CN200979415Y - 滚珠丝杠误差检测的速度自适应装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种滚珠丝杠误差检测的速度自适应装置，包括圆光栅、读数头、圆光栅信号处理电路、综合处理电路、双频激光干涉仪和双频激光信号处理电路，圆光栅、读数头、圆光栅信号处理电路及综合处理电路依次连接，双频激光干涉仪、双频激光信号处理电路及综合处理电路依次连接；还包括单片机分频电路和A/D转换器，单片机分频电路分别与圆光栅信号处理电路和A/D转换器连接，A/D转换器分别与单片机分频电路和综合处理电路连接，单片机分频电路与计算机连接。本实用新型使滚珠丝杠误差检测中的测量采样点数与滚珠丝杠检测长度保持严格一致，从而提高了各项误差检测计算的准确性。

Description

滚珠丝杠误差检测的速度自适应装置

技术领域

本实用新型涉及滚珠丝杠误差检测的速度自适应装置。

背景技术

滚珠丝杠作为高效、精密传动部件在数控机床和各种自动化设备上得到了广泛的应用。随着整机性能的不断提高，对滚珠丝杠单扣和累积误差的要求也越来越高。为提高滚珠丝杠的加工精度，精确检测滚珠丝杠的各项误差是必须的。

现在所广泛应用的滚珠丝杠检测装置如图1所示，包括圆光栅1、读数头2、圆光栅信号处理电路3、综合处理电路4、笔式记录仪5、双频激光干涉仪6和双频激光信号处理电路7。圆光栅1、读数头2、圆光栅信号处理电路3及综合处理电路4依次连接，双频激光干涉仪6、双频激光信号处理电路7及综合处理电路4依次连接，笔式记录仪5与综合处理电路4连接。圆光栅1安装在滚珠丝杠8的一端，随滚珠丝杠8一起转动，由读数头读取转数，经圆光栅信号处理电路3处理后传至综合处理电路4。双频激光干涉仪的动镜9安装在滚珠丝杠的螺母10上，随丝杠螺母10一起移动，双频激光干涉仪6发出的激光由动镜9返回，经双频激光信号处理电路7处理后传至综合处理电路4。综合处理电路4处理后的检验纪录由笔式记录仪5记录打印。

一般应用计算机进行数据处理，在数据信号的读取上广泛应用了高精度的A/D板，由计算机程序控制，读取各个采样点，并对这些采样点进行处理，以计算出各项误差。

有关算法为：

全长范围内的行程变动量：

V_u＝e_max-e_min               (1)

任意300mm范围内的行程变动量：

V₃₀₀＝(e_max-e_min)|_l＝300    (2)

任意60mm范围内的行程变动量：

V₆₀＝(e_max-e_min)|_l＝60      (3)

2π行程内的行程变动量：

V_2π＝(e_max-e_min)|_l＝2π    (4)

上述各式中e为相对于目标或公称行程的实际平均行程偏差。采样点的定义为： $n_{2\mathrm{\π}}=\frac{T}{\mathrm{\Δt}}$ (5)

其中T为滚珠丝杠转一转的周期，Δt为计算机的采样间隔，n_2π为设定的每转采样点数。其中V₃₀₀，V₆₀，V_2π的计算都是以固定长度上所含的采样点数来计算的，即：

计算点数 $n=\frac{l}{\mathrm{ph}}\×n_{2\mathrm{\π}},$ 其中l为误差检测的长度，该值为全长，300nm，60mm或ph(2π内)；ph为滚珠丝杠的导程。

按照上述算式(2)-(4)计算的检测长度误差的准确性直接由n_2π，即每转采样点数的准确性决定。当计算应用的每转采样点数n与实际采样点数n_2π一致时，各项误差的计算就准确，否则就产生误差。

由于A/D板的采样为软件定时器驱动的时间间隔采样，并且在滚珠丝杠检测中，经常出现在检测中调整速度的情况，这样就不可避免地出现了实际每转采样点数与计算(设定)的每转点数不一致的误差。

从(5)式可知：当滚珠丝杠转动的速度快时，T变小，由于计算机设置的Δt不变，于是每扣采样点数即n就小；当滚珠丝杠转动速度慢时，T增大，Δt保持不变，则n就大。体现在滚珠丝杠的检查项V_2π，V₆₀，V₃₀₀上，当滚珠丝杠转动的速度快时，导致实际检测的长度长于应检测的长度，使本来不超差的检查项有可能超差；当滚珠丝杠转动的速度慢时，导致实际检测的长度小于应检测的长度，使本来超差的检查项有可能不超差。

发明内容

针对现有滚珠丝杠误差检测装置的不足，本实用新型提供一种与滚珠丝杠速度自适应的、检测精度高的滚珠丝杠误差检测的速度自适应装置。

本实用新型的滚珠丝杠误差检测的速度自适应装置采用以下技术解决方案：

滚珠丝杠误差检测的速度自适应装置包括与现有装置一样的圆光栅、读数头、圆光栅信号处理电路、综合处理电路、双频激光干涉仪和双频激光信号处理电路，其中圆光栅、读数头、圆光栅信号处理电路及综合处理电路依次连接，双频激光干涉仪、双频激光信号处理电路及综合处理电路依次连接；还包括单片机分频电路和A/D转换器，单片机分频电路分别与圆光栅信号处理电路和A/D转换器连接，A/D转换器分别与单片机分频电路和综合处理电路连接，单片机分频电路与计算机连接。

本实用新型采用12位的型号为TLC2543的A/D转换器，采用AT89C52型单片机。

与现在所广泛应用的系统相比，本实用新型多了单片机分频电路，并且采用A/D转换器以替代传统的数据采集板。单片机分频电路的主要作用是根据计算机设定的每转采样点数，不管检测时滚珠丝杠的转动速度怎样调整，计算机仍能够准确地按照设定的采样点数进行采样，实现了采样点数与检测长度的严格一致。将圆光栅的旋转角度与计算机A/D板的采样联系了起来，而不再使用固定的时间来采样，这样提高了每转采样点数的准确性，从而提高了滚珠丝杠各项误差计算的准确性。

本实用新型应用单片机及A/D转换器实现了速度自适应，通过对原仪器圆光栅输出信号的提取和应用，在仍保证原误差检测信号精度的基础上，对误差信号采样进行了改进，使滚珠丝杠误差检测中的测量采样点数与滚珠丝杠检测长度保持严格一致，从而提高了各项误差检测计算的准确性。

附图说明

图1为本实用新型的结构框图。

图2为本实用新型中单片机分频电路的原理图。

图3为本实用新型中单片机的应用程序流程图。

图4为本实用新型的上位机软件模块框图。

图中：1、圆光栅，2、读数头，3、圆光栅信号处理电路，4、综合处理电路，5、笔式记录仪，6、双频激光干涉仪，7、双频激光信号处理电路，8、滚珠丝杠，9、动镜，10、丝杠螺母，11、单片机分频电路，12、A/D转换器，13、计算机，14、打印机，15、显示器，16、82C54编程计数器，17、单片机。

具体实施方式

实施例

本实用新型的结构如图1所示。与现在所广泛应用的装置相比，本实用新型除了包括与现有装置一样的圆光栅1、读数头2、圆光栅信号处理电路3、综合处理电路4、双频激光干涉仪6和双频激光信号处理电路7以外，还包括了单片机分频电路11和A/D转换器12(图1中虚线框起的部分)。采用型号为TLC2543的12位A/D转换器12以替代传统的数据采集板。单片机采用AT89C52型。单片机分频电路11分别与圆光栅信号处理电路3和A/D转换器12连接，A/D转换器12分别与单片机分频电路11和综合处理电路4连接，单片机分频电路11与计算机13连接。检测结果由显示器15显示，打印机14打印。

单片机分频电路11的原理图如图2所示，其主要作用是根据计算机设定的每转采样点数，不管检测时滚珠丝杠的转动速度怎样调整，计算机仍能够准确地按照设定的采样点数进行采样，实现采样点数与检测长度的严格一致。利用5400个脉冲/转的圆光栅1产生的脉冲信号，经光电光隔耦合到82C54可编程计数器16中，由82C54对圆光栅1发出的脉冲进行计数，当达到某个设定值即圆光栅转过一定的角度时，输出一个低电平信号，该信号送入单片机中。单片机由中断接收到该信号后，即通过RS232接口将一信号送入计算机中，计算机内部采用事件驱动方式，当接收到该信号后，即读取A/D转换器TLC2543的采样值，产生一个采样点。这样，将圆光栅的旋转角度与计算机A/D板的采样联系了起来，而不再使用固定的时间来采样，这样提高了每转采样点数的准确性，从而提高了滚珠丝杠各项误差计算的准确性。

计算机13与AT89C52单片机17的数据传输采用了串行口通讯。上位机编程采用了VB软件，软件通过MSComm32.ocx控件，与单片机17进行通讯。上位机采用事件驱动方式，对单片机16发送上来的数据进行接收。单片机17采用24MHz的晶振时钟，与计算机13的通讯速率设为38.4Kbit，即传送一个字节只需要0.2ms左右，采样速率完全满足现行系统的需要。单片机17接收到光栅产生的信号到计算机采样之间的延迟不影响每转采样点数的多少，即不影响采样点数与检测长度的一致性。单片机部分的应用程序框图如图3所示。系统软件首次执行时必须设定每转的采样点数，并把该信号发送到单片机中，单片机将该信号存储在串行EEPROM24C04中保存，若以后程序不再设定新的每转采样点数，则该采样点数一直有效。

运行开始后单片机将分频数据写入82C54内，启动TLC2543A/D转换器，开启外部信号中断，并进入原地踏步的等待状态。此时若有外部中断信号过来，表明8254的计数器已满，此时单片机读取A/D转换器相应通道的数值，并将它通过串行口传送到计算机内。计算机内以数组的形式对此数据进行保存，当检测过程中有停顿时，由于8254计数器接收不到系统的圆光栅发送过来的脉冲，它将处于计数等待状态，直到系统的圆光栅再启动。82C54应用硬件触发选通方式工作，这样当一次计数结束后不需要重新输入计数器初始值即可正常工作。当计算机内接收到的数据表明滚珠丝杠检测已经达到设定的检测长度后，停止给计算机发送继续采样的命令，并将采集到的原始数据进行最小二乘法处理并计算其各项误差，并打印其检测报告。

本实用新型的上位机软件主要的模块如图4所示。其中的环境补偿模块是将当前测得的工件的温度、测量环境的温度、湿度、气压等的数值对测量结果进行到标准测量环境(20℃，50％湿度，1个大气压)下的转换，误差补偿模块从滚珠丝杠磨削修补的角度对该类滚珠丝杠的修补量进行了计算。

本实用新型所用的检测信号取自原仪器圆光栅的输出信号，在仍保证原误差检测信号精度的基础上，对误差信号采样进行了改进，使采样点数与检测长度严格一致，使测量结果的计算更加准确、可靠。应用AT89C52单片机及A/D转换器TLC2543实现了速度自适应的滚珠丝杠误差检测系统。通过对原系统光栅信号的提取和应用，使滚珠丝杠误差检测中的测量采样点数与滚珠丝杠检测长度保持严格一致，从而提高了各项误差检测计算的准确性。

Claims (1)

1.一种滚珠丝杠误差检测的速度自适应装置，包括圆光栅、读数头、圆光栅信号处理电路、综合处理电路、双频激光干涉仪和双频激光信号处理电路，圆光栅、读数头、圆光栅信号处理电路及综合处理电路依次连接，双频激光干涉仪、双频激光信号处理电路及综合处理电路依次连接；其特征是：还包括单片机分频电路和A/D转换器，单片机分频电路分别与圆光栅信号处理电路和A/D转换器连接，A/D转换器分别与单片机分频电路和综合处理电路连接，单片机分频电路与计算机连接。

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