[發明專利]一種用于機車輪對檢測的大跨距二維聯動補償系統及方法

有效

• 申請號: 201910571213.2
• 申請日: 2019-06-28
• 公開（公告）號: CN110422202B
• 公開（公告）日: 2020-10-23
• 發明（設計）人: 黃雷;李青;陳寧;戰一欣;李棟
• 申請（專利權）人: 吉林省計量科學研究院
• 主分類號: B61K9/12
• 分類號: B61K9/12;G06F30/23;G06F30/17
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 安麗

1.一種用于機車輪對檢測的大跨距二維聯動補償系統，其特征在于，包括：大理石水平橫梁、坦克鏈拖動帶、配有光柵尺的直線電機、支撐柱、X軸、配有光柵尺的Z軸、激光干涉儀、用于裝夾高精度位移傳感器的Z軸裝夾板、位移閉環控制系統和工控機；

大理石水平橫梁作為主橫梁，經過有限元分析后設計出尺寸模型，經過研磨加工后，實現2μm高精度平面度和2μm直線度指標；

坦克鏈拖動帶，與大理石水平橫梁通過連接器連接，起到保護系統線纜和實現跟隨系統移動的作用；

直線電機，作為運動部件載體，和大理石水平橫梁通過精密裝調配合，實現X軸的±5μm定位精度；

支撐柱，采用符合力學原理的鑄鐵結構，與大理石水平橫梁連接，支撐大理石水平橫梁；

X軸，由大理石水平橫梁、坦克鏈拖動帶和直線電機三者組成，實現(0～3000)mm水平位移定位功能；

配有光柵尺的Z軸，通過與X軸連接，實現(0～700)mm垂直位移定位功能；

激光干涉儀，測量水平X軸和垂直軸Z軸的定位誤差，計算出位移補償值，并將補償值輸入到位移閉環控制系統中，同時分別測量水平X軸和垂直Z軸的水平直線度和垂直直線度，通過綜合上述兩軸的定位精度和幾何位置精度，繪制水平X軸和垂直軸Z軸和附加幾何誤差的三維補償表,并將補償值輸入到位移閉環控制系統中；

Z軸裝夾板，安裝到Z軸金屬平板上，其上裝夾2μm精度的位移傳感器，用于測量機車輪對幾何尺寸；

位移閉環控制系統，實現定位精度±5μm的高精度位移控制，通過動態規劃算法實時計算PID參數的方法，對二維軸運動進行了優化協調控制；根據輪對幾何參數測量要求，在測量輪對輪廓尺寸時，通過實時動態調控二維軸定位精度，實現機車輪對端面尺寸和輪廓尺寸的高精度測量；

工控機，屬于上位機，其安裝輪對尺寸測量軟件系統，用于匯總和調度位移閉環控制系統9的數據、高精度位移傳感器數據和安裝在X軸和Z軸內部相關接近開關數據，最終給出輪對尺寸誤差及打印檢測記錄；

安裝在X軸上的導軌通過精密裝配完成后，使用激光干涉儀測量水平X軸和垂直軸Z軸的定位誤差，激光干涉儀計算出位移補償值，并將補償值輸入到位移閉環控制系統中，實現2個軸位移的單軸精度補償；通過激光干涉儀，分別測量水平X軸和垂直軸Z軸的水平直線度和垂直直線度；最后，通過匯總上述兩軸的定位精度和幾何位置精度，繪制水平X軸和垂直軸Z軸和附加幾何誤差的三維補償表；通過位移閉環控制系統中的動態規劃最優算法實時計算PID參數的方法，對二維軸運動進行優化協調控制；根據機車輪對幾何參數測量要求，在測量輪對輪廓尺寸時，通過實時動態調控二維軸定位精度，實現機車輪對端面尺寸和輪廓尺寸的高精度測量。

2.根據權利要求1所述的一種用于機車輪對檢測的大跨距二維聯動補償系統，其特征在于：對于機車輪對測量的有效范圍達3m跨距。

3.根據權利要求1所述的一種用于機車輪對檢測的大跨距二維聯動補償系統，其特征在于：所述的直線電機中，配有示值誤差達MPE:1μm的高精度光柵尺。

4.根據權利要求1所述的一種用于機車輪對檢測的大跨距二維聯動補償系統，其特征在于：所述Z軸有效行程(0～700)mm，采用伺服電機加雙絲杠導軌結構。

5.根據權利要求1所述的一種用于機車輪對檢測的大跨距二維聯動補償系統，其特征在于：配有光柵尺的直線電機和大理石水平橫梁提供大跨距，即3m測量范圍、2μm直線度、2μm平面度和±5μm定位精度的二維聯動平臺，其中大理石水平橫梁通過有限元分析，計算出撓度最小的結構形式；直線電機在水平和垂直直線度、平面度指標上較傳統的機械式導軌具有較大的優勢，通過光柵尺的實時反饋，保證在(0～3000)mm測量時的精度指標。

6.根據權利要求1所述的一種用于機車輪對檢測的大跨距二維聯動補償系統，其特征在于：Z軸裝夾板通過換用不同形式的位移傳感器，對(0～3000)mm的大尺寸機械加工部件進行端度、輪廓、溝痕深度和表面粗糙度的測量。