[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

摘要

本发明涉及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，属于机械测量领域，我国在二维大跨距轮对自动化检测领域已经有过应用案例，但均没有较为理想的测量设备。因此，提出一种火车轮对检测装置的高精度二维轴及其动态精度补偿系统。系统结构采用特殊设计的高精度、高稳定性的大理石结构，二维轴系导轨采用直线电机，利用激光干涉仪结合有限元分析，对系统横梁挠度进行高精度测量和二维数学模型的建立，通过对两次单方向位移精度进行补偿和调整，对数学模型的初始状态进行赋值，然后，利用动态补偿技术，对运动状态下的装置横梁进行动态实时挠度补偿，从而实现3米测量范围内，定位精度可达5μm的高精度、大跨距二维联动测量。

主权项

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。