本发明属于微小间隙配合精密装配领域，针对动压陀螺电机轴和转子间微小的配合间隙且装配过程中应避免碰撞、划伤或卡滞这一问题，提出了一套精密轴孔配合零件自动装配装置与方法。
背景技术：
航天陀螺仪是控制系统的关键敏感元件,动压陀螺电机是陀螺仪精度的主要决定因素之一,因此制造高精度的动压陀螺电机是十分有意义的，为了使轴承寿命达到10万次起停次数,平均无故障时间达到数万小时,电机轴零件应为非常耐磨的材料,而且电机轴零件的加工精度也非常高,形位公差为0.1-0.9μm,甚至接近于纳米级，电机轴的承载能力跟电机轴工作间隙平方的倒数成正比，因此,电机轴工作间隙越小,电机轴承载能力就越大，从目前国内工艺水平来看,电机轴工作间隙可做到1-2μm,对于这么小的间隙,几颗粒径0.5μm的粒子,就可能使电机轴间隙堵塞、划伤、甚至卡滞，因此电机轴装配工艺技术难度非常高，装配中既要保证装配组件的形位精度，又要保证装配件表面质量。
当前动压陀螺电机轴和转子的装配作业仍然依靠手工方式，装调受人为因素的影响较大，此外，由于偶件之间轴向配合有一定的长度，采用显微机器视觉的方法仅能测量端面的对准偏差，不能保证配合偶件之间轴线的对准，因此，目前的装配方法严重制约产品的组装精度、质量和生产效率，难以满足目前批量生产的需求。
技术实现要素：
本发明要解决的问题是克服现有技术的缺陷，发明了一种精密轴孔配合零件自动装配装置，可以实现配合偶件轴线之间相对位置和姿态偏差的准确测量和精密调整，以及高的对准精度和装配精度。
为了达到上述目的，本发明的具体技术方案如下：
一种精密轴孔配合零件自动装配装置，所述的精密轴孔配合零件自动装配装置包括光学平台1、微位移测量模块、精密调整模块、直线移动装置。
所述的微位移测量模块包括水平面内垂直方向上布置的x轴微位移测量装置和y轴微位移测量装置。所述的x轴微位移测量装置包括支撑架a4、x轴精密位移平台6、位移平台安装板a8、z轴精密位移平台10、位移平台安装立板a12、精密回转平台a13、回转平台安装板a14、传感器安装座a16、x轴微位移传感器17。所述的支撑架a4固定安装在光学平台1上，x轴精密位移平台6固定在支撑架a4的上端面，z轴精密位移平台10通过位移平台安装板a8和位移平台安装立板a12固定安装在x轴精密位移平台6的上端面，精密回转平台a13通过回转平台安装板a14固定在z轴精密位移平台10上，x轴微位移传感器17通过传感器安装座a16固定在精密回转平台a13上。所述的y轴微位移测量装置包括支撑架b34、y轴精密位移平台33、位移平台安装板b32、位移平台安装立板b31、z轴精密位移平台30、精密回转平台b28、回转平台安装板b29、传感器安装座b27、y轴微位移传感器26。所述的支撑架b34固定安装在光学平台1上，y轴精密位移平台33固定在支撑架b34的上端面并与x轴精密位移平台6保持垂直，z轴精密位移平台30通过位移平台安装板b32和位移平台安装立板b31固定安装在y轴精密位移平台33的上端面，精密回转平台b28通过回转平台安装板b29固定在z轴精密位移平台30上，y轴微位移传感器26通过传感器安装座b27固定在精密回转平台a13上。
所述的精密调整模块包括轴类零件夹具11、位移平台安装板c9、y轴精密角位移平台7、x轴精密角位移平台5、y轴精密位移平台35、x轴精密位移平台36。所述的x轴精密位移平台36固定安装在下移动板3上，y轴精密位移平台35安装在x轴精密位移平台36的上端面，x轴精密角位移平台5安装在y轴精密位移平台35上，y轴精密角位移平台7安装在x轴精密角位移平台5上，轴类零件夹具11通过位移平台安装板c9安装在y轴精密角位移平台7的上端面。
所述的直线移动装置包括精密直线步进电机20、法兰盘21、框架固定板22、上移动板23、直线轴承24、导向轴25、孔类零件夹具19、下移动板3、直线轴承37、精密直线步进电机2、导向轴支座38。所述的四根导向轴25分别通过四个导向轴支座38固定安装在光学平台1上，下移动板3通过四个直线轴承37安装在四根导向轴25上，精密直线步进电机2固定安装在光学平台1上，同时精密步进电机2的电机轴通过螺栓与下移动板3连接，上移动板23通过四个直线轴承24安装在四根导向轴25上，框架固定板22安装在四个导向轴25的顶部，并由螺母固定，精密直线步进电机20固定安装在框架固定板22的上方，并通过法兰盘21与上移动板23连接，孔类零件夹具19固定安装在上移动板23的下方，孔类零件夹具19上安装转子18。
上述精密轴孔配合零件自动装配装置进行自动装配的方法，包括以下步骤：
第一步，安装夹紧
将电机轴15通过螺纹连接固定安装在轴类零件夹具11上，转子18通过螺栓固定安装在孔类零件夹具19上；
第二步，姿态偏差测量
首先精密直线步进电机2带动安装在精密调整模块上的电机轴15由初始位置向上移动到测量位置，即装配位置；x轴精密位移平台6和y轴精密位移平台33分别带动x轴微位移传感器17和y轴微位移传感器26向电机轴15移动，直至到达预定位置与电机轴15接触，分别读取x轴微位移传感器17和y轴微位移传感器26的示数并保存。
其次，x轴精密位移平台6和y轴精密位移平台33分别带动x轴微位移传感器17和y轴微位移传感器26向远离电机轴15的方向移动预定的位移；然后z轴精密位移平台10和z轴精密位移平台30分别带动x轴微位移传感器17和y轴微位移传感器26向上移动预定的位移，接下来x轴精密位移平台6和y轴精密位移平台33分别带动x轴微位移传感器17和y轴微位移传感器26向电机轴15移动，直至到达预定位置与电机轴15接触，分别读取x轴微位移传感器17和y轴微位移传感器26的示数并保存；
最后，x轴精密位移平台6和y轴精密位移平台33分别带动x轴微位移传感器17和y轴微位移传感器26返回初始位置；根据x轴微位移传感器17和y轴微位移传感器26两次的测量结果以及两测量点间的距离计算得到电机轴15在x轴和y轴方向上与导向轴线的夹角，即姿态偏差。
第三步，姿态调整
根据电机轴15在x轴和y轴方向上与导向轴线的姿态偏差，通过控制x轴精密角位移平台5和y轴精密角位移平台7的转方向和转角分别对x轴和y轴方向上的姿态偏差进行调整。重复第二步和第三步，直至姿态偏差满足装配精度要求。
第四步，位置误差测量
首先，x轴精密位移平台6和y轴精密位移平台33分别带动x轴微位移传感器17和y轴微位移传感器26向电机轴15移动，直至到达预定位置与电机轴15接触，分别读取x轴微位移传感器17和y轴微位移传感器26的示数并保存；
其次，x轴精密位移平台6和y轴精密位移平台33分别带动x轴微位移传感器17和y轴微位移传感器26向远离电机轴15的方向移动预定的位移，同时精密直线步进电机2带动电机轴15向下移动至初始位置，然后精密回转平台b28和精密回转平台a13均旋转180度，使x轴微位移传感器17和y轴微位移传感器26的测头朝向上方用以测量转子18内孔表面的位置；接下来x轴精密位移平台6和y轴精密位移平台33分别带动x轴微位移传感器17和y轴微位移传感器26向电机轴15移动，直至到达预定位置，然后精密直线步进电机20带动安装在孔类零件夹具19上的转子18向下移动至测量位置，即装配位置，此时x轴微位移传感器17和y轴微位移传感器26的测头与转子18内孔表面接触，分别读取x轴微位移传感器17和y轴微位移传感器26的示数并保存；
最后，精密直线步进电机20带动安装在孔类零件夹具19上的转子18向上移动至初始位置，x轴精密位移平台6和y轴精密位移平台33分别带动x轴微位移传感器17和y轴微位移传感器26向远离电机轴15的方向移动，直至回到初始位置时停止运动；根据x轴微位移传感器17和y轴微位移传感器26两次的测量结果计算电机轴15相对于转子18在x轴和y轴方向上的差值，即位置偏差。
第五步，位置调整
根据电机轴15相对于转子18在x轴和y轴方向上的位置偏差，通过控制x轴精密位移平台6和y轴精密位移平台33的运动方向和位移对x轴和y轴方向上的位置偏差进行调整。
第六步，装配
精密直线步进电机2带动电机轴15向上移动至装配位置时停止，然后精密直线步进电机20带动转子18向下移动至装配位置，电机轴15和转子18的装配位置相同，以保证轴向装配精度，最后过螺栓将电机轴15和转子18连接在一起。
本发明的有益效果是：(1)除了上料外，其余工作均可以实现自动化操作，避免人为因素的不利影响，提高工作效率；(2)装置中的微位移测量模块、精密调整模块和直线移动装置均具有很高的重复定位精度以保证零件的装配精度；(3)采用水平面内垂直方向上布置的两个微位移传感器实现了姿态偏差和位置偏差的精密测量，克服了机器视觉用于零件对准时无法对位姿误差进行测量的不足。
附图说明
图1为被装配件的内部结构示意图；
图2为被装配件的外形图；
图3为装置的整体结构示意图；
图4为微位移测量模块结构示意图；
图5为精密调整模块结构示意图；
图6为直线移动装置结构示意图。
图中：1光学平台；2精密直线步进电机；3下移动板；4支撑架a；5x轴精密角位移平台；6x轴精密位移平台；7y轴精密角位移平台；8位移平台安装板a；9位移平台安装板c；10z轴精密位移平台；11轴类零件夹具；12位移平台安装立板a；13精密回转平台a；14回转平台安装板a；15电机轴；16传感器安装座a；17x轴微位移传感器；18转子；19孔类零件夹具；20直线步进电机；21法兰盘；22框架固定板；23上移动板；24直线轴承；25导向轴；26y轴微位移传感器；27传感器安装座b；28精密回转平台b；29回转平台安装板b；30z轴精密位移平台；31位移平台安装立板b；32位移平台安装板b；33y轴精密位移平台；34支撑架b；35y轴精密位移平台；36x轴精密位移平台；37直线轴承；38导向轴支座。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。
精密轴孔配合零件自动装配装置，包括光学平台1、微位移测量模块、精密调整模块、直线移动装置如图3所示。
所述的微位移测量模块包括水平面内垂直方向上布置的x轴微位移测量装置和y轴微位移测量装置。x轴微位移测量装置包括支撑架a4、x轴精密位移平台6、位移平台安装板a8、z轴精密位移平台10、位移平台安装立板a12、精密回转平台a13、回转平台安装板a14、传感器安装座a16、x轴微位移传感器17。支撑架a4固定安装在光学平台1上，x轴精密位移平台6固定在支撑架a4的上端面，z轴精密位移平台10通过位移平台安装板a8和位移平台安装立板a12固定安装在x轴精密位移平台6的上端面，精密回转平台a13通过回转平台安装板a14固定在z轴精密位移平台10上，x轴微位移传感器17通过传感器安装座a16固定在精密回转平台a13上。y轴微位移测量装置包括支撑架b34、y轴精密位移平台33、位移平台安装板b32、位移平台安装立板b31、z轴精密位移平台30、精密回转平台b28、回转平台安装板b29、传感器安装座b27、y轴微位移传感器26。支撑架b34固定安装在光学平台1上，y轴精密位移平台33固定在支撑架b34的上端面并与x轴精密位移平台6保持垂直，z轴精密位移平台30通过位移平台安装板b32和位移平台安装立板b31固定安装在y轴精密位移平台33的上端面，精密回转平台b28通过回转平台安装板b29固定在z轴精密位移平台30上，y轴微位移传感器26通过传感器安装座b27固定在精密回转平台a13上。
所述的精密调整模块包括轴类零件夹具11、位移平台安装板c9、y轴精密角位移平台7、x轴精密角位移平台5、y轴精密位移平台35、x轴精密位移平台36。x轴精密位移平台36固定安装在下移动板3上，y轴精密位移平台35安装在x轴精密位移平台36的上端面，x轴精密角位移平台5安装在y轴精密位移平台35上，y轴精密角位移平台7安装在x轴精密角位移平台5上，轴类零件夹具11通过位移平台安装板c9安装在y轴精密角位移平台7的上端面。
所述的直线移动装置包括精密直线步进电机20、法兰盘21、框架固定板22、上移动板23、直线轴承24、导向轴25、孔类零件夹具19、下移动板3、直线轴承37、精密直线步进电机2、导向轴支座38。四根导向轴25分别通过四个导向轴支座38固定安装在光学平台1上，下移动板3通过四个直线轴承37安装在四根导向轴25上，精密直线步进电机2固定安装在光学平台1上，同时精密步进电机2的电机轴通过螺栓与下移动板3连接，上移动板23通过四个直线轴承24安装在四根导向轴25上，框架固定板22安装在四个导向轴25的顶部，并由螺母固定，精密直线步进电机20固定安装在框架固定板22的上方，并通过法兰盘21与上移动板23连接，孔类零件夹具19固定安装在上移动板23的下方。
上述精密轴孔配合零件自动装配装置进行自动装配的方法，包括以下步骤：
第一步，安装夹紧
将电机轴15通过螺纹连接固定安装在轴类零件夹具11上，转子18通过螺栓固定安装在孔类零件夹具19上；
第二步，姿态偏差测量
首先精密直线步进电机2带动安装在精密调整模块上的电机轴15由初始位置向上移动到测量位置，即装配位置，然后x轴精密位移平台6和y轴精密位移平台33分别带动x轴微位移传感器17和y轴微位移传感器26向电机轴15移动，直至到达预定位置与电机轴15接触，分别读取x轴微位移传感器17和y轴微位移传感器26的示数并保存；接下来x轴精密位移平台6和y轴精密位移平台33分别带动x轴微位移传感器17和y轴微位移传感器26向远离电机轴15的方向移动预定的位移，然后z轴精密位移平台10和z轴精密位移平台30分别带动x轴微位移传感器17和y轴微位移传感器26向上移动预定的位移，接下来x轴精密位移平台6和y轴精密位移平台33分别带动x轴微位移传感器17和y轴微位移传感器26向电机轴15移动，直至到达预定位置与电机轴15接触，分别读取x轴微位移传感器17和y轴微位移传感器26的示数并保存；x轴精密位移平台6和y轴精密位移平台33分别带动x轴微位移传感器17和y轴微位移传感器26返回初始位置；根据x轴微位移传感器17和y轴微位移传感器26两次的测量结果以及两测量点间的距离计算得到电机轴15在x轴和y轴方向上与导向轴线的夹角，即姿态偏差。
第三步，姿态调整
根据电机轴15在x轴和y轴方向上与导向轴线的姿态偏差，通过控制x轴精密角位移平台5和y轴精密角位移平台7的转方向和转角分别对x轴和y轴方向上的姿态偏差进行调整。重复第二步和第三步，直至姿态偏差满足装配精度要求。
第四步，位置误差测量
x轴精密位移平台6和y轴精密位移平台33分别带动x轴微位移传感器17和y轴微位移传感器26向电机轴15移动，直至到达预定位置与电机轴15接触，分别读取x轴微位移传感器17和y轴微位移传感器26的示数并保存；然后x轴精密位移平台6和y轴精密位移平台33分别带动x轴微位移传感器17和y轴微位移传感器26向远离电机轴15的方向移动预定的位移，同时精密直线步进电机2带动电机轴15向下移动至初始位置，然后精密回转平台b28和精密回转平台a13均旋转180度，使x轴微位移传感器17和y轴微位移传感器26的测头朝向上方用以测量转子18内孔表面的位置；接下来x轴精密位移平台6和y轴精密位移平台33分别带动x轴微位移传感器17和y轴微位移传感器26向电机轴15移动，直至到达预定位置，然后精密直线步进电机20带动安装在孔类零件夹具19上的转子18向下移动至测量位置，即装配位置，此时x轴微位移传感器17和y轴微位移传感器26的测头与转子18内孔表面接触，分别读取x轴微位移传感器17和y轴微位移传感器26的示数并保存；精密直线步进电机20带动安装在孔类零件夹具19上的转子18向上移动至初始位置，x轴精密位移平台6和y轴精密位移平台33分别带动x轴微位移传感器17和y轴微位移传感器26向远离电机轴15的方向移动，直至回到初始位置时停止运动；根据x轴微位移传感器17和y轴微位移传感器26两次的测量结果计算电机轴15相对于转子18在x轴和y轴方向上的差值，即位置偏差。
第五步，位置调整
根据电机轴15相对于转子18在x轴和y轴方向上的位置偏差，通过控制x轴精密位移平台6和y轴精密位移平台33的运动方向和位移对x轴和y轴方向上的位置偏差进行调整。
第六步，装配
精密直线步进电机2带动电机轴15向上移动至装配位置时停止，然后精密直线步进电机20带动转子18向下移动至装配位置，电机轴15和转子18的装配位置相同，以保证轴向装配精度，最后过螺栓将电机轴15和转子18连接在一起。
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利的范围的限制，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。