动态补偿装置及测量系统

技术领域

本发明涉及精密线性运动技术领域，特别涉及一种动态补偿装置及测量系统。

背景技术

在现有的精密线性运动系统中，测量系统可靠性要求高、精度要求高、结构空间小、储能大。

现有动态补偿机构多是通过圆柱螺旋弹簧及直线副来进行势能储存及进行动态形位保持。例如图1所示，其中，图1中的主滑架11和辅滑架12之间以轴孔配合作为直线保持运动副，通过多根圆柱螺旋压缩弹簧13作为储能器。

然而，图1的补偿机构只能够在y方向上进行动态补偿。对于图1的补偿机构，当在其他方向位置偏差较大时就会导致测量系统出现卡滞，或局部摩擦力增加，从而影响测量系统的寿命。

发明内容

本申请的主要目的是提供一种动态补偿装置，不但能够实现y方向的动态补偿，而且能够实现Ry方向的自由度的动态调整。

为实现上述目的，本申请提出了一种动态补偿装置，应用于测量系统的定子上，所述动态补偿装置包括：

第一滑架；

第二滑架，所述第一滑架和所述第二滑架位于所述定子内；以及，

第一弹性件，所述第一弹性件设置于所述第一滑架和所述第二滑架沿第一方向的中心处，所述第一弹性件的一端与所述第一滑架转动连接，另一端与所述第二滑架固定连接，所述第一弹性件用于吸收所述第一滑架和所述第二滑架运动时在第二方向和绕第二方向转动的位置偏差；

其中，所述第一方向为所述第一滑架与所述第二滑架的长度方向，所述第二方向为所述第一滑架与所述第二滑架的宽度方向。

在其中一个实施例中，所述第一滑架在沿所述第一方向的中心处具有凸起的连接部，所述连接部与所述第一弹性件转动连接。

在其中一个实施例中，所述第一弹性件朝向所述连接部的一端沿所述第一方向的中心设置有定位孔，所述连接部与所述定位孔间隙配合。

在其中一个实施例中，所述第一弹性件为呈弓形结构的片弹簧。

在其中一个实施例中，所述第一滑架上的连接部沿所述第二方向的厚度小于所述片弹簧与所述连接部连接处的第一弹片沿所述第二方向的厚度。

在其中一个实施例中，所述第一弹性件包括定位柱和圆柱螺旋弹簧；

所述定位柱固定在所述第一滑架朝向所述第二滑架的一侧，且所述定位柱位于所述第一滑架沿所述第一方向的中心处，所述圆柱螺旋弹簧的一端套设在所述定位柱上，另一端与所述第二滑架固定连接。

在其中一个实施例中，还包括两个第二弹性件，两个所述第二弹性件沿所述第二方向对称设置在所述第一滑架和所述第二滑架之间。

本申请还提供了一种测量系统，包括定子和动子，所述动子包含如本申请实施例中任意一项所述的动态补偿装置和至少四个滚动件，所述动子设置在所述定子中。

在其中一个实施例中，所述定子的表面设置有防腐层。

在其中一个实施例中，所述定子包括壳体和两个沿所述第一方向延伸的直线运动副，两个所述直线运动副对应设置在所述壳体内腔沿所述第二方向的相对两侧上；

在所述动子设置在所述定子时，所述动态补偿装置上的所述滚动件与所述直线运动副滚动连接。

本申请提供的动态补偿装置，由于第一弹性件本身能够沿第二方向伸缩，且第一弹性件的一端与第一滑架转动连接，另一端与第二滑架固定连接，因此，第一弹性件能够带动第二滑架相对第一滑架绕第二方向转动。当第一滑架和第二滑架在第二方向发生相对移动或转动时，第二弹性件就能够吸收第一滑架和第二滑架运动时在第二方向和绕第二方向转动的位置偏差，避免第一滑架和第二滑架之间的位置偏差过大。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为现有的补偿机构示意图；

图2为现有的补偿机构示意图；

图3为本申请一实施例提供的动态补偿装置的结构示意图；

图4为图3的截面示意图；

图5为图3的立体图；

图6为本申请一实施例提供的测量系统的结构示意图；

图7为图6中的壳体与直线运动副连接结构示意图；

图8为本申请一实施例提供的动态补偿装置的结构示意图。

附图标号说明：

本申请目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要说明，本申请实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本申请中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本申请要求的保护范围之内。

本说明书实施例提出一种动态补偿装置，可以应用于测量系统。参考图3至图5，图3为本申请提供的动态补偿装置的结构示意图，图4为图3的截面示意图，图5为图3的立体图。

在本实施例中，如图3所示，该动态补偿装置100可以包括：第一滑架10、第二滑架20以及第一弹性件30，其中，第一滑架10和第二滑架20位于定子内，第一弹性件30设置于第一滑架10和第二滑架20沿第一方向的中心处，第一弹性件30的一端与第一滑架10转动连接，另一端与第二滑架20固定连接，第一弹性件30用于吸收第一滑架10和第二滑架20运动时在第二方向和绕第二方向转动的位置偏差；其中，第一方向为第一滑架10与第二滑架20的长度方向，第二方向为第一滑架10与第二滑架20的宽度方向。

参考图3所述，本说明书实施例中第一方向为第一滑架10与第二滑架20的长度方向，即X轴方向；第二方向为第一滑架10与第二滑架20的宽度方向，即Y轴方向，绕第二方向转动的方向即为Ry方向。

在本实施例中，第一弹性件30可以是指在外力作用下可以发生形变，除去外力后又恢复原状，第一弹性件30在Y方向上可被弹性压缩，第一弹性件30可以为金属材质或者非金属材质，例如：片弹簧、螺旋弹簧、气体弹簧、橡胶弹簧等，具体的可以根据实际情况确定，本说明书实施例对此不作限定。

在本实施例中，第一弹性件30设置于第一滑架10和第二滑架20沿X轴方向的中心处。

在本实施例中，第一弹性件30安装在第一滑架10和第二滑架20之间的初始状态可以是在第一弹性件30处于自然状态时，此时，第一滑架10和第二滑架20沿Y轴的距离大于如图6中壳体60内腔沿Y轴的距离。当第一滑架10和第二滑架20安装到如图6中壳体60的内腔后，第一弹性件30处于压缩状态。

在本实施例中，转动连接的结构可以为轴孔结构、齿轮结构等，固定连接可以为焊接、螺栓连接、键连接等，具体的可以根据实际情况确定，本说明书实施例对此不作限定。

采用上述技术方案，由于第一弹性件30本身能够沿第二方向伸缩，且第一弹性件30的一端与第一滑架10转动连接，另一端与第二滑架20固定连接，因此，第一弹性件30能够带动第二滑架20相对第一滑架10绕第二方向转动。当第一滑架10和第二滑架20在第二方向发生相对移动或转动时，第二弹性件就能够吸收第一滑架10和第二滑架20运动时在第二方向和绕第二方向转动的位置偏差，避免第一滑架10和第二滑架20之间的位置偏差过大。

在一些实施例中，如图4所示，第一滑架10在沿第一方向的中心处具有圆形凸起的连接部40，连接部40与第一弹性件30转动连接。本实施例通过在第一滑架10上设置连接部40，从而方便将第一弹性件30与第一滑架10转动连接在一起。

上述连接部40可以为圆柱型结构，连接部40可以与第一滑架10一体形成，或者连接部40螺纹连接在第一滑架10上，具体的可以根据实际情况确定，本说明书实施例对此不作限定。

当然可以理解的是，上述连接部40还可以为其它可能的形状，比如螺旋状结构等，具体的可以根据实际情况确定，本说明书实施例对此不作限定。

在一些实施例中，第一弹性件30朝向连接部40的一端沿第一方向的中心可以设置有定位孔，连接部40与定位孔间隙配合。由于第一弹性件30上设置有定位孔，所以方便了第一弹性件30与连接部40的装配。

在一些实施例中，如图3或图4或图5所示，第一弹性件30为呈弓形结构的片弹簧。

参考图2所示，图2中的主滑架11和辅滑架12通过柔性铰链14作为储能器及直线副。由于柔性铰链14在发生过载时会产生塑性变形，从而会永久降低柔性铰链14所储存的势能甚至长时间使用会丧失补偿能力。

在本实施例中，由于片弹簧本身储能大，抗过载能力强，因此有效避免了图2中采用柔性铰链14所导致的问题。当片弹簧安装到第一滑架10和第二滑架20之间时，可以提高整体测量系统过载保护能力。而且由于本申请中的第一弹性件30为呈弓形结构的片弹簧，当该片弹簧按照如图5所示的位置结构安装时，片弹簧本身也就具有Rz方向的自由度，从而使得片弹簧具有Y、Ry以及Rz三个方向的自由度。

本实施例中的片弹簧由弹簧钢制成。由于弹簧钢本身成本低且具有良好的抗疲劳特性，所以由弹簧钢制成的片弹簧不但能降低成本，而且具有良好的抗疲劳特性。本实施例对片弹簧的材质不做特殊限制，具体可以根据实际要求进行选择。

在一些实施例中，如图3所示，第一滑架10上的连接部40沿第二方向的厚度小于片弹簧与连接部40连接处的第一弹片301沿第二方向的厚度。

由于连接部40沿Y轴的厚度小于第一弹片301沿Y轴的厚度，所以当连接部40与第一弹片301连接后，参考图3所示，连接部40的右端就不会从第一弹片301沿Y轴伸出，避免片弹簧在受压状态时，片弹簧上的其他弹片与连接部40的右端发生碰撞，从而影响片弹簧的使用寿命。

在一些实施例中，第一弹性件30包括定位柱和圆柱螺旋弹簧，其中，定位柱固定在第一滑架10朝向第二滑架20的一侧，且定位柱位于第一滑架10沿第一方向的中心处，圆柱螺旋弹簧的一端套设在定位柱上，另一端与第二滑架20固定连接。

在本实施例中，定位柱可以与第一滑架10一体形成，或者定位柱螺纹连接在第一滑架10上，具体可以根据实际情况确定，此处不作限定。同时，圆柱螺旋弹簧的内径与定位柱间隙配合，当圆柱螺旋弹簧套设到定位柱上后，圆柱螺旋弹簧不但能够沿Y轴方向伸缩，而且能够相对定位柱转动，即能够实现Ry向的运动。

在一些实施例中，该动态补偿装置还包括两个第二弹性件，两个第二弹性件沿第二方向对称设置在第一滑架10和第二滑架20之间，当然可以理解的是，两个第二弹性件也可以非对称的设置在第一滑架10和第二滑架20之间，具体可以根据实际情况确定，本说明实施例对此不作限定。

在本实施例中，第二弹性件可以是指在外力作用下可以发生形变，除去外力后又恢复原状，第二弹性件在Y方向上可被弹性压缩，第二弹性件可以为金属材质或者非金属材质，例如：片弹簧、螺旋弹簧、气体弹簧、橡胶弹簧等，具体的可以根据实际情况确定，本说明书实施例对此不作限定。

本实施中通过两个第二弹性件沿Y轴方向对称设置在第一滑架10和第二滑架20之间，从而可以增加动态补偿装置整体在Y轴方向的预压力。

如图5所示，本申请还提供了一种动子，该动子包括本申请实施例中任意一项的动态补偿装置和至少四个滚动件50，其中，动态补偿装置中的第一滑架10和第二滑架20沿第二方向的相对两侧上分别设置有两个滚动件50。

在本实施例中，滚动件50可以为向心轴承、滚珠等结构，本说明书实施例中对滚动件50的具体结构不作限制。滚动件50通过转轴连接在第一滑架10和第二滑架20上，且滚动件50能够绕Z轴转动。

在本实施例中，在设置4个滚动件50的情况下，其中两个滚动件50可以设置在第一滑架10沿X轴方向的两端，另两个滚动件50可以设置在第二滑架20沿X轴方向的两端。当然在一些实施方式中，还可以设置更多或者更少的滚动件50，具体的可以根据实际情况确定，本说明书实施例对此不作限定。

在本实施例中，设置在第一滑架10和第二滑架20上的滚动件50可以是对称的，也可以是不对称的，具体的可以根据实际情况确定，本说明书实施例对此不作限定。

本申请还提供了一种测量系统，包括定子和动子，如图6并结合图7、图8所示，动子设置在定子中。

在一些实施例中，该定子的表面设置有防腐层，防腐层的设置可以避免定子在使用时，表面受到腐蚀。该防腐层可以为油漆层，当然可以理解的是，上述防腐层还可以为其它可能的材料，例如，聚乙烯防腐涂料等，具体的可以根据实际情况确定，本说明书实施例对此不作限定。

在一些实施例中，定子包括壳体60和两个沿第一方向延伸的直线运动副70，两个直线运动副70对应设置在壳体60内腔沿第二方向的相对两侧上，在动子设置在定子内时，动态补偿装置上设置的滚动件50与直线运动副70滚动连接。

在本实施例中，当需要将第一滑架10、第二滑架20以及滚动件50装配到壳体60时，通过外力压缩第一弹性件30，以使第一弹性件30在Y轴方向收缩，此时，第一滑架10和第二滑架20沿Y轴距离减小，随后就可以将第一滑架10和第二滑架20安装到壳体60内。在第一滑架10和第二滑架20安装到壳体60内后，第一弹性件30处于压缩状态，此时，在第一弹性件30反作用力下，滚动件50就能够和直线运动副70滚动连接。

在本实施例中，直线运动副70可以为导轨、滑块、光轴，具体可以根据实际情况进行确定，本说明书实施例对此不作限制。当第一滑架10和第二滑架20安装到壳体60内后，滚动件50可以相对直线运动副70沿X轴方向移动。

本实施例中的测量系统可以为光栅尺位移传感器。本申请中的动态补偿装置的具体结构参照上述实施例，由于该测量系统中采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

以上所述仅为本申请的优选实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是在本申请的申请构思下，利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本申请的专利保护范围内。