CN103411543B - 丝杆导程精度检测设备及其测头装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及丝杆检测的领域，尤其涉及一种丝杆导程精度的检测设备。本发明的丝杆导程精度检测设备，包括：机械部分、运动控制部分、数据采集部分、计算机，其中：该机械部分包括：仪器主架、检测轨道、直线栅尺、圆光栅副、及测头装置；该运动控制部分包括：电机、电机驱动器、运动控制卡；该数据采集部分包括：数据采集卡和信号转接板；该计算机上安装有检测软件，并采用通过数据总线与运动控制卡和数据采集卡连接，该计算机实时的进行该电机的控制和该圆光栅副和直线栅尺的光栅信号的数据采集，并经检测软件中的算法处理后显示出结果和误差曲线。本发明用于对丝杆导程精度进行检测。

Description

丝杆导程精度检测设备及其测头装置

技术领域

本发明涉及丝杆检测的领域，尤其涉及一种丝杆导程精度的检测设备。

背景技术

滚珠丝杠是一种高精度高效率的传动机构，广泛应用于数控机床、汽车、航空等制造业中，是现代机械中广为应用的传动和定位元件之一。随着我国工业的发展，滚珠丝杠的产量不断增加，以及对高精度丝杠的需求扩大，对滚珠丝杠精度检测（主要是对丝杆导程精度的检测）的要求也越来越高。目前中小型企业依然靠工人的手动测量来解决检测问题。这样的检测方式不仅效率低而且精度差。亦有采用高精度检测设备来进行丝杆检测。但是目前市场上高精度检测设备价格昂贵、操作复杂、检测效率较低且对工人素质要求高。另外，目前的丝杆检测设备（如103182680A）中，在如何对测头进行自动化压紧和锁死的问题上，目前还没有很好的解决方案。

发明内容

因此，本发明的目的在于：提出一种丝杆导程精度检测设备，该检测设备不仅操作维修方便、成本低、体积小、使用寿命长，而且能快速、高效、精准的检测出丝杆的精度误差；另外，该检测设备中对测头装置的压紧和锁死实现了自动化控制，解决了背景技术中存在的问题。

本发明的目的之一在于，揭示出：一种丝杆导程精度检测设备的测头装置，包括：一机头和一机身，该机身包括：一电机、一蜗轮、一蜗杆、一齿轮、一齿条、一弹簧及一压力传感器，该电机的转轴同轴固定连接该蜗杆，该蜗轮与该蜗杆相啮合装配，该蜗轮和该齿轮同轴固定连接，该齿轮与该齿条相啮合装配，该齿条的一端固定连接于该弹簧的一端，该弹簧的另一端固定装配在该机头的尾端位置，通过该齿条的向前移动而压缩弹簧并驱使该机头向前移，从而使该机头的头端被压紧在被测丝杆的螺纹中，该压力传感器被安装在该弹簧与该机头之间的合适位置，从而可以采集到二者之间压力的信号值。

优选的，还包括一测头控制卡，该测头控制卡与该电机和压力传感器电连接，该测头控制卡根据该压力传感器输入的信号值，而输出控制信号来控制该电机的正、反转。

优选的，该机头的头端是长椭圆形状。

本发明的目的之二在于，揭示出：一种丝杆导程精度检测设备，包括：机械部分、运动控制部分、数据采集部分、计算机，其中：

该机械部分包括：仪器主架、安装在该仪器主架上的检测轨道、安装在该检测轨道上的直线栅尺、安装在仪器主架的一侧以检测被测丝杆的转动角度的圆光栅副、及安在装该检测轨道上的可沿轨道滑动的测头装置；

该运动控制部分包括：提供主轴旋转的动力的电机、驱动该电机的电机驱动器、控制该电机运动的运动控制卡；

该数据采集部分包括：数据采集卡和信号转接板；

该计算机上安装有检测软件，并采用通过数据总线与运动控制卡和数据采集卡连接，该计算机实时的进行该电机的控制和该圆光栅副和直线栅尺的光栅信号的数据采集，并经检测软件中的算法处理后显示出结果和误差曲线。

优选的，该测头装置是采用如上所述的测头装置。

本发明采用上述技术方案，主要具有如下技术优点：

A)，测头装置中，采用电机带动蜗轮蜗杆机构运动，随着蜗轮的运动带动齿条前进或后退，在齿条和机头中间放置压力传感器，从而使控制中心（如计算机）接收并处理压力传感器返回的信号，根据实际的压力值来控制电机的正反转，进而实现压紧和锁死的功能。更优的，在测头装置上额外设计一张控制测头运动的控制卡，由控制卡的单片机并接收并处理压力传感器返回的信号，根据实际的压力值来控制电机的正反转，进而自动独立的实现压紧和锁死的控制功能，不再额外占用计算机的资源开销，进一步提高控制实时性；

B),测头装置中，其机头部分根据其头部受力形变硬度的指标的综合分析，将其形状设计成与丝杆的螺纹契合度更高的长椭圆形状而非传统的圆形，从而保证丝杆导程精度的检测的准确性；

C)，检测设备中，采用运动控制卡和数据采集卡双卡协调工作，使之精确的运动，同步实时的检测；

D),检测设备中，当电机旋转时，没有采用编码器检测转动的角度，而是采用更为精确的圆光栅检测实际的转动角度。

综上，本发明的丝杆导程精度检测设备可以提高丝杆导程精度检验精准度，可以快速高效的对丝杆实时检测，在计算机软件中能清晰直观的显示出测得的数据和误差曲线；整个系统操作维护方便、成本低、体积小、使用寿命长，且能快速、高效、精准的检测丝杆导程精度。

附图说明

图1是一实施例的丝杆导程精度检测设备的机械部分的结构示意图。

图2是该实施例的测头装置的结构示意图。

图3是一实施例的上位机软件的检测结果--误差曲线示意图。

具体实施方式

现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

参阅图1所示，一实施例的丝杆导程精度检测设备，包括：机械部分、运动控制部分、数据采集部分、计算机，其中：

该机械部分包括：仪器主架1、安装在该仪器主架1上的检测轨道2、安装在该检测轨道2上的直线栅尺21、安装在仪器主架1的一侧以检测被测丝杆7的转动角度的圆光栅副5、及安在装该检测轨道2上的可沿轨道滑动的测头装置3。此外，为了检测时作为判断到位需要，在仪器主架1上临近于被测的丝杆7的两端还分别安装有左限位传感器6和右限位传感器8，以及在被测的丝杆7安装有圆光栅副5的相对另一侧安装一位移传感器9。

该运动控制部分包括：提供主轴旋转的动力的电机4、驱动该电机的电机驱动器（图中不可见，未示出）、控制该电机4运动的运动控制卡（图中不可见，未示出）。优选，电机4采用交流伺服电机，更适合精确控制。

该数据采集部分（图中不可见，未示出）：包括数据采集卡和信号转接板。数据采集卡和信号转接板采用一般现有技术实现即可，于此不再详细说明。

该计算机（图中未示出）上安装有检测软件，并采用通过数据总线与运动控制卡和数据采集卡连接（优选采用PCI的总线方式与运动控制卡和数据采集卡连接），该计算机实时的进行该电机4的控制和该圆光栅副5和直线栅尺21的光栅信号的数据采集，并经检测软件中的算法处理后显示出结果和误差曲线。

当实施例的丝杆导程精度检测设备在检测前，必须将测头装置3的机头31与被测的丝杆7的螺纹保持无间隙的压紧并且锁死，在检测时，随着丝杆7的旋转，测头装置3的机头31会在丝杆7的螺纹中运动进而带动机身在检测轨道2上做直线运动。

实施例的丝杆导程精度检测设备开始检测时，将被测的丝杆7放入仪器主架1的被测轨道中（即位移圆光栅副5和位移传感器9之间的丝杆安装轨道），打开计算机的上位机软件，在该检测软件填写被测丝杆参数和测量的距离，计算机就控制开始测量，此时通孔控制该运动控制卡向电机4下达工作命令，电机4通过机械动力传递结构开始带动被测的丝杆7旋转，测头装置3随着被测丝杆7的旋转向右沿着检测轨道2移动，运动过程中，由圆光栅副5检测被测丝杆7旋转过的角度，由直线光栅尺2检测该测头装置3实际的位移，理论上，丝杆7旋转2π个角度后测头装置3应该移动一个导程的位移，所以旋转过的角度对应的实际位移和按照导程精度计算的理论位移的差值即为所检测出的丝杆的误差，则该圆光栅副5和直线栅尺2的光栅信号的数据通过该数据采集卡而被计算机采集，计算机经检测软件中的算法处理后，显示出结果和误差曲线。

该实施例的丝杆导程精度检测设备是采用运动控制卡和数据采集卡双卡协调工作，使之精确的运动，同步实时的检测。同时，当电机4旋转时，没有采用编码器检测转动的角度，而是采用更为精确的圆光栅5来检测实际的转动角度，也进一步的提供检测准确性。

该实施例的丝杆导程精度检测设备中，为了解决现有的测头装置存在的压紧和锁死的技术问题，也对测头装置3提出进一步改进。具体的，参阅图2所示，该测头装置3，包括：一机头31和一机身，该机身包括：一电机38、一蜗轮37、一蜗杆36、一齿轮35、一齿条34、一弹簧33及一压力传感器32。该电机38的转轴同轴固定连接该蜗杆36，该蜗轮37与该蜗杆36相啮合装配，该蜗轮37和该齿轮35同轴固定连接，该齿轮35与该齿条34相啮合装配，该齿条34的一端固定连接于该弹簧33的一端，该弹簧33的另一端固定装配在该机头31的尾端位置，通过该齿条34的向前移动而压缩弹簧33并驱使该机头31向前移，从而使该机头31的头端被压紧在被测丝杆7的螺纹中（再次参阅图1所示）。该压力传感器32被安装在该弹簧33与该机头31之间的合适位置，从而可以采集到二者之间压力的信号值。例如压力传感器32采用体积较小的半导体压力传感器，可以临近机头31位置安装，而将该传感器的检测片夹置于弹簧33和机头31之间。

该实施例的丝杆导程精度检测设备中，当被测丝杆7放入仪器主架1的轨道中后，打开计算机的上位机软件，执行测头装置自动校准按钮功能时，通过运动控制卡向电机38下达工作命令，电机38开始旋转，蜗轮37与蜗杆36的组成机构作为传动装置，通过蜗轮37、蜗杆36的传动机构使齿轮35旋转，齿轮35带动齿条34向前移动，齿条34前放置弹簧33，压力传感器32将弹簧33和机头31之间压力值测出，该压力传感器32的信号接到该数据采集卡上并将采集信号传递给计算机，当齿条34向前移动时，压缩弹簧33使机头31向前移动，并被压紧在被测丝杆7的螺纹中，当压力传感器32反馈回来的信号达到设定值时说明机头31以被压紧，计算机在通过运动控制卡给电机38发送命令，电机38停止旋转，因为蜗轮37和蜗杆36组成的传动装置即具有自动锁死功能，所以整个测头装置3即完成了自动压紧并锁死的任务。

更优选的，可在测头装置3上额外设计一张控制测头运动的控制卡，由控制卡上的单片机并接收并处理压力传感器32返回的信号，根据实际的压力值来控制电机38的正反转，进而自动独立的实现压紧和锁死的控制功能，不再通过数据采集卡和运动控制卡而连接至计算机来控制。这样，无需额外占用计算机的资源开销，进一步提高控制实时性。

另外，优选的，现有的测头装置该机头的头端均是圆形，而该实施例的测头装置3的机头31头端设计为长椭圆形状，其与丝杆7的螺纹契合度更高，从而保证丝杆导程精度的检测的准确性。

参阅图3所示，为该实施例的丝杆导程精度检测设备中通过计算机的上位机软件的检测出的某一被测丝杆的误差曲线示意图。测试时采用已标定的5级P型丝杆，螺纹长度为500mm，公称导程为4mm。系统测量长度为500mm，测量的结果行程偏差Ep为10.9μm，周期跳动量为4.16μm，300mm跳动量为17.4μm，全程跳动量为17.4μm，根据国标对丝杆的评定标准，可以看到该丝杆综合评定为5级，与标定的等级一致。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.丝杆导程精度检测设备的测头装置，包括：一机头和一机身，该机身包括：一电机、一蜗轮、一蜗杆、一齿轮、一齿条、一弹簧及一压力传感器，该电机的转轴同轴固定连接该蜗杆，该蜗轮与该蜗杆相啮合装配，该蜗轮和该齿轮同轴固定连接，该齿轮与该齿条相啮合装配，该齿条的一端固定连接于该弹簧的一端，该弹簧的另一端固定装配在该机头的尾端位置，通过该齿条的向前移动而压缩弹簧并驱使该机头向前移，从而使该机头的头端被压紧在被测丝杆的螺纹中，该压力传感器被安装在该弹簧与该机头之间的合适位置，从而可以采集到二者之间压力的信号值。

2.如权利要求1所述的丝杆导程精度检测设备的测头装置，其特征在于：还包括一测头控制卡，该测头控制卡与该电机和压力传感器电连接，该测头控制卡根据该压力传感器输入的信号值，而输出控制信号来控制该电机的正、反转。

3.如权利要求1或2所述的丝杆导程精度检测设备的测头装置，其特征在于：该机头的头端是长椭圆形状。

4.丝杆导程精度检测设备，包括：机械部分、运动控制部分、数据采集部分、计算机，其中：

该机械部分包括：仪器主架、安装在该仪器主架上的检测轨道、安装在该检测轨道上的直线栅尺、安装在仪器主架的一侧以检测被测丝杆的转动角度的圆光栅副、及安在装该检测轨道上的可沿轨道滑动的测头装置，该测头装置是采用如上述权利要求1-3任一所述的测头装置；

该运动控制部分包括：提供主轴旋转的动力的电机、驱动该电机的电机驱动器、控制该电机运动的运动控制卡；

该数据采集部分包括：数据采集卡和信号转接板；

该计算机上安装有检测软件，并采用通过数据总线与运动控制卡和数据采集卡连接，该计算机实时的进行该电机的控制和该圆光栅副和直线栅尺的光栅信号的数据采集，并经检测软件中的算法处理后显示出结果和误差曲线。