线性导轨直线度自动化调整装置及调整方法与流程

1.本发明涉及导轨安装技术领域，特别涉及线性导轨直线度自动化调整装置及调整方法。


背景技术：

2.线性导轨是一种用金属材料制成的槽或脊，可承受、固定、引导移动装置或设备并减少其摩擦的一种装置，导轨上设置有滑块可沿导轨自由运动。直线导轨一般用于高精度或者高速直线往复运动场合，如小型数控机床或大型龙门加工中心等自动化设备上。其中，导轨在出厂安装后的直线度对于机床的运动精度有重要影响。
3.目前，主要采用人工调节的方式进行直线度调整。现有技术中主要是通过两种方法辅助进行直线度调节：一是预加工出高质量的安装辅助面，使导轨紧靠在辅助面上完成直线度调整，但这种方法的缺陷在于对辅助面的预加工需要操作者具有较高的技术及经验，如果辅助面长度较大则工作强度较高，且辅助面在本次安装完成后不可进行循环使用。
4.二是在滑块上架设千分表指示导轨距离基准面的相对距离，在导轨两侧设置机械结构，依次调整对导轨节点施加的作用力，使导轨距离基面的距离不变从而得到较好的直线度，该方法的缺点在于调整过程比较繁琐，无法实现生产效率的提升。
5.专利cn107387556a和专利cn115773705a分别使用大理石平行尺和塞规对导轨的平行安装精度进行测量及调整。该方法对操作者工作经验、对底座表面质量的依赖性极高，无法解决大规模的作业效率提升问题。专利cn115815375a公开了一种丝杠校直装置及其校直方法，将螺母套接在待校直丝杠的一端，所述待校直丝杠进行旋转并且轴向移动，使所述螺母相对所述待校直丝杠自一端移动至另一端，所述操控系统收集并转译应变片信号，形成所述待校直丝杠的三维模型，以此确定丝杠的最大变形量；控制卡爪旋转调整所述最大变形位置移动至压头下方，压头向下移动对所述最大变形位置进行按压，实现校直效果。该方案使用的信号转化过程过于复杂，且模拟校正过程与实际情况有所不同，多环境下使用需进行多次调整，不适于实际环境的使用。
6.综上所述，现有技术缺点如下：1. 现有关于导轨直线度的调整技术对操作者的技术及经验有一定要求，工作强度较大；2. 现有的线性导轨的调整装置，其使用过程繁琐，无法提升效率；3. 现有的自动化导轨校正策略较为复杂，对实际应用环境的要求较高，其校正效果不能达到实际需求。


技术实现要素：

7.本发明提出的线性导轨直线度自动化调整装置及调整方法，可至少解决上述技术问题之一。
8.为实现上述目的，本发明提出了以下技术方案：线性导轨直线度自动化调整装置，该装置包括导轨，还包括：驱动单元，包括运动推板；所述运动推板连接校正单元，所述运动推板在所述导轨上方处设置有控制件；所述校正单元包括压电器件和校正块；所述校正块上端面设置有受控件，配合所述控制件，限制所述校正块的移动，使得所述校正块受到所述运动推板推动而移动，且所述运动推板的运动轨迹与所述校正块的运动轨迹无关；所述校正块下端沿所述导轨移动；所述压电器件安装在所述运动推板与所述校正块之间，驱动所述校正块，校正所述导轨表面的待固定点位，调整所述导轨的直线度。
9.进一步地，所述驱动单元还包括底座，所述底座安装在安装基座上；所述底座上端面设置有滑轨，所述运动推板沿所述滑轨运动；所述底座侧面与所述导轨首末两端所在的直线相平行，以所述底座侧面作为所述导轨直线度测量的参考基准。
10.进一步地，所述驱动单元还包括伺服电机，所述伺服电机安装在所述滑轨首末两端外侧设置的固定侧板上，且其转轴穿过所述固定侧板与丝杆连接，用于驱动所述丝杆同步转动。
11.进一步地，所述丝杆安装在所述滑轨上方，贯穿所述运动推板一端，带动所述运动推板在滑轨上运动。
12.进一步地，所述校正单元还包括测距头，所述测距头安装在所述校正块一侧，用于测量所述导轨表面的待固定点位与所述参考基准之间的距离。
13.进一步地，所述校正单元还包括上位机，所述上位机分别与所述测距头和所述压电器件连接，用于收集所述导轨与所述底座侧面之间的距离值，并将所述距离值转化为最优修正电压值，输送所述最优修正电压值的电压信号至所述压电器件。
14.进一步地，所述校正单元还包括连接杆，所述连接杆安装在所述运动推板与所述校正块之间，用于连接所述运动推板与所述校正块。
15.进一步地，所述导轨设置有若干沉头孔，所述沉头孔内设置有与安装基座表面的安装孔相对应的待固定点位，配合螺栓，固定安装所述导轨在安装基座上。
16.另一方面，本发明还提出线性导轨直线度自动化调整方法，包括：固定导轨首末两端于安装基座上，使得所述导轨首末两端所在直线与底座侧面相平行；测量导轨两端分别与底座侧面的垂直距离，使其相等，并以此作为基准值d；测量导轨表面的若干待固定点位与所述底座侧面之间的距离值d，根据所述距离值d与所述基准值d的差值|d-d|和压电器件的自身性能，确定压电器件的最优修正电压值u；根据最优修正电压值u，计算压电器件的位移量，以此调整导轨表面若干固定点的位置；验证已修正的待固定点位与底座侧面之间的修正距离值d'，使得修正距离值d'与基准值d之间的差值|d'-d|不超过导轨直线度修正阈值的判断下限δ1；固定所述已修正的待固定点位；完成导轨全长的待固定点位的固定，松开导轨两端，重复上述步骤，重新确定导轨
两端的位置；固定导轨两端，完成导轨直线度的调整。
17.进一步地，所述根据所述距离值d与所述基准值d的差值|d-d|和压电器件的自身性能，确定压电器件的最优修正电压值u，包括：若|d-d|》δ1，使用高频电信号对压电器件进行扫频，以确定待固定点位与底座侧面之间的距离值回归至基准值的最优修正电压值；若|d-d|≤δ1，则无需调整导轨直线度。
18.本发明的有益效果如下：1. 本方案提出的调整装置，结构简单，操作方便，大大降低了对于使用者的能力素质要求，便于提升作业效率；2. 本方案设置相配合的限位柱与腰型孔，一方面使得驱动单元驱动滑块沿滑轨运动，获得导轨直线度的测量数据，同时又可以避免固定块、滑块的直线度叠加到导轨上，保证了测量数据的准确性；3. 本方案中将导轨表面的若干待固定点与底座侧面之间的距离差，转化为上位机可处理的电信号，以压电器件作为执行机构进行反馈调节，以此完成导轨的直线度调整；4. 本方案实现了直线导轨全行程内直线度连续检测及调整。
附图说明
19.图1是本发明线性导轨直线度自动化调整装置的结构示意图；图2是本发明固定块结构示意图；图3是本发明线性导轨直线度自动化调整方法的示意图。
20.图中：1-安装基座；2-底座；201-底座侧面；202-固定侧板；203-滑轨；3-伺服电机；4-丝杆；5-运动推板；501-厚端侧面；502-腰型孔；6-连接杆；701-第一压电陶瓷；702-第二压电陶瓷；8-测距头；9-固定块；901-螺纹孔；902-锁紧孔；903-限位柱；10-滑块；11-导轨；1101-沉头孔。
具体实施方式
21.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
22.本发明提出线性导轨直线度自动化调整方法，如图3所示，具体包括：固定导轨11首末两端于安装基座1上，使得所述导轨11首末两端所在直线与底座侧面201相平行；测量导轨11两端分别与底座侧面201的垂直距离，使其相等，并以此作为基准值d；测量导轨表面的若干待固定点位与所述底座侧面之间的距离值d，根据所述距离值d与所述基准值d的差值|d-d|和压电器件的自身性能，确定压电器件的最优修正电压值u；根据最优修正电压值u，计算压电器件的位移量，以此调整导轨表面若干固定点的位置；验证已修正的待固定点位与底座侧面之间的修正距离值d'，使得修正距离值d'与
基准值d之间的差值|d'-d|不超过导轨直线度修正阈值的判断下限δ1；固定所述已修正的待固定点位；完成导轨全长的待固定点位的固定，松开导轨两端，重复上述步骤，重新确定导轨两端的位置；固定导轨两端，完成导轨直线度的调整。
23.其中，根据所述距离值d与所述基准值d的差值|d-d|和压电器件的自身性能，确定压电器件的最优修正电压值u，包括：若|d-d|》δ1，使用高频电信号对压电器件进行扫频，以确定待固定点位与底座侧面之间的距离值回归至基准值的最优修正电压值；若|d-d|≤δ1，则无需调整导轨直线度。
24.如图1所示，本发明还提出线性导轨直线度自动化调整装置，该装置安装在安装基座1上，该装置包括，导轨11、驱动单元和校正单元。
25.驱动单元包括运动推板5、底座2和伺服电机3。运动推板5与校正单元连接，运动推板5在所述导轨11上方处设置有控制件。优选地，本实施例中运动推板5在所述导轨11上方处开设有腰型孔502，作为控制件。
26.底座2安装在安装基座1上。底座2上端面设置有滑轨，运动推板5沿所述滑轨运动。底座侧面201为精加工面，其平面度不低于导轨直线度的调整要求。底座侧面201与所述导轨11首末两端所在的直线相平行，以所述底座侧面201作为所述导轨直线度测量的参考基准。
27.伺服电机3安装在所述滑轨首末两端外侧设置的固定侧板202上，且其转轴穿过所述固定侧板202与丝杆4连接，用于驱动丝杆4同步转动。丝杆4安装在所述滑轨203上方，贯穿所述运动推板5一端，带动所述运动推板5在滑轨203上运动。
28.校正单元包括压电器件、校正块和测距头8。校正块上端面设置有受控件，配合所述控制件，限制所述校正块的移动，使得校正块受到运动推板5推动而移动，且所述运动推板5的运动轨迹与所述校正块的运动轨迹无关；所述校正块下端沿所述导轨11移动。即在控制件与受控件的作用下，校正块受到运动推板5推动而移动，校正块和运动推板5的移动方向相同，但两者的运动轨迹并不相同。本发明中设置的运动推块5只能推动校正块移动，运动推板5的运动轨迹与校正块的运动轨迹互不影响。
29.优选地，本实施例中校正块包括固定块9和滑块10，固定块9固定安装在滑块10上方，两者固定为一体运动。滑块10沿导轨11移动；固定块9上方设置的受控件为限位柱903，限位柱903受到腰型孔502的限制，只能在腰型孔502的范围内移动。控制件与受控件除了本实施例提出的腰型孔502与限位柱903，还可以是控制磁铁与被控磁铁，或者其他组合，可使得校正块既可以随运动推板5同时同向移动，且校正块的运动轨迹与运动推板5的运动轨迹互不影响。
30.如图2所示，固定块9的侧面设置有螺纹孔901和锁紧孔902。螺纹孔901内放置有连接杆6，连接杆6用于连接运动推板5的厚端侧面501与固定块9，连接运动推板5与固定块9，使得运动推板5可带动固定块9同时同向移动。锁紧孔902内放置测距头8，用于测量导轨11表面的待固定点位与底座侧面201之间的距离。
31.压电器件安装在所述运动推板5与所述校正块之间，驱动所述校正块，校正所述导轨11表面的待固定点位，调整导轨直线度。优选地，本实施例中压电器件安装在连接杆6的
中间段，压电器件根据测量结果，产生形变，驱动连接杆6移动，进而驱动校正块和导轨11的移动，调整导轨直线度。
32.本实施例中压电器件分别为第一压电陶瓷701和第二压电陶瓷702，其中第二压电陶瓷702的灵敏度高于第一压电陶瓷701的灵敏度。在使用压电器件调节导轨直线度时，通常根据待固定点位与所述底座侧面之间的距离值d与所述基准值d的差值|d-d|，选择进行导轨直线度调整的压电器件，确定为第一压电陶瓷701或第二压电陶瓷702。根据确定的压电器件，计算最优修正电压值。一般情况下，先使用第一压电陶瓷701进行导轨直线度的调整；再根据第一压电陶瓷701的调整结果，重新测量，确定新的最优修正电压值，使用第二压电陶瓷702对该点位进行修正。本实施例通过设置不同灵敏度的压电陶瓷调整导轨直线度，不仅实现对导轨11表面的待固定点位的精准控制，还能提升调整效率。
33.校正单元还包括安装在所述锁紧孔902内的测距头8，测距头8用于测量导轨11表面的待固定点位与所述参考基准之间的距离。优选地，本实施例中测距头8可以根据实际需求，选择使用激光测距装置、射线测距装置或其他测距装置，任一测距装置可将其测得的距离值传送至上位机，实现电信号的转化。
34.校正单元还包括上位机，所述上位机分别与所述测距头8和所述压电器件连接，用于收集所述导轨11与所述底座侧面201之间的距离值，并将所述距离值转化为最优修正电压值，输送所述最优修正电压值的电压信号至压电器件。
35.导轨11设置有若干沉头孔1101，所述沉头孔1101内设置有与所述安装基座1表面的安装孔相对应的待固定点位，配合螺栓，固定所述导轨11安装在所述安装基座1上。优选地，本实施提出使用机械臂配合螺栓拧入已确定的固定点位内，逐一固定导轨11在安装基座1上的位置，进而完成导轨直线度的调整。
36.本发明所提出的线性导轨直线度自动化调整装置，所适用的具体方法如下：首先固定导轨11首末两端于安装基座1上，使得所述导轨11首末两端所在直线与底座侧面201相平行。使用测距头8测量导轨11两端分别与底座侧面201的垂直距离，使其相等，并以此作为基准值d。
37.将运动推板5与固定块9连接，运动推板5上的腰型孔502与固定块9上端面的限位柱903相配合，既保证了固定块9能够跟随运动推板5运动，同时又可以在腰型孔502内沿开槽方向做微动，使得固定块9可沿导轨11进行运动。
38.在伺服电机3带动下，运动推板5从导轨11的首端移动到末端，同时，测距头8扫描运动过程中滑块10在导轨11表面的每个待固定点位处与底座侧面201之间的距离值d，并将该距离值d输入上位机，与基准值d进行比较，得出差值|d-d|。同时，上位机将该差值转化为最优修正电压值。其中，最优修正电压值的具体确定过程为：使用高频电信号对压电器件进行扫频，以确定待固定点位与底座侧面201之间的距离值d回归至基准值d的最优修正电压值。
39.在使用压电器件调节导轨直线度时，首先确定距离值d与基准值d之间的差值|d-d|与直线度修正阈值的判断下限δ1、判断上限δ2之间的关系。
40.若该差值|d-d|不低于直线度修正阈值的判断上限δ2时，即|d-d|≥δ2，则认为此处的导轨直线度超出了第二压电陶瓷702的调整能力，选择第一压电陶瓷701对导轨直线度进行调整，调整公式为：。
41.其中，u1为第一压电陶瓷701的施加电压；c1是由第一压电陶瓷701及规格所决定的系数；n为扫描步点，n的取值范围[-p,q]中，-p的大小由第一压电陶瓷的伸缩性能下限所决定，q的大小由第一压电陶瓷的伸缩性能上限所决定；l为扫描步长，由高频电信号对第一压电陶瓷701扫频所确定。
[0042]
若|d-d|《δ2，使用灵敏度高于第一压电陶瓷701的第二压电陶瓷702调整导轨直线度，调整公式如下：。
[0043]
其中，u2为第二压电陶瓷702的施加电压，δ1和δ2分别为直线度修正阈值的判断下限与上限，c2是由第二压电陶瓷702及规格所决定的系数。
[0044]
使用第二压电陶瓷702的具体调整过程为：当距离值d与基准值d之间的差值|d-d|不高于修正阈值的下限δ1时，即|d-d|≤δ1，则认为此处直线度符合要求，不进行调整；当差值在判断上限δ2和判断下限δ1的范围之间时，即δ1《|d-d|《δ2，则按照上述公式对已确定的距离值d与基准值d之间的差值|d-d|乘以第二压电陶瓷系数c2，确定第二压电陶瓷702的施加电压u2，调整导轨直线度。
[0045]
本实施例通过设置不同灵敏度的压电陶瓷调整导轨直线度，不仅可以实现精准调整导轨直线度，而且提升了调整的作业效率。
[0046]
本实施例中将第一压电陶瓷701的施加电压u1和第二压电陶瓷702的施加电压u2统称为最优修正电压值（电压u）。上位机将最优修正电压值（电压u）传输至压电器件，使得压电器件根据最优修正电压值（电压u），产生应力，发生伸长量为的形变；压电器件驱动连接杆6的移动，进而驱动校正块和导轨11的移动，调整导轨直线度。
[0047]
本实施例中使用的压电陶瓷具有压电效应，即当电介质被加上外部应力时，其内部正负电荷中心发生相对位移而在表面产生表面电荷，压电陶瓷的面电荷密度与表面应力之间呈线性关系：；其中ρ为面电荷密度，k为压电系数，t为表面应力，对表面电荷q而言其产生的电压u与压电陶瓷自身电容值c相关：；设外力作用面积为s，外力为f，则表面应力t可表示为：；若压电陶瓷厚度为b，介电常数为ε，泊松比为σ，其伸长量为，则满足：；根据上式，电容值c可表示为：；综上，压电陶瓷的伸长量与电压u的关系为：。
[0048]
本发明将导轨11直线度的调整过程视为动态过程，即对导轨直线度进行多次修正，并反复验证已修正的待固定点位与底座侧面201之间的修正距离值d'（修正值），使得修正值d'与基准值d之间的差值|d'-d|，满足|d'-d|≤δ1，固定已修正的待固定点，进而实现
导轨11全长的固定。
[0049]
最后，松开导轨11两端，释放安装过程中的应力，以延长导轨11的使用寿命；重复上述步骤，重新确定导轨11两端的位置；确认导轨11两端位置正确后，固定导轨11两端，完成导轨直线度的调整。
[0050]
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0051]
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.线性导轨直线度自动化调整装置，该装置包括导轨，其特征在于，还包括：驱动单元，包括运动推板；所述运动推板连接校正单元，所述运动推板在所述导轨上方处设置有控制件；所述校正单元包括压电器件和校正块；所述校正块上端面设置有受控件，配合所述控制件，限制所述校正块的移动，使得所述校正块受到所述运动推板推动而移动，且所述运动推板的运动轨迹与所述校正块的运动轨迹无关；所述校正块下端沿所述导轨移动；所述压电器件安装在所述运动推板与所述校正块之间，驱动所述校正块，校正所述导轨表面的待固定点位，调整所述导轨的直线度。2.根据权利要求1所述的线性导轨直线度自动化调整装置，其特征在于，所述驱动单元还包括底座，所述底座安装在安装基座上；所述底座上端面设置有滑轨，所述运动推板沿所述滑轨运动；所述底座侧面与所述导轨首末两端所在的直线相平行，以所述底座侧面作为所述导轨直线度测量的参考基准。3.根据权利要求2所述的线性导轨直线度自动化调整装置，其特征在于，所述驱动单元还包括伺服电机，所述伺服电机安装在所述滑轨首末两端外侧设置的固定侧板上，且其转轴穿过所述固定侧板与丝杆连接，用于驱动所述丝杆同步转动。4.根据权利要求3所述的线性导轨直线度自动化调整装置，其特征在于，所述丝杆安装在所述滑轨上方，贯穿所述运动推板一端，带动所述运动推板在滑轨上运动。5.根据权利要求4所述的线性导轨直线度自动化调整装置，其特征在于，所述校正单元还包括测距头，所述测距头安装在所述校正块一侧，用于测量所述导轨表面的待固定点位与所述参考基准之间的距离。6.根据权利要求5所述的线性导轨直线度自动化调整装置，其特征在于，所述校正单元还包括上位机，所述上位机分别与所述测距头和所述压电器件连接，用于收集所述导轨与所述底座侧面之间的距离值，并将所述距离值转化为最优修正电压值，输送所述最优修正电压值的电压信号至所述压电器件。7.根据权利要求6所述的线性导轨直线度自动化调整装置，其特征在于，所述校正单元还包括连接杆，所述连接杆安装在所述运动推板与所述校正块之间，用于连接所述运动推板与所述校正块。8.根据权利要求1所述的线性导轨直线度自动化调整装置，其特征在于，所述导轨设置有若干沉头孔，所述沉头孔内设置有与安装基座表面的安装孔相对应的待固定点位，配合螺栓，固定安装所述导轨在安装基座上。9.线性导轨直线度自动化调整方法，其特征在于，包括：固定导轨首末两端于安装基座上，使得所述导轨首末两端所在直线与底座侧面相平行；测量导轨两端分别与底座侧面的垂直距离，使其相等，并以此作为基准值d；测量导轨表面的若干待固定点位与所述底座侧面之间的距离值d，根据所述距离值d与所述基准值d的差值|d-d|和压电器件的自身性能，确定压电器件的最优修正电压值u；根据最优修正电压值u，计算压电器件的位移量，以此调整导轨表面若干固定点的位置；
验证已修正的待固定点位与底座侧面之间的修正距离值d'，使得修正距离值d'与基准值d之间的差值|d'-d|不超过导轨直线度修正阈值的判断下限δ1；固定所述已修正的待固定点位；完成导轨全长的待固定点位的固定，松开导轨两端，重复上述步骤，重新确定导轨两端的位置；固定导轨两端，完成导轨直线度的调整。10.根据权利要求9所述的线性导轨直线度自动化调整方法，其特征在于，所述根据所述距离值d与所述基准值d的差值|d-d|和压电器件的自身性能，确定压电器件的最优修正电压值u，包括：若|d-d|>δ1，使用高频电信号对压电器件进行扫频，以确定待固定点位与底座侧面之间的距离值回归至基准值的最优修正电压值；若|d-d|≤δ1，则无需调整导轨直线度。

技术总结
本发明提出线性导轨直线度自动化调整装置及调整方法，其中该装置包括导轨，还包括：驱动单元，驱动单元包括运动推板，运动推板连接校正单元，运动推板在所述导轨上方处设置有控制件。校正单元包括压电器件和校正块；校正块上端面设置有受控件，配合控制件，限制校正块的移动，使得校正块受到运动推板推动而移动，且运动推板的运动轨迹与校正块的运动轨迹无关；校正块下端沿导轨移动；压电器件安装在运动推板与校正块之间，驱动校正块，校正导轨表面的待固定点位，调整导轨的直线度。本发明解决了人工调整导轨直线度，对操作者工作经验、对安装面表面质量的依赖性问题，实现直线导轨全行程内直线度的连续检测及调整。全行程内直线度的连续检测及调整。全行程内直线度的连续检测及调整。


技术研发人员：张韬 沈曦 杨晨飞 曹桂平 董宁
受保护的技术使用者：合肥埃科光电科技股份有限公司
技术研发日：2023.06.09
技术公布日：2023/7/12