CN102009369B

CN102009369B - 数控机床动态定位精度数据采集系统

Info

Publication number: CN102009369B
Application number: CN 201010299086
Authority: CN
Inventors: 蔡向林; 周启发; 陈刚; 邬振平; 郝平
Original assignee: Huizhou Timax Da Ya Bay Electronics & Machinery Co Ltd
Current assignee: Huizhou Timax Da Ya Bay Electronics & Machinery Co Ltd
Priority date: 2010-09-29
Filing date: 2010-09-29
Publication date: 2013-04-17
Anticipated expiration: 2030-09-29
Also published as: CN102009369A

Abstract

本发明涉及一种数控机床动态定位精度数据采集系统。所述系统包括一数据采集装置及一PC机，数据采集装置包括X轴光栅尺脉冲信号的采集电路/处理电路、Y轴光栅尺脉冲信号的采集电路/处理电路、数据采集起始位置使能电路、DSP控制电路。机床Z轴往下钻孔时，X、Y轴的伺服电机是停止的，利用Z轴往下钻孔的时间来采集X、Y轴光栅尺的位置，通过与预存标准数值进行计算/比较得出机床在实际加工过程钻孔定位精度。所述系统有别于传统的只能进行静态精度检测的激光检测仪，能够在数控机床高速运行中通过光栅尺反馈实时检测机床X、Y轴的实际位置，客观快速的反映出机床的机械安装精度和机床参数的调整情况及精度。

Description

数控机床动态定位精度数据采集系统

技术领域

本发明涉及一种检测设备，具体是指一种数控机床动态定位精度数据采集系统。

背景技术

目前数控机床的精度检测主要依据激光检测仪检测。这种检测方式有以下缺点：(1)激光检测仪需要专人进行操作，且体积大，不易校准，其校准误差会直接影响检测精度。(2)激光检测仪的价格非常昂贵，附件很多，在机床出现精度问题时，首先要排除激光检测仪本身精度问题，耗费大量人力物力。(3)激光检测仪只能进行静态精度检测，它的检测结果只能反映出机床本身的机械精度，不能反映出机床的加工精度。实际上，只有动态精度才能够反映出机床机械安装精度和机床参数的调整情况，也能够客观反映出机床实际的加工精度。因此采用激光检测仪对数控机床进行检测的技术难以全面推广。

另外，传统动态精度检测方法，采用对机床加工的工件进行检测的方式，进而根据这个工件的精度评价机床的精度。这种方法不可避免的受刀具和被加工工件材料的影响，干扰检测结果，不能反映出机床本身的实际加工精度；且费时费力。

因此，有必要开发一种新的能够实现动态数据采集的数控机床数据采集系统。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够实现动态数据采集的数控机床数据采集系统及依赖于该采集系统的机床动态定位精度检测方法。

为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案是：

一种数控机床动态定位精度数据采集系统，包括连接于机床光栅尺信号线与机床之间的数据采集装置及与数据采集装置信号连接的PC机，所述数据采集装置包括：X轴光栅尺脉冲信号的采集电路、Y轴光栅尺脉冲信号的采集电路；与上述两电路分别连接的X轴信号处理电路、Y轴信号处理电路；与X轴信号处理电路、Y轴信号处理电路连接对机床工作情况进行直接监控的DSP控制电路，所述DSP监控电路通过以太网与PC机信号连接；数据采集起始位置使能电路，与DSP控制电路连接，采集机床Z轴开始下钻的信号并处理后信输入给DSP控制电路。

具体的，所述DSP控制电路与PC机通过网络通讯电路实现信号连接。

所述X、Y轴光栅尺脉冲信号的采集电路分别采集X、Y轴光栅尺信号后传送给信号处理电路处理后再通过数据总线输出给DSP控制电路；再由DSP控制电路传送给计算机进行数据的分析计算，最终得到机床的定位精度，并存储。

依赖于上述系统，本发明还保护所述数控机床动态精度检测方法，其步骤为：

(1)将所述数据采集装置与机床对应连接，并通过网络与PC机连接；

(2)开启机床、计算机及所述数据采集装置，当机床主轴向下钻孔时，采用所述数据采集装置实时采集机床X轴和Y轴光栅尺的位置信号；

(3)所述信号通过网络传递给PC机，由PC机计算并显示主轴下钻过程中X、Y轴的实际位置与规定位置的误差；

(4)由PC机根据钻孔的密集度计算确定机床的实际加工精度。

所述主轴向下钻孔时，所述数据采集装置采集机床X轴和Y轴光栅尺的位置信号次数为8-10次。

本发明与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：所述数控机床数据采集系统及检测方法能够在机床正常工作中对机床的精度进行检测，整个检测过程完全消除了人为因素可能造成的误差，为机床的实际加工精度提供了一个更加可靠的数据依据，方便在机床调试、检验中提高机床精度。同时，所述数据采集装置体积小，外部线路简单，操作方便，不易出错。

附图说明

附图1是数控机床动态定位精度数据采集系统的原理框图；

附图2是所述数据采集系统X轴光栅尺信号采集电路原理示意图；

附图3是所述数据采集系统X轴信号处理电路原理示意图；

附图4是所述数据采集系统Y轴光栅尺信号采集电路原理示意图；

附图5是所述数据采集系统Y轴信号处理电路原理示意图；

附图6是所述数据采集系统DSP控制电路原理示意图；

附图7是所述数据采集系统采集起始位置使能电路原理示意图；

附图8是所述数据采集系统电源及数据采集使能输入接口；

附图9是所述数据采集系统以太网通信接口电路原理示意图；

附图10是所述数据采集系统以太网通信电路原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明的技术方案作进一步的详细说明。

参照图1，本发明所述数控机床动态定位精度数据采集系统，包括数据采集装置及一PC机；所述数据采集装置连接于机床光栅尺信号线与机床之间用于采集机床X、Y轴光栅尺信号，PC机用于信号数据的综合处理和分析，最终得到待测机床的动态定位精度数据。

所述数据采集装置包括：X轴光栅尺脉冲信号的采集电路、Y轴光栅尺脉冲信号的采集电路；与上述两电路分别连接的X轴信号处理电路、Y轴信号处理电路；与X轴信号处理电路、Y轴信号处理电路连接对机床工作情况进行直接控制的DSP控制电路，所述DSP控制电路与PC机通过以太网信号连接。

具体实施时，见图2～7，所述X轴光栅尺脉冲信号的采集电路将X轴光栅尺A相和B相正负信号分别经芯片U4的A、B通道后再经总线驱动芯片U5分为两路信号，一路经U5的5、7脚输出给X轴信号处理电路，另一路经U3A、B通道输出，返回给机床的伺服控制卡；X轴光栅尺C相信号经芯片U4C通道进入，再由芯片U3C通道输出，返回给机床的伺服控制卡。所述X轴信号处理电路包括智能处理芯片U11，其接收X轴光栅尺脉冲信号采集电路的信号并处理后通过数据总线输出给DSP控制电路。

所述Y轴光栅尺脉冲信号的采集电路将Y轴光栅尺A相和B相信号分别经芯片U2A、B通道后，再经总线驱动芯片U10分为两路信号，一路信号经U1A、B通道输出，另一路输出给Y轴信号处理电路；Y轴光栅尺C相信号经芯片U2C通道进入，再由芯片U1C通道输出。所述Y轴信号处理电路包括智能处理芯片U12，其接收Y轴光栅尺脉冲信号采集电路的信号并处理后通过数据总线也输出给DSP控制电路。

所述DSP控制电路采用DSP芯片U8，其通过2、3脚输出片选信号给X、Y轴信号处理电路的智能芯片U11、U12；通过数据总线读取/保存U11、U12输出的X轴和Y轴的位置信号。

所述数据采集起始位置使能电路包括光藕U9、二极管D6、电容C34、C35、电阻R55、R56、R57、R58；所述数据采集起始位置使能信号与稳压二极管D6稳压端、电阻R58一端、电容C35一端均连接；稳压二极管D6的阳极通过电阻R57与光藕U9的1脚联接；光藕U9的第4脚通过电阻R55与DSP芯片连接，光藕U9第2、3脚接地。

如图9、10，所述以太网电路包括芯片U13、U14、U15、电阻R51、R52、R53、发光二极管RX、TX、LEN、二极管D8、电容C36、C37等。芯片U15、二极管D8、电容C36、C37组成以太网的电源电路；以太网信号经变压器与芯片U14联接；芯片U14通过27、28、29、30与DSP联接，电阻R51、R52、R53分别与发光二极管RX、TX、LEN串联组成以太网的状态显示电路。

如图7、8分别为所述数据采集系统采集起始位置使能电路原理示意图及所述数据采集系统电源及数据采集使能输入接口。如图7中，EN-IN端通过图8所示接口接数据采集装置的DSP芯片12脚，L-EN端接机床主控系统。24V电源由机床引入通过所述数据采集装置内部电源模块转换后为所述数据采集装置中各模块供电。

为了使用方便，所述数据采集装置采用与机床相同的24V供电电源工作，所述PC机中安装。

所述数据采集装置使用时：

1.首先将机床的光栅尺信号线拆下，将X轴光栅尺信号线插入数据采集装置X轴光线输入口，将Y轴光栅尺信号线插入数据采集装置Y轴光线输入口，再将动态精度采集装置X轴输出口线连接至机床光栅尺X轴输入接口，动态精度采集装置Y轴输出口线连接至机床光栅尺Y轴输入接口；

2.将所述数据采集装置电源及数据采集使能输入接口连接至机床的24V及TBK接口(用于断刀检测使能，可同时用于数据采集装置工作使能)；

3.将数据采集装置的以太网通信接口用标准网线连接至另一台计算机的以太网接口；

4.开启机床运行钻孔程序，并启动另一台计算机运行动态数据采集程序，并在计算机程序系统中填入与机床动态数据采集装置相应的IP地址，以实现数据的传输；

5.复位机床至零位；在计算机数据采集程序中选择开始监测功能，使其与动态精度检测装置连接；再点击采集位置清零，使动态数据采集程序位置清零；此时移动机床到任何一个点，在动态数据采集程序中点击<读当前XY位置>则可以在PC机窗口中显示出当前机床的XY轴位置坐标。

6.从机床钻孔程序中调取一个钻孔文件，并将文件移动到适当的位置。将该文件考入上述PC机上，从动态数据采集程序中点击<导入drl文件>，打开文件。再在动态数据采集程序中填入与机床上相同的零点坐标和零点偏移坐标。

7.将机床移动到文件的第一个记录上。在动态数据采集程序中填入开始记录号为1，点击确定，再点击开始采样，动态数据采集程序和动态精度检测装置开始工作。

8.在机床上执行全部钻孔，此时PC机的动态数据采集程序中也会显示机床的实时移动坐标。

在PC机窗口中会显示每一个坐标的数据包，每一个数据包会显示10组坐标(坐标数可以修改)，分别是Z轴开始下钻(起钻位)到最深点(终钻位)过程中采集到的10次位置坐标。这10次位置数据与理论位置(X轴坐标，Y轴坐标)的最大差值即为X轴和Y轴的误差(X轴误差，Y轴误差)。将这些数据再与导入的钻孔文件中的相应坐标(理论X轴，理论Y轴)进行对比即可得出实际位置与文件的误差(X轴误差2，Y轴误差2)。这些数据都会显示在程序中心的窗口中。程序可以设置误差范围(规格上限，规格下限)，当某一组数据超过范围就会在相应的孔记录坐标上显示不同颜色来警示。在采样过程中或采样结束后都可以点击<CPK值>计算出当前已钻过的所有孔的CPK值(孔的密集度)，并可生成图表，方便查看。程序中还可以填入与机床相关的信息，如机床编号、主轴编号等，可随检测结果一起保存为文本文件，供以后查阅和参考。

本发明所述系统中未具体描述的模块均为现有技术中的成熟模块，因此不对其具体实现方式赘述。

上述实施例仅为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不局限于此，在任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种数控机床动态定位精度数据采集系统，包括连接于机床光栅尺信号线与机床之间的数据采集装置及与数据采集装置信号连接的PC机，其特征在于：所述数据采集装置包括：

X轴光栅尺脉冲信号的采集电路、Y轴光栅尺脉冲信号的采集电路；

与上述两电路分别连接的X轴信号处理电路、Y轴信号处理电路；

与X轴信号处理电路、Y轴信号处理电路连接对机床工作情况进行直接控制的DSP控制电路，所述DSP控制电路与PC机信号连接；

数据采集起始位置使能电路，与DSP控制电路连接，采集机床Z轴开始下钻信号并处理后输入给DSP控制电路；

所述数据采集起始位置使能电路包括光耦U9、二极管D6、电容C34、C35、电阻R55、R56、R57、R58；数据采集起始位置使能信号端与稳压二极管D6稳压端、电阻R58一端、电容C35一端均连接；稳压二极管D6的阳极通过电阻R57与光耦U9的输入端二极管正极联接；光耦U9的输出端感应三极管集电极通过电阻R55与DSP控制电路中DSP芯片连接，光耦U9输入端二极管负极、输出端感应三极管发射极接地。

2.根据权利要求1所述的数控机床动态定位精度数据采集系统，其特征在于：所述DSP控制电路与PC机通过网络通讯电路实现信号连接。

3.根据权利要求2所述的数控机床动态定位精度数据采集系统，其特征在于：所述X轴光栅尺脉冲信号的采集电路将X轴光栅尺A相和B相正负信号分别经芯片U4 AM26LS32的A、B通道后再经总线驱动芯片U5 74LS244分为两路信号，一路经U5 74LS244的第一、第二输出端输出给X轴信号处理电路，用来读取机床X轴的实际位置；另一路经U3 AM26LS31的A、B通道输出，返回给机床的伺服控制卡；X轴光栅尺C相信号经芯片U4 AM26LS32的C通道进入，再由芯片U3 AM26LS31的C通道输出，返回给机床的伺服控制卡；

所述Y轴光栅尺脉冲信号的采集电路将Y轴光栅尺A相和B相信号分别经芯片U2 AM26LS32的A、B通道后，再经总线驱动芯片U10 74LS244分为两路信号，一路信号经U1 AM26LS31的A、B通道输出，返回给机床的伺服控制卡；另一路输出给Y轴信号处理电路；Y轴光栅尺C相信号经芯片U2 AM26LS32的C通道进入，再由芯片U1AM26LS31的C通道输出，返回给机床的伺服控制卡。

4.根据权利要求3所述的数控机床动态定位精度数据采集系统，其特征在于：所述X轴信号处理电路包括智能处理芯片U11EPM3064A_E，其接收X轴光栅尺脉冲信号的采集电路信号并处理后通过数据总线输出给DSP控制电路；

所述Y轴信号处理电路包括智能处理芯片U12EPM3064A_E，其接收Y轴光栅尺脉冲信号采集电路信号处理后并通过数据总线输出给DSP控制电路。

5.根据权利要求4所述的数控机床动态定位精度数据采集系统，其特征在于：所述DSP控制电路包括DSPIC33FJ12MC202A芯片U8，其通过两I/O口输出片选信号给X、Y轴信号处理电路的智能芯片U11EPM3064A_E、U12EPM3064A_E；通过数据总线读取/保存U11EPM3064A_E、U12EPM3064A_E输出的X轴和Y轴的位置信号。

6.一种依赖于权利要求1-5中任意一项所述的数控机床动态定位精度数据采集系统的数控机床动态精度检测方法，其步骤为：

(4)由PC机根据钻孔的密集度计算确定机床的实际加工精度。

7.根据权利要求6所述的数控机床动态精度检测方法，其特征在于：所述主轴向下钻孔时，所述数据采集装置采集机床X轴和Y轴光栅尺的位置信号次数为8-10次。