CN2188765Y

CN2188765Y - 微机控制精密扫描机

Info

Publication number: CN2188765Y
Application number: CN 94206008
Authority: CN
Inventors: 刘志华; 谢峰; 蒋元清; 张凌云
Original assignee: China Aerospace Industry Corp 703rd Research Institute
Current assignee: China Aerospace Industry Corp 703rd Research Institute
Priority date: 1994-03-10
Filing date: 1994-03-10
Publication date: 1995-02-01
Anticipated expiration: 2004-03-10

Abstract

一种应用于探伤无损检测中的微机控制精密扫描机，由机械部分和微机控制部分组成。机械部分主要包括扫描机底座、扫描框架、扫描探头及其探头座、 X和Y步进电机、2个X滚动导轨、2个Y滚动导轨、X滚珠丝杠及其丝母、X方向谐波减速器、Y滚珠丝杠及其丝母、X光栅尺及其读数头、Y光栅尺及其读数头；微机控制部分由微机、I/O接口板、单片机、开关量输出板、X和Y步进电机驱动电源、X和 Y带接口数字显示表、坐标数据锁存板组成。本实用新型的扫描精度高，具有绝对坐标原点，扫描区间可灵活设定，能保证每次扫描坐标数据的一致性，且能在扫描运动中实现缺陷实时精确定位。

Description

本实用新型涉及一种用于超声波无损检测扫描机，特别是微机控制精密扫描机。

原有用于超声波无损检测的扫描机的扫描平面由X、Y两轴构成，其结构由机械部分和模拟控制部分组成，机械部分主要由扫描机底座、扫描框架、固定在扫描框架上的扫描探头和探头座、X和Y步进电机、X和Y圆柱滑动导轨、X和Y滚珠丝杠及丝母组成，模拟控制部分由X和Y方向步进电机驱动电源和模拟控制电路组成，模拟控制电路接通步进电机驱动电源，使步进电机驱动滚珠丝杠，其滚珠丝母沿圆柱滑动导轨移动，从而带动探头移动。这种扫描机结构较简单，主要以追求速度为侧重，扫描精度较低缺陷相对扫描起点位置通过速度和时间近似确定；扫描机没有绝对座标原点，不能保证每次扫描座标系的一致性；扫描控制方式是开环控制，通过控制脉冲数量控制位移量，当步进电机丢步时，会造成定位不准，且扫描机扫描区间和步进间距不能灵活设定，直接影响到超声波检测的精度。

本实用新型的目的在于提供一种扫描精度较高，具有绝对座标原点，扫描区间可灵活设定，能保证每次扫描座标数据的一致性，且能在扫描运动中实现缺陷实时精确定位的微机控制精密扫描机。

本实用新型的扫描平面由X、Y两轴构成，其中X轴为慢速精密扫描运动，要求位置精确，Y轴为快速往复运动，要求速度快，即X每前进一个小的步距，Y轴作一次全程扫描。其结构由机械部分和微机控制部分构成，机械部分包括扫描机底座、扫描框架、固定在扫描框架上扫描探头及其探头座、X和Y方向步进电机、2个相互平行的X方向滚珠导轨、2个相互平行的Y方向滚珠导轨、X方向滚珠丝杠及其与扫描框架相连的滚珠丝母、X方向谐波减速器、Y方向滚珠丝杠及其与扫描探头座相连的滚珠丝母、X方向光栅尺及其与扫描框架相接的读数头、Y方向光栅尺及其与扫描探头座相连的读数头，在X步进电机和X滚珠丝杠之间接有谐波减速器，三者在同一轴线上，并与其中一个X滚珠导轨平行，位于扫描机底座的一端，另一X滚珠导轨与X光栅尺平行，固定在扫描机底座的另一端，Y方向滚珠丝杠和Y方向步进电机相接，并与其中一Y滚珠导轨上下平行，固定在扫描框架的右侧，另一Y滚珠导轨与Y方向光栅尺平行，固定在扫描框架的左侧；微机控制部分由微机、I／O接口板、单片机、开关量输出板、X和Y步进电机驱动电源、X和Y带接口数字显示表、座标数据锁存板组成，微机输出信号由I／O接口板接到单片机上，单片机经输出脉冲和方向电平的开关量输出板，接到X或Y步进电机的驱动电源上，从而驱动机械部分运动，X或Y数字显示表的输入端接X或Y读数头的输出，其输出端接到座标数据锁存板上，再经I／O接口板送入微机。整个扫描机的工作原理是：微机经I／O接口板向单片机传送扫描运动参数和启动命令，由单片机通过开关量输出板输出脉冲和方向电平，通过X或Y步进电机驱动电源，在程序上设计使单片机分时控制X和Y方向扫描，当单片机控制开关量输出板向X步进电机驱动电源输出脉冲和方向电平时，X步时电机驱动电源接通，X步进电机转动，X谐波减速器和X滚珠丝杠遂即旋转，使X滚珠丝母带动整个扫描框架沿X两滚珠导轨移动，X光栅尺和读数头测量和记录下位移量，并输出到X数字显示表，显示出X方向座标数值，之后输出到座标数据锁存板锁存X座标值，再经I／O接口板送入微机；当单片机控制开关量输出板向Y步进电机驱动电源输出脉冲和方向电平时，从而接通Y步进电机驱动电源，使Y步进电机转动，Y滚珠丝杠遂即转动，使Y滚珠丝母带动扫描探头沿两平行的Y滚珠导轨移动，Y光栅尺及读数头测量并记录下Y方向位移量，并输出到Y数字显示表，显示出Y方向的位移量，再输出到座标数据锁存板锁存Y方向座标值，经I／O接口板送入微机，微机将座标数据与检测过程中探伤检测信号一一对应，存入主机内存。

下面结合附图及实施例对本实用新型进一步详细说明。

图1为微机控制部分原理框图；

图2为本实用新型的机械部分的主视剖视图；

图3为本实用新型机械部分的俯视图；

图4为图3中K－K局部剖视图；

图5为图3中P－P局部剖视图；

图6为图5中A－A局部剖视图；

图7为图5中B－B局部剖视图；

图8为图5中C－C局部剖视图；

图9为本实用新型微机控制部分中I／O接口板的电原理图；

图10为本实用新型微机控制部分中的座标数据锁存板的电原理图。

参见图2、3、4、5、6、7、8，本实用新型的机械部分主要由扫描机底座1、扫描框架2、扫描探头座3、扫描探头4、X步进电机5、X谐波减速器6、X滚珠丝杠7、X滚珠丝母8、一X滚珠导轨9、另一X滚珠导轨10、X光栅尺11、X读数头12、Y步进电机13、Y滚珠丝杠14、Y滚珠丝母15、一Y滚珠导轨16、另一Y滚珠导轨17、Y光栅尺18、Y读数头19组成，20、21、22为连轴套，23为丝母套，24为中间板，25为副导轨，26为铜轴承，27为标圈，28为蝶形弹簧，29为滑块盖，30为连结拐，31为接长杆，32为副导轨，33为结合板，34为压板座，35为燕尾座，36为燕尾板，37为调整板，38为高低调整丝杆，39为高低调整丝杆螺母，40为垫块，41为角度调整转角器，42为滚珠轴承，43为滚珠轴承，44为轴承座，45为手轮，46为轴承盖，47为轴承座，48为轴承盖，49为Y步进电机座，50为压板，51为中间环，52为轴承盖，53为长键，54为导套，55为轴承盖，56为轴承座，57为轴承盖，58为X谐波减速器座，59为锁圈。

X进步电机5通过连轴套20与X谐波减速器6一端相接，谐波减速器6的另一端通过连轴套20与X滚珠丝杠7相接，三者在同一轴线上，并与其中一X滚珠导轨9平行固定在扫描机底座1的后端，X滚珠丝母8与扫描框架2的前端相接，另一X滚珠导轨10与X光栅尺11平行，两者均固定在扫描机底座1的前端，X读数头11与扫描框架2的前端相接，位于扫描机底座1的前端，两平行X滚珠导轨9、10固定在扫描机底座1的前端和后端，Y步进电机13通过连轴套22与Y方向滚珠丝杠14相接，并与一Y滚珠导轨16上下平行，固定在扫描框架2的左端，Y滚珠丝母14通过扫描探头座3与扫描框架2相接，另一Y滚珠导轨17和Y光栅尺18平行，两平行Y滚珠导轨16、17固定在扫描框架2的左端和右端，Y方向读数头19也固定在扫描框架2的右端上。

参见附图1，微机控制部分由IBM－PC／XT微机60、I／O接口板61、单片机62、开关量输出板63、X步进电机驱动电源64、Y步进电机驱动电源65、X带接口的数字显示表66、Y带接口的数字显示表67、座标数据锁存板68组成，微机60经I／O接口板61与单片机62相接，单片机62经开关量输出接口板63输出脉冲和方向电平给X或Y方向步进电机驱动电源64或65，使其驱动电机带动械部分运动，X或Y数字显示表66或67的输入端接到机械部分中的X或Y读数头12、19上，其输出端接到座标数据锁存板68上，数据经锁存后送到I／O接口板61，再由I／O接口板61送入微机1中，本实施例中单片机采用现有的52A1主板，开关量输出接口板采用STD－52PO，16路开关量输出板。

参见附图1、9，本实用新型微机控制部分中I／O接口板的功能是向单片机系统传送扫描运动参数及控制命令；接收从座标数据锁存板传送的X、Y座标数据；接收单片机接口发送的扫描工作状态信号。其主板采用8255A可编程并行接口芯片，带有A、B、C三个8位I／O端口，A口用于输入座标数据，每次传送8位，写A口命令，锁存座标数据；B口用于输出控制命令特征字，控制单片机运行的启动和停止；C口作为联络端口。其数据采集过程是，X、Y座标数据通过J1接口输入到8255A可编程接口芯片即U4端口A，微机通过WR信号和地址码选通8255A芯片，并且输入和锁存数据，微机地址总线上地址信号通过74LS244即U1和U2缓冲器后，接74LS138即U5和U6地址译码器，从地址译码器产生8255A芯片所需的片选信号，与非门74LS00即U7为地址译码做必要的逻辑组合；微机再通过

信号和地址总线上的地址码，选通8255A即U4的输出，把已锁存的数据开放到微机的数据总线上，从而通过微机的CPU存入内存。I／O接口板输出数据是微机通过写操作把所要输出的数据经由数据总线放入8255A，即U4端口B的输出寄存器，在所设定的模式0工作方式下，数据即通过接口输出至J1。其地址选通原理与输入数据相同。

参见附图1、10，座标数据锁存板的功能是锁存从数字显示表接口来的X、Y座标数据，并向I／O接口板输送。X、Y座标数据用二进制表示共48位，采用六片三态输出锁存器74LS373即U3－U8，实现数据的锁存和输出控制。从数字显示表来的X、Y座标值通过J3、J4接口输入到U3－U8，微机通过设定的写操作产生锁存信号，由此锁存X、Y座标值。锁存信号是通过信号和给定的地址信号通过地址译码器74LS138即U9以及非门7404即U9、或门74LS32即U17共同作用而产生。数据输出时是通过计数器74LS92，即U10和译码器74LS138即U11组合，使得六片74LS373依次输出，即每次输出八位数据，一组X、Y座标数据需分六次输出，输出是通过J1、J2连接到I／O接口板上。

整个扫描机的工作过程是：首先单片机上电初始化，等待微机命令，然后，IBM－PC／XT微机60由数据总线经I／O接口板61向单片机62发扫描运动参数命令，包括扫描起点、扫描终点、扫描区间、扫描速度，使扫描机处在扫描初始位置，之后IBM－PC／XT微机60发扫描控制命令，使扫描开始，在程序设计上首先使单片机62控制开关量输出板63，输出脉冲和方向电平，接通Y步进电机驱动电源65，Y步进电机13旋转，Y滚珠丝杠14遂即旋转，其滚珠丝母15带动扫描探头3沿两Y方向滚珠导轨珠16、17移动，Y光栅尺18、Y读数头19和Y数字显示表67测量并记录下Y座标数值，送到座标数据锁存板68锁存Y座标数据后，经I／O接口板61输出到IBM－PC／XT微机60，单片机52再控制开关量输出板63，输出脉冲和方向电平，接通X步进电机电源64X步进电机5旋转，X谐波减速器6和X滚珠丝杠7遂即旋转，使其X滚珠丝母8带动扫描框架2一起沿两平行X滚珠导轨9、10移动，X光栅尺11、X读数头12及X数字显示表66，X座标数值记下，送入座标数据锁存板68中锁存后，经I／O接口板61送入IBM－PC／XT微机中，进行下一次扫描，在扫描过程中，微机60不断采集扫描探伤信号，将其与X和Y座标数据一一对应，存入微机60的CPU内存，在扫描过程中微机60不断向单片机62查询运行情况，单片机62通过其输出口发工作状态信号给微机60。

本实用新型与现有技术相比具有如下优点：

1.可在探伤过程中对缺陷位置实时精确定位。由于采用两级微机闭环控制，而且配备精密光栅检测系统，使得探伤过程和扫描运动协调一致，并能将探伤信号数据与X和Y座标数据一一对应，因此可对缺陷位置实时精确定位，原有扫描机则作不到这一点。

2.位置控制精度高。由于本实用新型的机械部分采用了X和Y滚珠导轨，所以运动平稳，驱动轻便，间隙小，并且采用精密光栅尺检测，使得闭环控制成为可能，X方向位置控制精度为0.005mm，Y方向位置控制精度为0.015mm。

3.具有绝对座标原点，能够保持每次扫描座标系的一致性。原有扫描机的座标原点是通过上电后清零确定，所以每次上电后，座标原点只能通过相对参照物确定，而本实用新型选用精密光栅尺能够标定绝对零点，保持每次扫描座标系的一致性。

4.扫描区间可灵活设定，使柔性扫描成为可能。原有扫描机的扫描区间通过分档设定，有很大局限性，而本实用新型采用微机控制，从而实现了柔性扫描。

Claims

1、微机控制精密扫描机由机械部分和控制部分组成，它的机械部分包括扫描机底座、扫描框架、固定在扫描框架上的扫描探头及其探头座、X和Y方向步进电机、X方向滚珠丝杠及其与扫描框架相连的滚珠丝母、Y方向滚珠丝杠及其与扫描探头相连的滚珠丝母；控制部分包括X和Y步进电机驱动电源，其特征在于：

a.机械部分还包括2个相互平行的X方向滚珠导轨、2个相互平行的Y方向滚珠导轨、X方向谐波减速器、X方向光栅尺及其与扫描框架相接的读数头、Y方向光栅尺及其与扫描探头相连的读数头，在X步进电机和X滚珠丝杠之间接有谐波减速器，三者在同一轴线上，与其中一个X滚珠导轨平行，位于扫描机底座的一端，另一X滚珠导轨与X光栅尺平行，固定在扫描机底座的另一端，Y滚珠丝杠和Y方向步进电机相接，并与其中一Y滚珠导轨上下平行，固定在扫描框架的左侧，另一Y滚珠导轨与Y方向光栅尺平行，固定在扫描框架的右侧；

b.控制部分采用微机闭环控制，它还包括微机、I/O接口板、单片机、开关量输出板、X和Y带接口数字显示表、座标数据锁存板，微机输出信号由I/O接口板接到单片机上，单片机经输出脉冲和方向电平的开关量输出板，接到X或Y步进电机的驱动电源上，从而驱动机械部分运动，X或Y数字显示表的输入端接X或Y读数头的输出，其输出端接到座标数据锁存板上，再经I/O接口板送入微机。