利用线性ccd实现机械零位检测调整的方法

摘要

本发明公开了一种利用线性ccd实现机械零位检测调整的方法，所采用的装置包括大理石平台、伺服电机、减速机、减速支架、旋转主轴、制动器、制动支架、编码盘、底板、龙门架、平行光源、线性ccd和待测工装；本发明设计了线性ccd来进行机械零位的检测，检测之前不需进行额外的对加工用的大理石平台进行水平度检测的步骤，可以通过机械装配来保证平行光源发射出来的单色光的光照方向与大理石平台平行，可以无需安装水平仪等测试机构，也无需设计平台调平机构，大大节省了整体装置的设计成本，同时也避免了传统机械设计方法中，因为加工平台与绝对水平位置之间有偏差而对整体机构调零结果产生干扰。

权利要求

1.一种利用线性ccd实现机械零位检测调整的方法，其特征在于：所采用的装置包括大理石平台(1)、伺服电机(2)、减速机(3)、减速支架(12)、旋转主轴、制动器(4)、制动支架(13)、编码盘(5)、底板(14)、龙门架(6)、平行光源(7)、线性ccd(8)和待测工装(9)，所述待测工装(9)上设置有两根销钉(11)，两根销钉(11)关于待测工装(9)的轴线对称设置，待测工装(9)固定在大理石平台(1)上；伺服电机(2)固定在减速机(3)的外壳上，伺服电机(2)的输入轴连接减速机(3)的输入端，减速机(3)的输出端连接旋转主轴的一端，旋转主轴的另一端依次穿过制动器(4)和编码盘(5)后连接待测工装(9)；所述减速机(3)通过减速支架(12)安装在底板(14)上，所述制动器(4)和编码盘(5)通过制动支架(13)安装在底板(14)上，底板(14)固定在大理石平台(1)上，所述龙门架(6)固定在大理石平台(1)上，龙门架(6)垂直于大理石平台(1)设置，龙门架(6)的一根竖直支架上安装平行光源(7)，龙门架(6)的另一根竖直支架上安装线性ccd(8)，平行光源(7)正对所述线性ccd(8)，平行光源(7)发射的光线垂直照射到所述线性ccd(8)上；所述旋转主轴与待测工装(9)的连接端设置成三根卡轴的形状，待测工装(9)上设置有与三根卡轴位置一一对应的三个固定孔(15)，三根卡轴经过龙门架(6)的正下方；所述伺服电机(2)、减速机(3)、旋转主轴、制动器(4)、编码盘(5)和待测工装(9)的轴线在一条直线上，待测工装(9)上的销钉(11)位于龙门架(6)下，平行光源(7)发射的光线垂直照射到所述线性ccd(8)时经过两根销钉(11)和三根卡轴，销钉(11)的直径大于卡轴的直径；所述方法包括如下步骤：步骤一：按照所采用的装置安装好整个设备，待测工装(9)未安装时，伺服电机(2)启动，伺服电机(2)通过减速机(3)带动旋转主轴转动，同时启动平行光源(7)，平行光源(7)发出的光线经过旋转主轴上的三根卡轴后照射到线性ccd(8)上，记录线性ccd(8)上被遮挡最多时被遮挡的监测点个数，记为三个卡轴能够遮挡的监测点总数；

步骤二：将需要进行机械调零的待测工装(9)固定在大理石平台(1)上；

步骤三：主机控制伺服电机(2)启动，伺服电机(2)通过减速机(3)和旋转主轴带动待测工装(9)缓慢旋转；

步骤四：使得待测工装(9)缓慢旋转一个角度，同时启动平行光源(7)，平行光源(7)将平行单色光经过旋转主轴的三根卡轴和销钉(11)后打在线性ccd(8)上；但是由于三根卡轴和销钉(11)能够遮挡平行单色光，会在线性ccd(8)中呈现出小于五个的阴影部分，阴影部分所占的部分无法接受平行单色光，线性ccd(8)中位于阴影部分的监测点无法产生电荷信号，在产生五个阴影部分时，测量出所有阴影部分遮挡的监测点数量，减去步骤一中记载的三个卡轴能够遮挡的监测点总数，得出两个面积最大的阴影部分能遮挡的监测点个数，并取这两个监测点个数的平均值，主机记录该平均值为每根销钉(11)能够遮挡的监测点个数；

步骤五：主机控制伺服电机(2)继续转动，使得待测工装(9)上在线性ccd(8)上的最大的两个阴影部分逐渐重合；

步骤六：直到线性ccd(8)上的两个最大的阴影部分形成的整体阴影部分面积逐渐减小，减小至被重合覆盖的监测点数量达到步骤三中记载的每根销钉(11)能够遮挡的监测点个数时，将线性ccd(8)的信息传递给主机；

步骤七：主机根据线性ccd(8)发出的信号发出控制信号，控制制动器(4)工作，使伺服电机(2)停止运动，此时整个机构在制动器(4)的作用下立即停止旋转，同时两个销钉(11)位置停留在与大理石平台(1)平行的位置上，此时，待测工装(9)的调零成功；

步骤八：取下完成调零的待测工装(9)，将下一个待测工装(9)安装在大理石平台(1)上，重复步骤一到步骤六的过程，直至完成所有待测工装(9)的调零工作。

2.根据权利要求1所述的一种利用线性ccd实现机械零位检测调整的方法，其特征在于：所述制动支架(13)的一个侧面固定制动器(4)，制动支架(13)的另一个侧面固定编码盘(5)。

3.根据权利要求1所述的一种利用线性ccd实现机械零位检测调整的方法，其特征在于：所述旋转主轴和待测工装(9)之间通过万向节连接。

4.根据权利要求1所述的一种利用线性ccd实现机械零位检测调整的方法，其特征在于：所述编码盘(5)安装在固定制动器(4)的制动支架(13)上，能够将旋转位移转换成一串数字脉冲信号，测量出当前驱动装置旋转角度，使控制系统能够精确控制旋转角度。

5.根据权利要求1所述的一种利用线性ccd实现机械零位检测调整的方法，其特征在于：所述平行光源(7)发射的光线为平行单色光。

6.根据权利要求1所述的一种利用线性ccd实现机械零位检测调整的方法，其特征在于：所述线性ccd(8)上分布有128个监测点。

说明书

利用线性ccd实现机械零位检测调整的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及航天航空领域，更具体的说，尤其涉及一种利用线性ccd实现机械零位检测调整的方法。

背景技术

[0002] 现有一调零机构，用于对一可旋转机构进行零位调整，调整后的机构用于驱动后续装置旋转，故需保证其机械零位与电气零位之间的偏差在一定精度范围内，所以要对其
进行调零。待调零的机构上有两定位销孔，以这两个销子的水平位置为机械零位，需要调节
这两个定位销孔，使其完全水平。该装置有伺服电机和减速机，能够带动待调零工装旋转，
设计有编码盘、线性ccd采集信息，上传至主机并让主机对信息进行分析处理，控制伺服电
机启停，使调零工装旋转至机械零位。

[0003] 传统的机械调零装置需要在调零装置启动前保证加工平台水平度，一般选用水平仪或其他传感测量工具来进行水平度检测，检测装置昂贵，测量步骤繁琐，若水平度不符合
要求，还需要有调整机构来调整平台水平度，增加了整体调零的操作难度和繁琐度，利用线
性ccd来进行调零检测可以不需要对加工平台进行水平度检测，只要在装配时，保证龙门架
安装时垂直于加工平台，同时，同轴光源在安装时利用角钢，与龙门架紧密贴合，就能保证
使同轴光源发出的光平行于大理石平台。即便大理石平台本身不水平，也不会对零位检测
结果造成干扰。简便了调零步骤。

[0004] 在对待测机构零位进行检测时，传统机械调零方法大多为依靠传感器测量出销孔的相对高度，该种方法往往需设计有高精度的传感器，同时安装步骤繁琐，高精度传感器价
格高昂，传感器又需要安装在整体机构上，对整体装置各零部件的精度有很大要求，又会在
机械配合的过程中存在不可避免的配合误差，影响最后的测量结果，使机械零位无法调整
至足够精确的位置上。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于解决现有调零装置机械结构复杂，安装步骤繁杂以及对各零部件精度要求过高的问题，提出了一种利用线性ccd实现机械零位检测调整的方法，实现对待
测装置机械零位的精确调整，自动化程度高，尽可能减小在机械加工与安装过程中，因为加
工误差和配合误差对最后调零结果产生的影响。

[0006] 本发明通过以下技术方案来实现上述目的：一种利用线性ccd实现机械零位检测调整的方法，所采用的装置包括大理石平台、伺服电机、减速机、减速支架、旋转主轴、制动
器、制动支架、编码盘、底板、龙门架、平行光源、线性ccd和待测工装，所述待测工装上设置
有两根销钉，两根销钉关于待测工装的轴线对称设置，待测工装固定在大理石平台上；伺服
电机固定在减速机的外壳上，伺服电机的输入轴连接减速机的输入端，减速机的输出端连
接旋转主轴的一端，旋转主轴的另一端依次穿过制动器和编码盘后连接待测工装；所述减
速机通过减速支架安装在底板上，所述制动器和编码盘通过制动支架安装在底板上，底板
固定在大理石平台上，所述龙门架固定在大理石平台上，龙门架垂直于大理石平台设置，龙
门架的一根竖直支架上安装平行光源，龙门架的另一根竖直支架上安装线性ccd，平行光源
正对所述线性CCD，平行光源发射的光线垂直照射到所述线性CCD上；所述旋转主轴与待测
工装的连接端设置成三根卡轴的形状，待测工装上设置有与三根卡轴位置一一对应的三个
固定孔，三根卡轴经过龙门架的正下方；所述伺服电机、减速机、旋转主轴、制动器、编码盘
和待测工装的轴线在一条直线上，待测工装上的销钉位于龙门架下，平行光源发射的光线
垂直照射到所述线性CCD时经过两根销钉和三根卡轴，销钉的直径大于卡轴的直径；所述方
法包括如下步骤：

[0007] 步骤一：按照所采用的装置安装好整个设备，待测工装未安装时，伺服电机启动，伺服电机通过减速机带动旋转主轴转动，同时启动平行光源，平行光源发出的光线经过旋
转主轴上的三根卡轴后照射到线性ccd上，记录线性ccd上被遮挡最多时被遮挡的监测点个
数，记为三个卡轴能够遮挡的监测点总数；

[0008] 步骤二：将需要进行机械调零的待测工装固定在大理石平台上；

[0009] 步骤三：主机控制伺服电机启动，伺服电机通过减速机和旋转主轴带动待测工装缓慢旋转；

[0010] 步骤四：使得待测工装缓慢旋转一个角度，同时启动平行光源，平行光源将平行单色光经过旋转主轴的三根卡轴和销钉后打在线性CCD上；但是由于三根卡轴和销钉能够遮
挡平行单色光，会在线性ccd中呈现出小于五个的阴影部分，阴影部分所占的部分无法接受
平行单色光，线性ccd中位于阴影部分的监测点无法产生电荷信号，在产生五个阴影部分
时，测量出所有阴影部分遮挡的监测点数量，减去步骤一中记载的三个卡轴能够遮挡的监
测点总数，得出两个面积最大的阴影部分能遮挡的监测点个数，并取这两个监测点个数的
平均值，主机记录该平均值为每根销钉能够遮挡的监测点个数；

[0011] 步骤五：主机控制伺服电机继续转动，使得待测工装上在线性ccd上的最大的两个阴影部分逐渐重合；

[0012] 步骤六：直到线性ccd上的两个最大的阴影部分形成的整体阴影部分面积逐渐减小，减小至被重合覆盖的监测点数量达到步骤三中记载的每根销钉能够遮挡的监测点个数
时，将线性ccd的信息传递给主机；

[0013] 步骤七：主机根据线性ccd发出的信号发出控制信号，控制制动器工作，使伺服电机停止运动，此时整个机构在制动器的作用下立即停止旋转，同时两个销钉位置停留在与
大理石平台平行的位置上，此时，待测工装的调零成功；

[0014] 步骤八：取下完成调零的待测工装，将下一个待测工装安装在大理石平台上，重复步骤一到步骤六的过程，直至完成所有待测工装的调零工作。

[0015] 进一步的，所述制动支架的一个侧面固定制动器，制动支架的另一个侧面固定编码盘。伺服电机能够为整个机构的旋转提供转速与转矩，减速机能够降低整体机构的旋转
速度，使得机构的旋转更加可控，制动器能够让伺服电机在待测工装到达机械零位时及时
停止，减小惯性带来的误差。

[0016] 进一步的，所述旋转主轴和待测工装之间通过万向节连接。万向节上套装有扭簧，可以消除万向节输入端和输出端之间的传动回隙。万向节可以使得即便待测工装的轴线与
旋转主轴不在同一条直线上时依旧能完成带动待测工装的旋转。设置万向节时，三个卡轴
设置在万向节与待测工装的连接处。

[0017] 进一步的，所述编码盘安装在固定制动器的制动支架上，能够将旋转位移转换成一串数字脉冲信号，测量出当前驱动装置旋转角度，使控制系统能够精确控制旋转角度。同
时编码器能够将旋转位移信息上传至主机，使主机能够记录旋转角度。

[0018] 进一步的，所述平行光源发射的光线为平行单色光。整体机构安装完成后，平行光源发射出平行单色光照射在销钉上。

[0019] 进一步的，所述线性ccd上分布有128个监测点，线性ccd能接受到光照的监测点能够将光信号装换为电荷。

[0020] 销钉能够将平行光遮挡而在线性ccd上制造没有光照的阴影部分。该阴影部分中的监测点没有电荷生成，能够根据没有电荷生成的监测点个数来判断两销钉形成的阴影是
否重合。

[0021] 进一步的，所述大理石平台上设置有定位块，待测工装通过定位块实现在大理石平台上的定位。

[0022] 进一步的，待测工装上固定孔与两根销钉错开设置，两根销钉平行设置时三根卡轴形成的阴影部分无任何重合。错开设置能够保证旋转主轴的卡轴跟销钉产生的阴影部分
错开，防止互相干涉产生影响。

[0023] 本发明利用同轴光源与线性ccd对整体装置的机械零位进行检测，其检测原理为：伺服电机通过减速机和旋转主轴带动待测工装旋转，使待测工装上的定位销到达大致水平
位置，平行光源能够发射单色光，选用单色光的原因是复色光可能会产生衍射现象，对最后
的测量精度造成影响，线性ccd上分布有128个监测点，其中能接受到光照的监测点能够将
光信号装换为电荷；销钉和三根卡轴能够将平行光遮挡而在线性ccd上制造没有光照的阴
影部分，该阴影部分中的监测点上没有电荷生成，由于三根卡轴是始终保持不变的，三根卡
轴最后能够遮挡的线性ccd上的监测点数量是保持不变的，调零开始前先测量三个卡轴能
够遮挡的监测点数量，再测量单根销钉能够挡住的监测点个数，调零开始后，当没有电荷生
成的监测点个数若等于三根卡轴与一根销钉能够挡住的监测点个数，此时，视为两根销钉
阴影部分重合，视为销钉安装位置平行于平行光源发射单色光的光照方向，又因为根据机
械配合能够保证单色光的光照方向与大理石平台平行，故可以视为待测工装调零结束。

[0024] 本发明的有益效果在于：

[0025] 1、本发明整体调零方案完全由计算机控制，避免了操作失误导致的调零失败，也节省了人力成本，保证了调零精度。

[0026] 2、本发明设计了线性ccd来进行机械零位的检测，检测之前不需进行额外的对加工用的大理石平台进行水平度检测的步骤，可以通过机械装配来保证平行光源发射出来的
单色光的光照方向与大理石平台平行，可以无需安装水平仪等测试机构，也无需设计平台
调平机构，大大节省了整体装置的设计成本，同时也避免了传统机械设计方法中，因为加工
平台与绝对水平位置之间有偏差而对整体机构调零结果产生干扰。

[0027] 3、本发明设计了同轴平行光源7，发射单色平行光，单色光相比复色光能够尽可能减小光的衍射现象对最后的阴影成像造成干扰，通过分析线性ccd中没有接受到光照的阴
影部分面积，能够精确的判断分析旋转机构是否到达机械零位，同时，使用该种方法能够减
少机械结构，使安装过程精简，同时，机械结构减少，能够使配合误差对最后调零结果的影
响降低。这种测试方式的检测精度相比于传统机械调零方法的检测精度要更高。

[0028] 4、本发明设计了伺服电机、线性ccd、编码器，以上设备与主机相连，编码器采集旋转角度消息，并传递给主机。线性ccd将电荷信息上传至主机、在主机上进行相关电荷数目
比对，当与预设电荷数目一致时，控制伺服电机发出停止信号，又因为所设计的减速机与制
动器，使待测装置能够精确停在机械零位，提高了调零精度。

[0029] 5、本发明总体无复杂机电设备，结构简单，不需要设计安装价格高昂、安装麻烦的传感器，使整体装置的制造安装步骤精简，同时也大大减少装置的制造成本。整体结构控制
流程简单有效、自动化程度高、调零精度高，在能够满足精密设备的调零要求前提下，节约
了人力成本与制造成本。

附图说明

[0030] 图1是本发明一种利用线性ccd实现机械零位检测调整的方法所采用的装置的整体结构示意图。

[0031] 图2是本发明驱动机构的整体结构示意图。

[0032] 图3是本发明待测工装的结构示意图。

[0033] 图4是本发明线性ccd与平行光源安装在龙门架上的结构示意图。

[0034] 图中，1‑大理石平台、2‑伺服电机、3‑减速机、4‑制动器、5‑编码盘、6‑龙门架、7‑平行光源、8‑线性ccd、9‑待测工装、10‑固定用角钢、11‑销钉、12‑减速支架、13‑制动支架、14‑
底板、15‑固定孔。

具体实施方式

[0035] 下面结合附图对本发明作进一步说明：

[0036] 如图1～4所示，一种利用线性ccd实现机械零位检测调整的方法，所采用的装置包括大理石平台1、伺服电机2、减速机3、减速支架12、旋转主轴、制动器4、制动支架13、编码盘
5、底板14、龙门架6、平行光源7、线性ccd8和待测工装9，伺服电机2、减速机3、减速支架12、
旋转主轴、制动器4、制动支架13、编码盘5和底板14构成整个装置的驱动机构，所述待测工
装9上设置有两根销钉11，两根销钉11关于待测工装9的轴线对称设置，待测工装9固定在大
理石平台1上；伺服电机2固定在减速机3的外壳上，伺服电机2的输入轴连接减速机3的输入
端，减速机3的输出端连接旋转主轴的一端，旋转主轴的另一端依次穿过制动器4和编码盘5
后连接待测工装9；所述减速机3通过减速支架12安装在底板14上，所述制动器4和编码盘5
通过制动支架13安装在底板14上，底板14固定在大理石平台1上，所述龙门架6固定在大理
石平台1上，龙门架6垂直于大理石平台1设置，龙门架6的一根竖直支架上安装平行光源7，
龙门架6的另一根竖直支架上安装线性ccd8，线性ccd8通过固定用角钢10进行固定，平行光
源7正对所述线性ccd8，平行光源7发射的光线垂直照射到所述线性ccd8上；所述旋转主轴
与待测工装9的连接端设置成三根卡轴的形状，待测工装9上设置有与三根卡轴位置一一对
应的三个固定孔15，三根卡轴经过龙门架6的正下方；所述伺服电机2、减速机3、旋转主轴、
制动器4、编码盘5和待测工装9的轴线在一条直线上，待测工装9上的销钉11位于龙门架6
下，平行光源7发射的光线垂直照射到所述线性ccd8时经过两根销钉11和三根卡轴，销钉11
的直径大于卡轴的直径；所述方法包括如下步骤：

[0037] 步骤一：按照所采用的装置安装好整个设备，待测工装9未安装时，伺服电机2启动，伺服电机2通过减速机3带动旋转主轴转动，同时启动平行光源7，平行光源7发出的光线
经过旋转主轴上的三根卡轴后照射到线性ccd8上，记录线性ccd8上被遮挡最多时被遮挡的
监测点个数，记为三个卡轴能够遮挡的监测点总数；

[0038] 步骤二：将需要进行机械调零的待测工装9固定在大理石平台1上；

[0039] 步骤三：主机控制伺服电机2启动，伺服电机2通过减速机3和旋转主轴带动待测工装9缓慢旋转；

[0040] 步骤四：使得待测工装9缓慢旋转一个角度，同时启动平行光源7，平行光源7将平行单色光经过旋转主轴的三根卡轴和销钉11后打在线性ccd8上；但是由于三根卡轴和销钉
11能够遮挡平行单色光，会在线性ccd8中呈现出小于五个的阴影部分，阴影部分所占的部
分无法接受平行单色光，线性ccd8中位于阴影部分的监测点无法产生电荷信号，在产生五
个阴影部分时，测量出所有阴影部分遮挡的监测点数量，减去步骤一中记载的三个卡轴能
够遮挡的监测点总数，得出两个面积最大的阴影部分能遮挡的监测点个数，并取这两个监
测点个数的平均值，主机记录该平均值为每根销钉11能够遮挡的监测点个数；

[0041] 步骤五：主机控制伺服电机2继续转动，使得待测工装9上在线性ccd8上的最大的两个阴影部分逐渐重合；

[0042] 步骤六：直到线性ccd8上的两个最大的阴影部分形成的整体阴影部分面积逐渐减小，减小至被重合覆盖的监测点数量达到步骤三中记载的每根销钉11能够遮挡的监测点个
数时，将线性ccd8的信息传递给主机；

[0043] 步骤七：主机根据线性ccd8发出的信号发出控制信号，控制制动器4工作，使伺服电机2停止运动，此时整个机构在制动器4的作用下立即停止旋转，同时两个销钉11位置停
留在与大理石平台1平行的位置上，此时，待测工装9的调零成功。

[0044] 步骤八：取下完成调零的待测工装9，将下一个待测工装9安装在大理石平台1上，重复步骤一到步骤六的过程，直至完成所有待测工装9的调零工作。

[0045] 所述制动支架13的一个侧面固定制动器4，制动支架13的另一个侧面固定编码盘5。

[0046] 所述旋转主轴和待测工装9之间通过万向节连接。

[0047] 所述编码盘5安装在固定制动器4的制动支架13上，能够将旋转位移转换成一串数字脉冲信号，测量出当前驱动装置旋转角度，使控制系统能够精确控制旋转角度。

[0048] 所述平行光源7发射的光线为平行单色光。所述线性ccd8上分布有128个监测点。

[0049] 上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利
的权利保护范围内。