激光器安装架、多个数量相同的半导体激光器和四自由度误差测量装置；所述的半导体激光器安装架包括基座和多个调整架，所述的基座为多层结构，基座的层数和调整架的数量与半导体激光器的数量相同，分别通过调整架将多个半导体激光器安装在基座的每一层上；所述的多段线性伸缩机构包括多层伸缩板和末端执行器，伸缩板的层数比与半导体激光器的数量多一个；其中，最下层伸缩板的前端固定在基座的侧面，最下层伸缩板的上表面、最上层伸缩板的下表面以及中层各层伸缩板的上下表面均设有导轨和滑块；最下层伸缩板固定不动，其余每一层的伸缩板均可沿其下一层的伸缩板的上表面滑动，从而实现多段线性伸缩；所述的光栅测距模块包括数量与半导体激光器相同的多个读数头、读数头底座和光栅尺；所述的光栅尺分别安装在除最下层伸缩板之外其余各层伸缩板...

【专利技术属性】
技术研发人员：娄志峰，林钰淇，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：