運(yùn)動精度測控系統(tǒng)設(shè)計論文

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1測控系統(tǒng)原理與硬件配置

1.1測控原理

滾動直線導(dǎo)軌副作為機(jī)床的重要功能部件，能夠承受寬范圍載荷，并能承載多個方向上力及力矩的作用，力及力矩對于滾動直線導(dǎo)軌副運(yùn)動影響會呈現(xiàn)不同的運(yùn)動特點(diǎn)，其誤差范圍直接決定直線導(dǎo)軌副的定位精度和精度保持性。設(shè)計時只能允許滑塊沿導(dǎo)軌的軸向方向運(yùn)動，但是由于制造誤差、安裝誤差、預(yù)加載荷等因素的影響，使其承受上下、左右方向的力，以及顛簸力矩、擺動力矩和搖動力矩，則運(yùn)動精度應(yīng)該從六個自由度上進(jìn)行判定。根據(jù)山東博特精工股份有限公司對產(chǎn)品運(yùn)動精度性能測量要求，僅檢測導(dǎo)軌副垂直方向直線度誤差和水平方向直線度誤差，也就是滑塊的頂面對導(dǎo)軌基準(zhǔn)地面的平行度S1和與導(dǎo)軌基準(zhǔn)側(cè)面同側(cè)的滑塊側(cè)面對導(dǎo)軌基準(zhǔn)側(cè)面的平行度S2，整個測控系統(tǒng)的工作原理：當(dāng)測試試驗(yàn)臺安裝上被測量導(dǎo)軌后，工控機(jī)通過運(yùn)動控制卡控制直線電機(jī)滑臺在高速靜音導(dǎo)軌上運(yùn)動，滑臺上聯(lián)接板通過稱重傳感器與兩滑塊相連，被測量滑塊的頂面和側(cè)面安裝兩個電感測頭，滑塊在被測導(dǎo)軌上運(yùn)動時電感雙測量頭測量滑塊相對于導(dǎo)軌基準(zhǔn)的偏移量。直線電機(jī)滑臺的運(yùn)動位置通過計數(shù)卡記錄光柵尺脈沖信號個數(shù)來確定，每行走一定距離或一段時間間隔，根據(jù)計數(shù)卡設(shè)置的中斷基數(shù)中斷采集滑塊兩測量面的運(yùn)動精度并通過串口將測量數(shù)據(jù)傳遞到工控機(jī)，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動精度在線檢測,按照導(dǎo)軌精度保持性評價標(biāo)準(zhǔn)檢測導(dǎo)軌滑塊在兩個方向運(yùn)動精度。

1.2系統(tǒng)硬件配置

高速滾動直線導(dǎo)軌副測控試驗(yàn)臺運(yùn)動控制系統(tǒng)主要是完成模擬工況下運(yùn)動精度的測量，根據(jù)試驗(yàn)要求和功能目標(biāo)的需要，應(yīng)該選擇合適的運(yùn)動控制器及測量傳感器。

2測量軟件設(shè)計

2.1運(yùn)動控制構(gòu)成

基于運(yùn)動控制卡開發(fā)界面化集成高的運(yùn)動控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)的軟件應(yīng)用VB來實(shí)現(xiàn)，運(yùn)動控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的具體功能如圖3所示。該控制軟件系統(tǒng)主要由位置反饋、參數(shù)設(shè)置、控制方式的選擇三個主要部分組成。位置反饋模塊主要記錄直線電機(jī)滑臺的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)；參數(shù)設(shè)置模塊是在試驗(yàn)臺運(yùn)行前設(shè)置試驗(yàn)控制參數(shù)，使得滑臺按照規(guī)定功能和設(shè)定路線往復(fù)運(yùn)動；控制方式模塊是軟件控制的輸入端，是軟件控制系統(tǒng)的核心模塊。該運(yùn)動控制軟件顯示了直線電機(jī)滑臺的運(yùn)行里程、運(yùn)行時間以及運(yùn)行次數(shù)，記錄直線電機(jī)滑臺當(dāng)前的位置和速度等重要參數(shù)，為滾動直線導(dǎo)軌副運(yùn)動精度測試提供運(yùn)行參數(shù)依據(jù)。

2.2人機(jī)交互界面設(shè)計

運(yùn)動精度的測量軟件是保證精度測量關(guān)鍵，主界面是由工件參數(shù)設(shè)置、測量參數(shù)設(shè)置、測量界面、歷史查看、打印報表等部分組成。測量界面主要有兩個數(shù)據(jù)通道，分別記錄導(dǎo)軌副滑塊頂面中心對導(dǎo)軌基準(zhǔn)底面的直線度和與導(dǎo)軌基準(zhǔn)側(cè)面同側(cè)的滑塊側(cè)面對導(dǎo)軌基準(zhǔn)側(cè)面的直線度，能夠同時進(jìn)行測量結(jié)果的曲線繪制、數(shù)據(jù)保存。測量界面上有個調(diào)零按鈕，它的作用是利用軟件調(diào)整電感測頭參數(shù)以適應(yīng)運(yùn)動精度測量的要求。當(dāng)測量導(dǎo)軌運(yùn)動精度時，需要通過調(diào)零按鈕調(diào)整電感顯示儀使其雙通道顯示為零，然后開始運(yùn)動精度的測量。該運(yùn)動精度測量軟件可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動精度的定時采集和位置采集，定時采集通過VB軟件內(nèi)部定時器每隔相同的時間段采集一次數(shù)據(jù)，但由于工作臺在不同時間間隔移動的速度并不完全相同，因此此種采集方式并不能實(shí)現(xiàn)直線滑臺的精確定位。位置采集是借助PCI—1784計數(shù)卡來完成，解決了信號采集的定位誤差。為分析運(yùn)動精度測量結(jié)果，對運(yùn)動精度的測量結(jié)果進(jìn)行曲線擬合，選用“誤差的平方和最小”的計算方法衡量試驗(yàn)數(shù)據(jù)，這樣的函數(shù)逼近試驗(yàn)數(shù)據(jù)的方式符合實(shí)際要求，同時函數(shù)模型比較清晰。測量軟件的設(shè)計中采用了最小二乘法對檢測結(jié)果進(jìn)行后處理，最小二乘法直線擬合實(shí)驗(yàn)結(jié)果求得滾動直線導(dǎo)軌副的直線度誤差，對于直線度誤差的評定更加直觀，提高檢測效率。

3結(jié)束語

本文主要設(shè)計了滾動直線導(dǎo)軌副運(yùn)動精度測量系統(tǒng)，利用VisualBasic6.0開發(fā)了試驗(yàn)臺運(yùn)動精度測試系統(tǒng)軟件，很好的完成滾動直線導(dǎo)軌副運(yùn)動精度的測量任務(wù)。該測控試驗(yàn)臺已在企業(yè)投入應(yīng)用，設(shè)計合理，運(yùn)行可靠，很好的為直線導(dǎo)軌副的精度檢測提供測試平臺。

作者:姜洪奎趙佳佳宋現(xiàn)春宋義順王璐單位:山東建筑大學(xué)濟(jì)南二機(jī)床集團(tuán)有限公司