精密减速器检测仪测角系统校准装置的制作方法

本实用新型涉及精密检测计量以及标定校准技术，特别涉及一种精密减速器检测仪测角系统校准装置。

背景技术：

精密减速器广泛应用于国民经济及国防工业的各个领域，随着工业自动化技术的发展，在航空、卫星、医疗、军事科技、电子设备、机器人等自动化设备的应用需求逐渐提高，减速器的传动效率、负载能力及精度等级等严重影响整体系统的工作精度和使用寿命，因此，对减速器性能的精密检测变得尤为重要。

角度测量作为减速器性能检测中的关键技术参数，决定着减速器扭转刚度、空程、背隙及传动误差等关键性能参数的测量精度。在减速器检测仪中，采用圆光栅作为测角元件，将圆光栅串联至测量轴系中，与被测减速器同轴且同步转动，通过读数头读出圆光栅转动角度，实现对减速器的角度测量。虽然圆光栅自身精度较高，但在装配过程中会引入安装误差，例如圆光栅偏心误差、倾斜误差等将使角度测量系统精度降低，因此需要采用角度标准件进行校准。由于多面棱体测量精度较高且结构简单，多采用多面棱体进行角度校准，需要使多面棱体与圆光栅同轴转动。由于某些测量环境限制，例如需要使多面棱体悬挂测量时，对多面棱体的安装提出较高要求。并且，多面棱体所测数据局限于棱体工作面数，仅在采样点处具有高的校准效果，其他角度位置上的校准效果大打折扣。

因此需要一种能够准确的方法对精密减速器检测仪进行角度测量校准，提高测角系统的测量精度。

技术实现要素：

本实用新型的目的是解决现有测角系统校准方法的不足，提供一种可靠的多面棱体安装结构和增加多面棱体采样点数的方法。通过安装结构和测量方法的改进，本实用新型能够准确的对精密减速器检测仪进行角度测量校准，有效的提高测角系统的测量精度。

本实用新型所采用的技术方案是：一种精密减速器检测仪测角系统校准装置，用于精密减速器检测仪的高速端测量系统和低速端测量系统的角度校准，包括：

多面棱体，用于所述高速端测量系统和所述低速端测量系统的角度校准；

多齿分度台，所述多齿分度台与所述多面棱体固定连接，用于使所述多面棱体与所述高速端测量系统的圆光栅和所述低速端测量系统的圆光栅发生设定角度移动；

光电自准直仪，所述光电自准直仪与所述多面棱体相对布置，用于读取角度值；以及，

安装结构，用于将所述多面棱体和所述多齿分度台安装在精密减速器检测仪的高速端输出轴或低速端输入轴上。

进一步地，所述安装结构包括能使所述多齿分度台与所述多面棱体悬挂固定在精密减速器检测仪高速端上的膨胀元件、用于使所述膨胀元件与所述多面棱体和所述多齿分度台相连接的安装件、用于夹紧所述多面棱体和所述多齿分度台的大圆螺母；

所述膨胀元件包括依次连接的膨胀套管、第一接触平台和方形夹持部分；所述膨胀套管的外壁呈圆柱形、内壁为圆锥面，所述膨胀套管的外壁与所述高速端输出轴相配合，所述膨胀套管的上部侧壁上开设有若干个利于所述膨胀套管发生变形的长方形开口；所述方形夹持部分的中心设有贯穿螺纹孔；

所述安装件的顶部设置有用于连接所述膨胀元件的第一接触平台的第二接触平台；所述安装件的中部设置有轴肩定位，所述轴肩定位的上端面上设置有用于与所述低速端输入轴的渐开线内花键齿顶圆相配合的柱面；所述多齿分度台和所述多面棱体固定连接后共同套设在所述安装件的外部并位于所述轴肩定位的下方，所述轴肩定位的下端面与所述多齿分度台的上端面接触，用于限定所述多齿分度台和所述多面棱体的轴向位置；所述安装件的尾部设置有外螺纹，所述大圆螺母从所述安装件尾部的外螺纹旋入夹紧所述多齿分度台和所述多面棱体。

其中，在对所述高速端测量系统进行校准时，所述多面棱体需安装在高速端输出轴工位上，此时，所述膨胀元件的第一接触平台的上端面与所述高速端输出轴的下端面贴合接触实现轴向定位，所述安装件的第二接触平台与所述膨胀元件的第一接触平台连接；采用螺栓通过所述方形夹持部分的贯穿螺纹孔旋入所述膨胀元件，所述螺栓在向上旋进时接触所述膨胀套管的内壁，使所述膨胀套管呈开花式向外侧发生变形，与所述高速端输出轴的渐开线内花键齿顶圆相接触，由所述膨胀套管的外壁挤压变形产生的与所述高速端输出轴的渐开线内花键齿顶圆之间的摩擦力将测角系统校准装置与所述高速端输出轴连接在一起。

其中，在对所述低速端测量系统进行校准时，所述多面棱体需安装在低速端输入轴工位上，此时，通过所述安装件的轴肩定位上的柱面与所述低速端输入轴的渐开线内花键齿顶圆相配合，所述安装件的轴肩定位远离所述多齿分度台的端面与所述低速端输入轴的上端面接触，形成止口配合，保证所述多面棱体与所述低速端测量系统的圆光栅的同轴度；同时，通过测角系统校准装置的自重保证测角系统校准装置与所述低速端输入轴端面之间具有摩擦力，使所述多面棱体与所述低速端输入轴不会产生相对转动。

其中，所述膨胀套管的圆锥面内壁的直径从下至上逐渐减小。

其中，所述膨胀元件的第一接触平台上开设有用于与所述安装件的第二接触平台连接的贯穿连接螺纹孔，通过所述贯穿连接螺纹孔将所述膨胀元件与所述安装件连为一体；所述贯穿连接螺纹孔设置有多个，沿圆周方向等间距分布。

其中，所述膨胀元件的第一接触平台的外径大于所述高速端输出轴的渐开线内花键齿顶圆的内径，且，小于所述低速端输入轴的渐开线内花键齿顶圆的内径；所述安装件的第二接触平台的外径小于所述低速端输入轴的渐开线内花键齿顶圆的内径。

本实用新型的有益效果是：本精密减速器检测仪测角系统校准装置中的安装方案能够有效避免安装间隙出现，不对角度传递产生附加误差，安装精度较高，能够保证多面棱体与圆光栅的同轴度，且配合牢固可靠，有利于保证校准精度。本测量方案还使测量点不局限于多面棱体的工作面上，具有较好的全局校准效果，解决了其他应用多面棱体测补的方法仅在误差标本采样点有校准效果，在非采样点无效的问题。

附图说明

图1为精密减速器检测仪整机及测角系统校准装置示意图；

图2为测角系统校准装置在高速端安装方式示意图；

图3为测角系统校准装置在低速端安装方式示意图；

图4为膨胀元件结构示意图；

图5为膨胀元件剖面示意图；

图6为安装件结构示意图；

图7为多面棱体、多齿分度台与膨胀元件连接示意图。

附图标注：1、测角系统校准装置，2、驱动电机，3、高速端测量系统，4、高速端输出轴，5、膨胀元件，6、安装件，7、多齿分度台，8、多面棱体，9、光电自准直仪，10、低速端输入轴，11、低速端测量系统，12、负载电机，13、大圆螺母，14、膨胀套管，15、第一接触平台，16、方形夹持部分。

具体实施方式

为能进一步了解本实用新型的实用新型内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

本实用新型所涉及的精密减速器检测仪，如图1所示，包括高速端部分、低速端部分、数据采集系统和控制系统。所述高速端部分包括用于带动被测减速器工作的驱动电机2、用于测量被测减速器输入端性能参数的高速端测量系统3、用于与被测减速器相连接的高速端输出轴4。所述低速端部分包括用于承载和反向驱动的负载电机12、用于测量被测减速器输出端性能参数的低速端测量系统11、用于与被测减速器相连接的低速端输入轴10。所述数据采集系统用于采集所述高速端测量系统3和所述低速端测量系统11的角度测量数据并进行处理。所述控制系统用于控制所述驱动电机2、负载电机12和数据采集系统。其中，所述高速端测量系统3和所述低速端测量系统11均包括圆光栅和双读数头。

如图1至图3所示，一种精密减速器检测仪测角系统校准装置，包括用于角度校准的多面棱体8、用于能使所述多面棱体8与所述高速端测量系统3的圆光栅和所述低速端测量系统11的圆光栅发生设定角度移动的多齿分度台7、用于读取角度值的光电自准直仪9、以及用于将所述多面棱体8和所述多齿分度台7安装在精密减速器检测仪的高速端输出轴4或低速端输入轴10上的安装结构。其中，所述多齿分度台7与所述多面棱体8固定连接；所述光电自准直仪9与所述多面棱体8相对布置；所述安装结构包括能使所述多齿分度台7与所述多面棱体8悬挂固定在精密减速器检测仪高速端上的膨胀元件5、用于使所述膨胀元件5与所述多面棱体8和所述多齿分度台7相连接的安装件6、用于夹紧所述多面棱体8和所述多齿分度台7的大圆螺母13。

如图4和图5所示，所述膨胀元件5包括依次连接的膨胀套管14、第一接触平台15和方形夹持部分16。所述膨胀套管14的外壁呈圆柱形、内壁为圆锥面，内壁直径从下至上逐渐减小；所述膨胀套管14的外壁与所述高速端输出轴4相配合，所述膨胀套管14的上部侧壁上开设有若干个利于所述膨胀套管14发生变形的长方形开口。所述膨胀元件5的第一接触平台15上开设有用于与所述安装件6的第二接触平台连接的贯穿连接螺纹孔，通过所述贯穿连接螺纹孔将所述膨胀元件5与所述安装件6连为一体，所述贯穿连接螺纹孔设置有多个，沿圆周方向等间距分布；所述膨胀元件5的第一接触平台15的外径大于所述高速端输出轴4的渐开线内花键齿顶圆的内径，且，小于所述低速端输入轴10的渐开线内花键齿顶圆的内径。所述方形夹持部分16的外侧成方形，所述膨胀元件5使用时可利用扳手夹持在此部分；所述方形夹持部分16的中心设有贯穿螺纹孔，可将螺栓通过所述方形夹持部分16的贯穿螺纹孔旋入所述膨胀元件5。所述膨胀元件5使用时，可利用扳手夹持在下方所述方形夹持部分16，将所述膨胀套管14放入所述高速端输出轴4中直至所述第一接触平台15与所述高速端输出轴4端面接触；再将螺栓通过贯穿螺纹孔旋入所述膨胀元件5，所述螺栓在向上旋进时接触所述膨胀套管14的内壁，接触后再向上侧旋进，挤压所述膨胀套管14的圆锥面内壁，使所述膨胀套管14呈开花式向外侧发生变形，从而使所述膨胀套管14的外壁与所述高速端输出轴4的渐开线内花键齿顶圆相挤压接触，由所述膨胀套管14的外壁挤压变形产生的与所述高速端输出轴4的渐开线内花键齿顶圆之间的摩擦力将所述测角系统校准装置1与所述高速端输出轴4连接在一起。拆卸时，只需将螺栓从所述膨胀元件5的贯穿螺纹孔旋出，所述膨胀套管14即可恢复形状，从所述高速端输出轴4的渐开线花键套中取出。

所述安装件6的顶部设置有用于连接所述膨胀元件5的第一接触平台15的第二接触平台，所述安装件6的第二接触平台的外径小于所述低速端输入轴10的渐开线内花键齿顶圆的内径。所述安装件6的中部设置有轴肩定位，所述轴肩定位的上端面上设置有用于与所述低速端输入轴10的渐开线内花键齿顶圆相配合的柱面。所述多齿分度台7和所述多面棱体8固定连接后共同套设在所述安装件6的外部并位于所述轴肩定位的下方，所述轴肩定位的下端面与所述多齿分度台7的上端面接触，用于限定所述多齿分度台7和所述多面棱体8的轴向位置。所述安装件6的尾部设置有外螺纹，所述大圆螺母13从所述安装件6尾部的外螺纹旋入夹紧所述多齿分度台7和所述多面棱体8。

在高速端角度测量系统中，所述驱动电机2与所述高速端测量系统3相连接，所述高速端测量系统3与所述高速端输出轴4相连接。在对所述高速端测量系统3进行校准时，首先进行所述测角系统校准装置1的安装，将所述多面棱体8安装在高速端输出轴4工位上。可将所述膨胀元件5安装至所述高速端输出轴4中，再将所述安装件6与所述多齿分度台7和所述多面棱体8连接在一起，与所述膨胀元件5相连接，完成所述多面棱体8的安装，保证所述测角系统校准装置1中的所述多面棱体8与所述高速端测量系统3中的圆光栅同轴且同步转动。安装时，所述膨胀元件5的第一接触平台15的上端面与所述高速端输出轴4的下端面贴合接触实现轴向定位，所述安装件6的第二接触平台与所述膨胀元件5的第一接触平台15连接；采用螺栓通过所述方形夹持部分16的贯穿螺纹孔旋入所述膨胀元件5，所述螺栓在向上旋进时接触所述膨胀套管14的内壁，使所述膨胀套管14呈开花式向外侧发生变形，与所述高速端输出轴4的渐开线内花键齿顶圆相接触，由所述膨胀套管14的外壁挤压变形产生的与所述高速端输出轴4的渐开线内花键齿顶圆之间的摩擦力将所述测角系统校准装置1与所述高速端输出轴4连接在一起。

在低速端角度测量系统中，所述负载电机12与所述低速端测量系统11相连接，所述低速端测量系统11与所述低速端输入轴10相连接。在对所述低速端测量系统11进行校准时，首先进行所述测角系统校准装置1的安装，将所述多面棱体8安装在低速端输入轴10工位上。可将所述安装件6放置在所述低速端输入轴10中，所述安装件6的轴肩定位上部的结构(包括第二接触平台和膨胀元件5)自由悬挂在所述低速端输入轴10内，通过所述安装件6的轴肩定位上的柱面与所述低速端输入轴10的渐开线内花键齿顶圆相配合，所述安装件6的轴肩定位远离所述多齿分度台7的端面与所述低速端输入轴10的上端面接触，形成止口配合，保证所述多面棱体8与所述低速端测量系统11中圆光栅的同轴度。所述多齿分度台7和所述多面棱体8通过所述安装件6的轴肩定位的下端面进行定位，并利用所述大圆螺母13与所述安装件6的螺纹传动来进行夹紧；所述多齿分度台7与所述多面棱体8采取固定连接方式。将所述安装件6与所述多齿分度台7和所述多面棱体8连接在一起，完成所述多面棱体8的安装。通过所述测角系统校准装置1的自重保证所述测角系统校准装置1与所述低速端输入轴10端面之间具有摩擦力，使所述多面棱体8与所述低速端输入轴10不会产生相对转动，保证所述多面棱体8和所述低速端测量系统11的圆光栅同步转动。

所述测角系统校准装置1中采用所述多齿分度台7和所述多面棱体8相连接，通过所述多齿分度台7移动固定角度值使所述多面棱体8与所述高速端测量系统3或所述低速端测量系统11的圆光栅发生相对角度移动。可实现使所述多面棱体8工作面对准另一组圆光栅角度值，对圆光栅角度进行校准。改变多次所述多齿分度台7的移动角度值，可解决采样点数量局限于棱体面数的问题，具有较好的全局校准效果。

采用上述测角系统校准装置1对精密减速器检测仪测角系统进行校准，包括以下步骤：

步骤1，将测角系统校准装置1通过上述安装结构及其安装方法安装在所述高速端输出轴4或所述低速端输入轴10上，所述测角系统校准装置1安装完毕后，开始进行校准；

步骤2，设所述多面棱体8具有n面，所述多齿分度台7旋转角度k，其中，k为小于的任意值，使所述多面棱体8与所述高速端测量系统3或所述低速端测量系统11的圆光栅之间具有角度差k；

步骤3，所述控制系统控制所述驱动电机2或所述负载电机12旋转，使所述多面棱体8的第i个工作面对准所述光电自准直仪9，其中，i＝1,2,…,n；

步骤4，通过所述数据采集系统读取所述光电自准直仪9的读数di和所述高速端测量系统3或所述低速端测量系统11的双读数头读数x1i和x2i；

步骤5，提取所述多面棱体8第i面的补偿值ci，则所述测角系统校准装置1的角度测量值为第i面角度值加光电自准直仪9读数值加多面棱体8工作面补偿值加多面棱体8与圆光栅之间的角度差值，即所述高速端测量系统3或所述低速端测量系统11的圆光栅角度测量值为双读数头读数平均值，即则圆光栅角度测量值与测角系统校准装置1的多面棱体8角度测量值的差值，即校准角度值li＝ai-bi；

步骤6，重复步骤3至步骤5，直到获得所述多面棱体8与所述圆光栅之间具有角度差k下的n个校准角度值；

步骤7，选取x个不同所述多面棱体8与所述圆光栅之间的角度差值k，依次重复步骤2至步骤6，获得xn个校准角度值；

步骤8，测量结束后，按照xn个校准角度值所对应的圆光栅角度测量值的由小到大对xn个校准角度值进行排序，获得所述高速端测量系统3或所述低速端测量系统11校准值。

对精密减速器检测仪测角系统校准的测量过程，即通过检测仪高速端测量系统3和低速端测量系统11中的圆光栅和所述测角系统校准装置1中的所述多面棱体8分别测量角度值，将角度数据传递给所述数据采集系统，通过所述数据采集系统对测量数据进一步处理得到校准值。并通过所述多齿分度台7带动所述多面棱体8旋转，解决角度采样点数量有限的问题，具有全局校准的效果。

尽管上面结合附图对本实用新型的优选实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护范围之内。