CN114234794B - 一种基于直流电机的导轨平行度测试装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于直流电机的导轨平行度测试装置和方法，包括测试工装、直流电机、联轴器、导轨、滚珠丝杠、电机驱动器和上位机；直流电机安装在测试工装上，通过联轴器与滚珠丝杠连接，调整测试工装使直流电机的转轴与滚珠丝杠在同一水平面内；滚珠丝杠的螺母固定在导轨的滑块上；直流电机转动带动滚珠丝杠旋转，使滑块在导轨上水平移动；电机驱动器采集直流电机工作时的参数传送给上位机，上位机根据滚珠丝杠导程和直流电机参数，将直流电机的参数转换为导轨推力，绘制出导轨推力随滑块位置的曲线图，通过曲线趋势得到导轨的平行度。本发明能够定量的将导轨全行程内的平行度进行测量，并准确定位异常位置，为导轨安装装配提供可靠的依据。
Description
技术领域
本发明属于机械电子技术领域，具体涉及一种导轨平行度测试装置和方法。
背景技术
导轨作为传动机构，凭借其滑动摩擦、可靠支撑等优点，广泛用于机械结构产品中，在进行双(多)导轨安装时，需保证导轨的平行度满足要求，以保证运动载荷在行程内运动时的阻力变化一致。常规测量方法，多为通过推力计等方式测量导轨行程内的阻力变化，该方法因产品工艺等原因，使用局限性较大，测量误差较大。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种基于直流电机的导轨平行度测试装置和方法，包括测试工装、直流电机、联轴器、导轨、滚珠丝杠、电机驱动器和上位机；直流电机安装在测试工装上，通过联轴器与滚珠丝杠连接，调整测试工装使直流电机的转轴与滚珠丝杠在同一水平面内；滚珠丝杠的螺母固定在导轨的滑块上；直流电机转动带动滚珠丝杠旋转，使滑块在导轨上水平移动；电机驱动器采集直流电机工作时的参数传送给上位机，上位机根据滚珠丝杠导程和直流电机参数，将直流电机的参数转换为导轨推力，绘制出导轨推力随滑块位置的曲线图，通过曲线趋势得到导轨的平行度。本发明能够定量的将导轨全行程内的平行度进行测量，并准确定位异常位置，为导轨安装装配提供可靠的依据。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：
一种基于直流电机的导轨平行度测试装置，包括测试工装、直流电机、联轴器、导轨、滚珠丝杠、电机驱动器和上位机；
所述直流电机安装在测试工装上，直流电机通过联轴器与滚珠丝杠连接，调整测试工装使直流电机的转轴与滚珠丝杠在同一水平面内；
所述滚珠丝杠的螺母固定在导轨的滑块上；所述电机驱动器控制直流电机工作，直流电机转动带动滚珠丝杠旋转，使滑块在导轨上水平移动；
所述电机驱动器采集直流电机工作时的参数传送给上位机，上位机根据滚珠丝杠导程和直流电机参数，将直流电机的参数转换为导轨推力，绘制出导轨推力随滑块位置的曲线图，通过曲线趋势得到导轨的平行度。
优选地，所述直流电机为空心杯电机。
优选地，所述直流电机的型号为2657W024CR-IE2-512型号电机，额定电压为24V，电枢电阻为2.84欧，空载转速为6400rpm，空载电流为0.058A，编码器分辨率为512线，双通道输出。
优选地，所述直流电机的参数包括电枢电流和转速。
优选地，所述电机驱动器通过RS232串口与上位机通讯。
优选地，所述滚珠丝杠的型号为FBS0802B-209R250C3-0，丝杠导程2mm，精度C3，螺纹副长209mm，总长250mm。
优选地，所述联轴器的型号为MSTS-12-3*4，静态扭转刚性大于200N·m/rad，轴向偏差±0.1mm。
一种基于直流电机的导轨平行度测试方法，包括如下步骤：
步骤1：将直流电机、联轴器与滚珠丝杠连接，调整测试工装，使直流电机的转轴与滚珠丝杠在同一水平面内；启动电机驱动器；
步骤2：电机驱动器进行自检测并工作在电流模式，同时设置最大连续工作电流；电机驱动器驱动直流电机工作，直流电机转动带动滚珠丝杠在导轨行程内进行往复运动，通过采集电机驱动器的增量式编码器的变化量，确定直流电机是否发生堵转，并将堵转时滑块所在两个不同位置标记为导轨的正、负极限，分别记为A点、B点；
步骤3：根据直流电机的额定电压值，使电机驱动器工作在恒压驱动模式下，控制直流电机使滑块从A点运动到B点，采集滑块运动过程中直流电机的电枢电流值和转速值，并通过RS232上传到上位机；
步骤4：上位机计算导轨推力，具体如下：
直流电机特性公式：
式中，n为直流电机转速，Kn为转速常数，U为直流电机电枢电压，R为直流电机电枢绕组的内阻，M为负载转矩，Km为转矩常数；
当滚珠丝杠拖动滑块上的负载在导轨上运动时，力矩转换公式为：
式中，F为导轨推力，p为滚珠丝杠的导程，η为传递效率；
当直流电机电枢电压U、滚珠丝杠的导程p固定时，直流电机转速n只和导轨推力F相关，测出直流电机转速n，即能计算出推力F，即导轨的平行力矩；
步骤5：上位机绘制出导轨推力F相对于滑块位置的曲线图，通过曲线趋势得到导轨的平行度，辨别导轨在行程内平行度是否有异常位置、是否符合要求。
优选地，所述最大连续工作电流为2A。
本发明的有益效果如下：
本发明设计了一种有效的导轨平行度测量方法，能够定量的将导轨全行程内的平行度进行测量，并准确定位异常位置，为导轨安装装配提供可靠的依据。
附图说明
图1为本发明测试装置结构图。
图2为本发明实施例的测试装置系统组成图。
图中，1-测试工装，2-直流电机，3-联轴器，4-模拟负载，5-导轨，6-滚珠丝杠。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
本发明的目的在于提出了一种导轨平行度测试装置及测试方法，能够对导轨全行程内的平行度进行准确测量。
一种基于直流电机的导轨平行度测试装置，包括测试工装1、直流电机2、联轴器3、导轨5、滚珠丝杠6、电机驱动器和上位机；
所述直流电机2安装在测试工装1上，直流电机2通过联轴器3与滚珠丝杠6连接，调整测试工装1使直流电机2的转轴与滚珠丝杠在同一水平面内；
所述滚珠丝杠6的螺母固定在导轨5的滑块上；所述电机驱动器控制直流电机2工作，直流电机2转动带动滚珠丝杠6旋转，使滑块在导轨5上水平移动；
所述电机驱动器采集直流电机2工作时的参数传送给上位机，上位机根据滚珠丝杠6导程和直流电机2参数，将直流电机2的参数转换为导轨5推力，绘制出导轨5推力随滑块位置的曲线图，通过曲线趋势得到导轨5的平行度。
优选地，所述直流电机2为空心杯电机。
优选地，所述直流电机2的型号为2657W024CR-IE2-512型号电机，额定电压为24V，电枢电阻为2.84欧，空载转速为6400rpm，空载电流为0.058A，编码器分辨率为512线，双通道输出。
优选地，所述直流电机2的参数包括电枢电流和转速。
优选地，所述电机驱动器通过RS232串口与上位机通讯。
优选地，所述滚珠丝杠6的型号为FBS0802B-209R250C3-0，丝杠导程2mm，精度C3，螺纹副长209mm，总长250mm。
优选地，所述联轴器的型号为MSTS-12-3*4，静态扭转刚性大于200N·m/rad，轴向偏差±0.1mm。
一种基于直流电机的导轨平行度测试方法，包括如下步骤：
步骤1：将直流电机、联轴器与滚珠丝杠连接，调整测试工装，使直流电机的转轴与滚珠丝杠在同一水平面内；启动电机驱动器；
步骤2：电机驱动器进行自检测并工作在电流模式，同时设置最大连续工作电流2A；电机驱动器驱动直流电机工作，直流电机转动带动滚珠丝杠在导轨行程内进行往复运动，通过采集电机驱动器的增量式编码器的变化量，确定直流电机是否发生堵转，并将堵转时滑块所在两个不同位置标记为导轨的正、负极限，分别记为A点、B点；
步骤3：根据直流电机的额定电压值，使电机驱动器工作在恒压驱动模式下，控制直流电机使滑块从A点运动到B点，采集滑块运动过程中直流电机的电枢电流值和转速值，并通过RS232上传到上位机；
步骤4：上位机计算导轨推力，具体如下：
直流电机特性公式：
式中，n为直流电机转速，Kn为转速常数，U为直流电机电枢电压，R为直流电机电枢绕组的内阻，M为负载转矩，Km为转矩常数；
当滚珠丝杠拖动滑块上的负载在导轨上运动时，力矩转换公式为：
式中，F为导轨推力，p为滚珠丝杠的导程，η为传递效率；
当直流电机电枢电压U、滚珠丝杠的导程p固定时，直流电机转速n只和导轨推力F相关，测出直流电机转速n，即能计算出推力F，即导轨的平行力矩；
步骤5：上位机绘制出导轨推力F相对于滑块位置的曲线图，通过曲线趋势得到滑轨的平行度，辨别导轨在行程内平行度是否有异常位置、是否符合要求。
具体实施例：
在本实施例中，直流电机选择为FAULHABER公司的2657W024CR-IE2-512型号电机，额定电压为24V，电枢电阻为2.84欧，空载转速为6400rpm，空载电流为0.058A，编码器分辩率为512线，双通道输出。
在本实施例中，电机驱动器最大供电电压为36V，最大驱动电流为5A，支持增量式编码器输入及电机电流采集功能。
在本实施例中，选择日本KSS公司的FBS0802B-209R250C3-0(SUS)型号滚珠丝杠，丝杠导程2mm，精度C3，螺纹副长209mm，总长250mm。联轴器选择日本NBK公司的MSTS-12-3*4型号，静态扭转刚性应大于200N·m/rad，轴向偏差±0.1mm。
具体测试方法如下：
1、调整测试工装，将电机、联轴器与丝杠可靠连接；
2、启动电机驱动器，为保护电机及运动机构，在自检测阶段，电机驱动器工作在电流模式，设置最大连续电流为2A，驱动电机运动，通过采集编码器变化率，标定导轨的正极限及负极限(记为A点、B点)；
3、设置电机驱动器工作在恒压24V驱动模式下，启动电机，拖动负载从A点运动到B点，并采集运动过程中电流和转速值；
4、根据直流电机特性公式：
式中:n为电机转速，Kn为转速常数，U为电机电枢电压，R为电机电枢绕组的内阻，M为负载转矩，Km为转矩常数。
选用滚珠丝杠拖动负载在导轨上运动，力矩转换公式为：
式中：F为推力，p为滚珠丝杠的导程，η为传递效率。
由上式可知，当电压U、丝杠的导程p固定时，电机转速n只和推力F相关，测出电机转速n，即可换算成推力F，即导轨的平行力矩。
5、电机驱动器通过RS232串口将采集到的参数发送到上位机上，上位机对通过计算，绘制出推力F随电机位置的曲线图，通过曲线趋势可辨别导轨在行程内平行度是否有异常位置、是否符合要求。
Claims (8)
1.一种基于直流电机的导轨平行度测试装置，其特征在于，包括测试工装、直流电机、联轴器、导轨、滚珠丝杠、电机驱动器和上位机；
所述直流电机安装在测试工装上，直流电机通过联轴器与滚珠丝杠连接，调整测试工装使直流电机的转轴与滚珠丝杠在同一水平面内；
所述滚珠丝杠的螺母固定在导轨的滑块上；所述电机驱动器控制直流电机工作，直流电机转动带动滚珠丝杠旋转，使滑块在导轨上水平移动；
所述电机驱动器采集直流电机工作时的参数传送给上位机，上位机根据滚珠丝杠导程和直流电机参数，将直流电机的参数转换为导轨推力，绘制出导轨推力随滑块位置的曲线图，通过曲线趋势得到导轨的平行度；
所述通过曲线趋势得到导轨的平行度的方法，包括如下步骤：
步骤1：将直流电机、联轴器与滚珠丝杠连接，调整测试工装，使直流电机的转轴与滚珠丝杠在同一水平面内；启动电机驱动器；
步骤2：电机驱动器进行自检测并工作在电流模式，同时设置最大连续工作电流；电机驱动器驱动直流电机工作，直流电机转动带动滚珠丝杠在导轨行程内进行往复运动，通过采集电机驱动器的增量式编码器的变化量，确定直流电机是否发生堵转，并将堵转时滑块所在两个不同位置标记为导轨的正、负极限，分别记为A点、B点；
步骤3：根据直流电机的额定电压值，使电机驱动器工作在恒压驱动模式下，控制直流电机使滑块从A点运动到B点，采集滑块运动过程中直流电机的电枢电流值和转速值，并通过RS232上传到上位机；
步骤4：上位机计算导轨推力，具体如下：
直流电机特性公式：
式中，n为直流电机转速，Kn为转速常数，U为直流电机电枢电压，R为直流电机电枢绕组的内阻，M为负载转矩，Km为转矩常数；
当滚珠丝杠拖动滑块上的负载在导轨上运动时，力矩转换公式为：
式中，F为导轨推力，p为滚珠丝杠的导程，η为传递效率；
当直流电机电枢电压U、滚珠丝杠的导程p固定时，直流电机转速n只和导轨推力F相关，测出直流电机转速n，即能计算出推力F，即导轨的平行力矩；
步骤5：上位机绘制出导轨推力F相对于滑块位置的曲线图，通过曲线趋势得到导轨的平行度，辨别导轨在行程内平行度是否有异常位置、是否符合要求。
2.根据权利要求1所述的一种基于直流电机的导轨平行度测试装置，其特征在于，所述直流电机为空心杯电机。
3.根据权利要求1所述的一种基于直流电机的导轨平行度测试装置，其特征在于，所述直流电机的型号为2657W024CR-IE2-512型号电机，额定电压为24V，电枢电阻为2.84欧，空载转速为6400rpm，空载电流为0.058A，编码器分辨率为512线，双通道输出。
4.根据权利要求1所述的一种基于直流电机的导轨平行度测试装置，其特征在于，所述直流电机的参数包括电枢电流和转速。
5.根据权利要求1所述的一种基于直流电机的导轨平行度测试装置，其特征在于，所述电机驱动器通过RS232串口与上位机通讯。
6.根据权利要求1所述的一种基于直流电机的导轨平行度测试装置，其特征在于，所述滚珠丝杠的型号为FBS0802B-209R250C3-0，丝杠导程2mm，精度C3，螺纹副长209mm，总长250mm。
7.根据权利要求1所述的一种基于直流电机的导轨平行度测试装置，其特征在于，所述联轴器的型号为MSTS-12-3*4，静态扭转刚性大于200N·m/rad，轴向偏差±0.1mm。
8.根据权利要求1所述的一种基于直流电机的导轨平行度测试装置，其特征在于，所述最大连续工作电流为2A。
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