[发明专利]一种基于直流伺服电机的自定心三爪测头及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及几何量测量技术领域,尤其涉及一种基于直流伺服电机的自定心三爪测头及其控制方法。

背景技术

同轴大距离分布孔系在机械传动中应用极为广泛，如飞机襟缝翼连接件、主轴箱体以及大尺寸支承等均属于此类零件。该类零件具有孔数多、孔径小、相邻孔间距小等特点，目前常用的直径和同轴度误差测量方法很难对其进行快速测量,同时也不能保证较高的测量精度。为此，专利号为CN102322825A、发明名称为超长孔系零件同轴度光学测量系统及方法的专利中公开了一种专用的三爪自定心综合测量系统，能够同时实现孔直径尺寸与孔系同轴度误差的测量。

其中，自定心三爪测头采用旋转电机通过联轴器与螺杆螺套相连，驱动锥形杆将三爪顶出。当三爪与孔壁紧密接触时，记录旋转电机转过的脉冲数，结合标准环规的标定结果，即可得到孔的直径尺寸。同时，测头前端的二维PSD位置传感器测量准直激光的光斑位置，再经过坐标变换后可得到当前孔绝对坐标系下的中心坐标。依次完成孔系所有各孔测量后，可拟合评定出孔系的同轴度误差。

在上述测量过程中，接触式测头的测量力会对孔直径和同轴度误差测量结果带来影响。该专利中采用了棘轮机构来对测量力进行控制，控制精度不高。同时，由于采用外接的编码器测量电机转动量，增加了一个联轴器，造成自定心三爪测头长度较大，提高了测头装配难度且操作不便。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中基于棘轮机构进行孔系参数接触式测量的不足，提出一种基于直流伺服电机的自定心三爪测头及其控制方法，有利于提高测量力控制精度和效率，简化测头结构、降低孔系参数测量的操作难度和提高测量精度。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种基于直流伺服电机的自定心三爪测头，包括自定心三爪测头本体、滑动联轴器、直流伺服电机、信号采集模块和控制模块；

所述自定心三爪测头本体的锥形杆通过滑动联轴器与直流伺服电机连接；

所述信号采集模块用于采集直流伺服电机的电枢电流信号和转动量信号，并将这些信号传递给控制模块；

所述控制模块用于控制直流伺服电机的运行和停止。

作为本发明一种基于直流伺服电机的自定心三爪测头进一步的优化方案，所述信号采集模块包含电阻采样电路和旋转编码器，所述电阻采样电路用于采集直流伺服电机的电枢电流信号，所述旋转编码器用于采集直流伺服电机的转动量信号。

作为本发明一种基于直流伺服电机的自定心三爪测头进一步的优化方案，所述控制模块采用DSP控制器和H桥驱动电路，所述DSP控制器通过H桥驱动电路与直流伺服电机相连，所述DSP控制器包含SPI模块、ADC模块和QEP模块，其中，ADC模块、QEP模块与信号采集模块相连，SPI模块与上位机相连。

本发明还公开了一种基于直流伺服电机的自定心三爪测头的控制方法，包含以下步骤：

步骤1），控制模块接收到工作指令后，控制直流伺服电机正转，直流伺服电机通过滑动联轴器带动自定心三爪测头本体的测头三爪伸出；

步骤2），采集模块采集直流伺服电机的电枢电流值和转动量并将其传递给控制模块；

步骤3），控制模块比较采集模块采集的电枢电流值与预先设定的阈值，如果直流伺服电机中的电枢电流值大于等于预先设定的阈值，则控制直流伺服电机停止运转，并且读取此时采集模块采集的直流伺服电机的转动量；

步骤4），当控制模块接收到结束指令时，控制直流伺服电机反转，直流伺服电机通过滑动联轴器带动自定心三爪测头本体的测头三爪缩回。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1. 通过测量直流伺服电机的电枢电流来控制自定心三爪测头，代替了背景技术中的机械式棘轮测力机构，提高了测头的控制速度和精度；

2. 当自定心三爪测头达到一定的测量力时，直流伺服电机中的电枢电流将大于等于预先设定的阈值，此时控制直流伺服电机停止运转，避免了背景技术中棘轮打滑电机空转所造成的电机损耗；

3. 直流伺服电机采用自带的旋转编码器测量电机转动量，并通过滑动联轴器直接与自定心三爪测头本体的锥形杆连接，省去了背景技术中的外接编码器、螺杆螺套以及棘轮机构及其与电机间的联轴器等传动机构，大大简化了测头结构，缩短了测头长度，从而使孔系测量更加方便。

附图说明

图1是本发明的直流伺服电机与自定心三爪测头本体的结构示意图；

图2是直流伺服电机输出扭矩与电枢电流关系曲线图；