[发明专利]一种用于机车轮对检测的大跨距二维联动补偿系统及方法

权利要求书

1.一种用于机车轮对检测的大跨距二维联动补偿系统，其特征在于，包括：大理石水平横梁、坦克链拖动带、配有光栅尺的直线电机、支撑柱、X轴、配有光栅尺的Z轴、激光干涉仪、用于装夹高精度位移传感器的Z轴装夹板、位移闭环控制系统和工控机；

大理石水平横梁作为主横梁，经过有限元分析后设计出尺寸模型，经过研磨加工后，实现2μm高精度平面度和2μm直线度指标；

坦克链拖动带，与大理石水平横梁通过连接器连接，起到保护系统线缆和实现跟随系统移动的作用；

直线电机，作为运动部件载体，和大理石水平横梁通过精密装调配合，实现X轴的±5μm定位精度；

支撑柱，采用符合力学原理的铸铁结构，与大理石水平横梁连接，支撑大理石水平横梁；

X轴，由大理石水平横梁、坦克链拖动带和直线电机三者组成，实现(0～3000)mm水平位移定位功能；

配有光栅尺的Z轴，通过与X轴连接，实现(0～700)mm垂直位移定位功能；

激光干涉仪，测量水平X轴和垂直轴Z轴的定位误差，计算出位移补偿值，并将补偿值输入到位移闭环控制系统中，同时分别测量水平X轴和垂直Z轴的水平直线度和垂直直线度，通过综合上述两轴的定位精度和几何位置精度，绘制水平X轴和垂直轴Z轴和附加几何误差的三维补偿表,并将补偿值输入到位移闭环控制系统中；

Z轴装夹板，安装到Z轴金属平板上，其上装夹2μm精度的位移传感器，用于测量机车轮对几何尺寸；

位移闭环控制系统，实现定位精度±5μm的高精度位移控制，通过动态规划算法实时计算PID参数的方法，对二维轴运动进行了优化协调控制；根据轮对几何参数测量要求，在测量轮对轮廓尺寸时，通过实时动态调控二维轴定位精度，实现机车轮对端面尺寸和轮廓尺寸的高精度测量；

工控机，属于上位机，其安装轮对尺寸测量软件系统，用于汇总和调度位移闭环控制系统9的数据、高精度位移传感器数据和安装在X轴和Z轴内部相关接近开关数据，最终给出轮对尺寸误差及打印检测记录；

安装在X轴上的导轨通过精密装配完成后，使用激光干涉仪测量水平X轴和垂直轴Z轴的定位误差，激光干涉仪计算出位移补偿值，并将补偿值输入到位移闭环控制系统中，实现2个轴位移的单轴精度补偿；通过激光干涉仪，分别测量水平X轴和垂直轴Z轴的水平直线度和垂直直线度；最后，通过汇总上述两轴的定位精度和几何位置精度，绘制水平X轴和垂直轴Z轴和附加几何误差的三维补偿表；通过位移闭环控制系统中的动态规划最优算法实时计算PID参数的方法，对二维轴运动进行优化协调控制；根据机车轮对几何参数测量要求，在测量轮对轮廓尺寸时，通过实时动态调控二维轴定位精度，实现机车轮对端面尺寸和轮廓尺寸的高精度测量。

2.根据权利要求1所述的一种用于机车轮对检测的大跨距二维联动补偿系统，其特征在于：对于机车轮对测量的有效范围达3m跨距。

3.根据权利要求1所述的一种用于机车轮对检测的大跨距二维联动补偿系统，其特征在于：所述的直线电机中，配有示值误差达MPE:1μm的高精度光栅尺。

4.根据权利要求1所述的一种用于机车轮对检测的大跨距二维联动补偿系统，其特征在于：所述Z轴有效行程(0～700)mm，采用伺服电机加双丝杠导轨结构。

5.根据权利要求1所述的一种用于机车轮对检测的大跨距二维联动补偿系统，其特征在于：配有光栅尺的直线电机和大理石水平横梁提供大跨距，即3m测量范围、2μm直线度、2μm平面度和±5μm定位精度的二维联动平台，其中大理石水平横梁通过有限元分析，计算出挠度最小的结构形式；直线电机在水平和垂直直线度、平面度指标上较传统的机械式导轨具有较大的优势，通过光栅尺的实时反馈，保证在(0～3000)mm测量时的精度指标。

6.根据权利要求1所述的一种用于机车轮对检测的大跨距二维联动补偿系统，其特征在于：Z轴装夹板通过换用不同形式的位移传感器，对(0～3000)mm的大尺寸机械加工部件进行端度、轮廓、沟痕深度和表面粗糙度的测量。