一种用于测量物体质心偏离转轴程度的装置的制作方法

本实用新型涉及高精度测量的设备领域，具体涉及一种用于测量物体质心偏离转轴程度的装置。

背景技术：

本领域业界内，一直没有一个成熟的设备直接测量盘基片的偏心程度，特别是当盘基片的偏心程度很小，即在毫克毫米级时，传统测量质心设备无法实现高精度的盘基片的偏心程度的测量。

现有产业链中，对于盘基片的偏心程度的控制，主要通过管控盘基片的圆度，平行度，均匀度等静态参数来间接控制。另外，目前的对盘基片偏心程度的测量方法通常需要先将盘基片经过磁处理组装成硬盘后，通过测量磁场读取信号扰动来间接判断盘基片的偏心程度，但这样测量出来的结果包括了硬盘、电机、转子等部件造成的偏心分量，无法准确得出由盘基片自身带来的偏心振动。而且，从盘基片到组装成硬盘，周期较长，不利于时管控评估产线上的盘基片的偏心程度。

故此，有必要设计一种用于测量物体质心偏离转轴程度的装置，以克服上述问题。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是，针对现有技术中的存在的上述问题，提供一种用于测量物体质心偏离转轴程度的装置，其采用高精度的非接触式激光位移测量，能够实现盘基片微小偏心程度的定量测试，另外，所述装置的集成度高且操作方便，可在线检测加工产线上的盘基片。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种用于测量物体质心偏离转轴程度的装置，包括：

基座；

转动模块，其具有通过柔性结构固定于所述基座的底板、安装于所述底板的电机、套固于所述电机的输出轴的用于固定待测物体的夹持器、以及固定于所述底板的振动靶条，其中，所述夹持器具有三个等间隔均匀排布的定位部；

标准质量块，用于先后放置于三个所述定位部；

激光位移传感器，其发出的激光束对准所述振动靶条，用于测量所述振动靶条的振动幅值；

第一控制器，电连接所述电机，用于控制所述电机的启停；

第二控制器，电连接所述激光位移传感器，用于控制所述激光位移传感器的启停；

处理模块，通信连接所述激光位移传感器，用于接收并根据所述激光位移传感器测得的所述振动靶条的振动幅值计算出所述待测物体的偏心惯量。

本实用新型提供的用于测量物体质心偏离转轴程度的装置中，所述电机的输出轴的转动频率与所述振动靶条的固有频率相匹配。

本实用新型提供的用于测量物体质心偏离转轴程度的装置中，所述基座的下侧设有隔振垫。

本实用新型提供的用于测量物体质心偏离转轴程度的装置中，所述基座由密度大于等于4kg/m³重质金属材料制成。

本实用新型提供的用于测量物体质心偏离转轴程度的装置中，所述柔性结构包括四个呈Z型的金属件，所述金属件包括上连接臂、下连接臂和垂直连接所述上连接臂和所述下连接臂的支撑臂。

本实用新型提供的用于测量物体质心偏离转轴程度的装置中，所述基座上侧具有凹陷形成的沉台，所述柔性机构固定于所述沉台。

本实用新型提供的用于测量物体质心偏离转轴程度的装置中，所述夹持器包括呈圆盘状的上圆盘，所述上圆盘的上表面设有六个所述定位部，六个所述定位部在所述上圆盘的圆周方向上两两相互间隔60度设置。

实施本实用新型提供的，可以达到以下有益效果：所述用于测量物体质心偏离转轴程度的装置，包括：基座；转动模块，其具有通过柔性结构固定于所述基座的底板、安装于所述底板的电机、套固于所述电机的输出轴的用于固定待测物体的夹持器、以及固定于所述底板的振动靶条，其中，所述夹持器具有三个等间隔均匀排布的定位部；标准质量块，用于先后放置于三个所述定位部；激光位移传感器，其发出的激光束对准所述振动靶条，用于测量所述振动靶条的振动幅值；第一控制器，电连接所述电机，用于控制所述电机的启停；第二控制器，电连接所述激光位移传感器，用于控制所述激光位移传感器的启停；处理模块，通信连接所述激光位移传感器，用于接收并根据所述激光位移传感器测得的所述振动靶条的振动幅值计算出所述待测物体的偏心惯量。由此，所述装置能够实现盘基片微小偏心程度的定量测试，另外，所述装置的集成度高且操作方便，可在线检测加工产线上的盘基片。

附图说明

图1为本实用新型较佳实施例的立体组合示意图；

图2为本实用新型较佳实施例的立体分解示意图；

图3为本实用新型较佳实施例的转动模块的第一立体示意图；

图4为本实用新型较佳实施例的转动模块的第二立体示意图；

图5为本实用新型较佳实施例的转动模块的侧面意图；

图6为本实用新型较佳实施例中未将标准质量模块放置在转动模块中时的上圆盘的正面示意图；

图7为本实用新型较佳实施例中将标准质量模块放置在转动模块中时的上圆盘的正面示意图；

图8为本实用新型较佳实施例的处理模块采用的三点法计算偏心矢量的示意图。

具体实施方式的附图标号说明：

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1、图2和图7所示，为本实用新型提供的用于测量物体质心偏离转轴程度的装置的较佳实施例，所述装置包括基座1、转动模块2、标准质量块、激光位移传感器4、第一控制器5、第二控制器6和处理模块。

所述基座1为扁平的长方体板状结构，其由密度大于等于4kg/m³重质金属材料制成，例如，铜、铁、铅等。所述基座1上表面向下凹陷形成一沉台11。

如图3所示，所述转动模块2包括底板21、电机22、夹持器23和振动靶条24。

所述底板21为扁平的长方体板状结构，其长宽小于所述沉台11的长宽，所述底板21下表面向上凹陷形成一凹陷部211(参见图4)。所述底板21通过柔性结构固定于所述基座1，具体的，所述柔性结构包括四个呈Z型的金属件81，所述金属件81包括上连接臂811、下连接臂812和垂直连接所述上连接臂811和所述下连接臂812的支撑臂813，所述金属件81的上连接臂811嵌入所述底板21的所述凹陷部211的上表面内，且通过螺栓紧固于所述底板21，所述金属件81的下连接臂812嵌入所述基座1的所述沉台11的下表面，且通过螺栓紧固于所述基座1。

所述电机22固定于所述底板21的中部，所述电机22的输出轴向上穿出所述底板21，且与所述底板21垂直。

参见图5和图6，所述夹持器23包括上圆盘231、下圆盘232和三个夹持螺钉233。所述上圆盘231呈圆盘状，其上表面设有六个定位部2311a、2311b、2311c、2311d、2311e、2311f，六个所述定位部2311a、2311b、2311c、2311d、2311e、2311f在所述上圆盘231的圆周方向上两两相互间隔60度设置，所述定位部2311到所述上圆盘231圆心的距离为R。本实施例中，所述定位部2311a、2311b、2311c、2311d、2311e、2311f均为自所述上圆盘231表面凹陷形成的卡槽结构，所述标准质量块的轮廓尺寸设计为与所述卡槽结构相匹配，以使所述标准质量块恰好可嵌入所述定位部2311a、2311b、2311c、2311d、2311e、2311f中。三个所述夹持螺钉233紧自上而下穿过所述上圆盘231并与所述下圆盘232紧固，三个所述夹持螺钉233在所述上圆盘231的圆周方向上两两相互间隔120度布置。

如图3所示，所述振动靶条24包括固定部241和振动部242，所述固定部241通过螺栓紧固于所述底板21的上表面。所述振动部242呈条形长方体结构，与所述固定部241垂直。

所述激光位移传感器4安装于所述基座1的上表面，其发出的激光束对准所述振动靶条24的振动部242的顶端测点位置，以测量所述振动靶条24的振动幅值。

所述第一控制器5和所述第二控制器6均安装于所述基座1的上表面，所述第一控制器5与所述电机22电性连接，以控制所述电机22的启停，所述第二控制器6与和所述激光位移传感器4电性连接，以控制所述激光位移传感器4的启停。

所述处理模块通信连接所述激光位移传感器4，所述处理模块采用移动智能设备，例如，移动电脑、智能手机等，所述处理模块内置有可根据三点法计算偏心位置与偏向长度的计算程序，以使所述处理模块能够接收并根据所述激光位移传感器4测得的所述振动靶条24的振动幅值计算出所述待测物体的偏心惯量。

为了更好的说明本实施例提供的所述装置，现以测量盘基片的质心偏离转轴程度为例，详细说明所述装置的使用方法。

首先进行所述转动模块2未安装所述盘基片情况下的偏心矢量测量，具体包括以下步骤：

第一步，所述装置中不安装所述盘基片和所述标准质量块的情况下，通过所述第一控制器5和所述第二控制器6分别驱动所述电机22和所述激光位移传感器4。所述电机22带动所述夹持器23旋转，所述夹持器23进而带动所述底板21振动，所述底板21进而激起所述振动部242振动，以使所述振动部242发生弯曲变形。所述激光位移传感器4测量此时所述振动部242的振动幅值，记为AO。

第二步，通过所述第一控制器5和所述第二控制器6关闭所述电机22和所述激光位移传感器4。将所述标准质量块放置于所述定位部2311a，然后通过所述第一控制器5和所述第二控制器6重新驱动所述电机22和所述激光位移传感器4。所述电机22带动所述夹持器23旋转，所述夹持器23进而带动所述底板21振动，所述底板21进而激起所述振动部242振动，以使所述振动部242发生弯曲变形。所述激光位移传感器4测量此时所述振动部242的振动幅值，记为R1。

第三步，通过所述第一控制器5和所述第二控制器6关闭所述电机22和所述激光位移传感器4。将所述标准质量块移动至所述定位部2311c，然后通过所述第一控制器5和所述第二控制器6重新驱动所述电机22和所述激光位移传感器4。所述电机22带动所述夹持器23旋转，所述夹持器23进而带动所述底板21振动，所述底板21进而激起所述振动部242振动，以使所述振动部242发生弯曲变形。所述激光位移传感器4测量此时所述振动部242的振动幅值，记为R2。

第四步，通过所述第一控制器5和所述第二控制器6关闭所述电机22和所述激光位移传感器4。将所述标准质量块移动至所述定位部2311e，然后通过所述第一控制器5和所述第二控制器6重新驱动所述电机22和所述激光位移传感器4。所述电机22带动所述夹持器23旋转，所述夹持器23进而带动所述底板21振动，所述底板21进而激起所述振动部242振动，以使所述振动部242发生弯曲变形。所述激光位移传感器4测量此时所述振动部242的振动幅值，记为R3。

至此，所述处理模块可根据所述激光位移传感器4测量的AO、R1、R2和R3，采用三点法计算出所述转动模块2的偏心矢量。参见图8，具体的计算过程为：以点O为圆心AO为半径做圆101，在圆101的圆周上选取三个分别对应所述定位部2311a、定位部2311c和定位部2311f的点A、点B和点C，以点A为圆心R1为半径做圆102，以点B为圆心R2位半径做圆103，以点C为圆心R3为半径做圆104，将半径较大的两个圆(即圆102和圆104)的且位于圆101内的交点记为点K，矢量即可表示所述转动模块2未安装所述盘基片情况下的偏心位置和偏向长度。

然后进行所述转动模块2安装有所述盘基片情况下的偏心矢量测量，具体包括以下步骤：

第五步，通过所述第一控制器5和所述第二控制器6关闭所述电机22和所述激光位移传感器4。将所述标准质量块移出，并将所述盘基片固定于所述夹持器23的上圆盘231与下圆盘232之间，然后通过所述第一控制器5和所述第二控制器6重新驱动所述电机22和所述激光位移传感器4。所述电机22通过所述夹持器23带动所述盘基片旋转，所述盘基片进而带动所述底板21振动，所述底板21进而激起所述振动部242振动，以使所述振动部242发生弯曲变形。所述激光位移传感器4测量此时所述振动部242的振动幅值，记为AO’。

依次重复第二步至第四步，分别测得所述振动靶条24的振动部242在三种情况下的振动幅值分别为R1’，R2’和R3’。

至此，所述处理模块可计算得出所述转动模块2安装有所述盘基片情况下的偏心矢量，具体计算过程同上，故不再赘述，得出的结果记为矢量

所述处理模块进而可以得出由所述盘基片引入的偏心分量为所述盘基片的偏心惯量Ψ＝M_c×R×(OR-OK)/(OR×OK)，其中，M_c为盘基片的质量。至此，测得所述盘基片的质心偏离所述电机22的输出轴程度。

需要说明的是，所述装置不限于盘基片的偏心程度的测量，其也能用于其他类对质心和转轴同心度要求高的精密部件的偏心程度的测量和管控。

进一步的，所述电机22的输出轴的转动频率与所述振动靶条24的固有频率相匹配。也就是说，当所述电机22的输出轴带动所述夹持器23转动，进而使得所述底板21振动时，所述底板21的振动频率恰好使得所述振动靶条24的振动部242处于一阶模态，也即，此时所述底板21的振动频率等于所述振动靶条24的振动部242的固有频率，从而产生共振效应，使得所述振动部242的振动更加明显而容易被所述激光位移传感器4捕捉。

进一步的，所述基座1的下侧还设有隔振垫12，所述隔振垫12为框形结构，其可以防止所述装置运行时对其周围的物体产生影响。

进一步的，所述基座1的上侧还设有壳罩13，所述壳罩13围绕所述第一控制器5、所述第二控制器6和所述激光位移传感器4，以使得所述装置外观美观。所述壳罩13的位于所述激光位移传感器4和所述振动靶条24之间的位置处开设有贯通孔，以便于所述激光位移传感器4测量所述振动靶条24的振动幅值。

实施本实用新型提供的一种，具有以下有益效果：

1、所述用于测量物体质心偏离转轴程度的装置，包括：基座1；转动模块2，其具有通过柔性结构固定于所述基座1的底板21、安装于所述底板21的电机22、套固于所述电机22的输出轴的用于固定待测物体的夹持器23、以及固定于所述底板21的振动靶条24，其中，所述夹持器23具有三个等间隔均匀排布的定位部2311；标准质量块，用于先后放置于三个所述定位部2311；激光位移传感器4，其发出的激光束对准所述振动靶条24，用于测量所述振动靶条24的振动幅值；第一控制器5，电连接所述电机22，用于控制所述电机22的启停；第二控制器6，电连接所述激光位移传感器4，用于控制所述激光位移传感器4的启停；处理模块，通信连接所述激光位移传感器4，用于接收并根据所述激光位移传感器4测得的所述振动靶条24的振动幅值计算出所述待测物体的偏心惯量。所述装置采用非接触激光三角法位移测量方法，精确测量所述振动靶条24的振动，实现微米级振动测量，采用非接触振动测量，测试过程中不引入测试干扰误差，实现盘基片微小偏心程度的定量测试，另外，所述装置的集成度高且操作方便，可在线检测加工产线上的盘基片。

2、所述电机22的输出轴的转动频率与所述振动靶条24的固有频率相匹配。也就是说，当所述电机22的输出轴带动所述夹持器23转动，进而使得所述底板21振动时，所述底板21的振动频率恰好使得所述振动靶条24的振动部242处于一阶模态，也即，此时所述底板21的振动频率等于所述振动靶条24的振动部242的固有频率，从而产生共振效应，实现微小级振动的放大，使得所述振动部242的振动更加明显而容易被所述激光位移传感器4捕捉。

上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，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，而不是限制性的，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，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。