运动精度测控系统设计论文

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1测控系统原理与硬件配置

1.1测控原理

滚动直线导轨副作为机床的重要功能部件，能够承受宽范围载荷，并能承载多个方向上力及力矩的作用，力及力矩对于滚动直线导轨副运动影响会呈现不同的运动特点，其误差范围直接决定直线导轨副的定位精度和精度保持性。设计时只能允许滑块沿导轨的轴向方向运动，但是由于制造误差、安装误差、预加载荷等因素的影响，使其承受上下、左右方向的力，以及颠簸力矩、摆动力矩和摇动力矩，则运动精度应该从六个自由度上进行判定。根据山东博特精工股份有限公司对产品运动精度性能测量要求，仅检测导轨副垂直方向直线度误差和水平方向直线度误差，也就是滑块的顶面对导轨基准地面的平行度S1和与导轨基准侧面同侧的滑块侧面对导轨基准侧面的平行度S2，整个测控系统的工作原理：当测试试验台安装上被测量导轨后，工控机通过运动控制卡控制直线电机滑台在高速静音导轨上运动，滑台上联接板通过称重传感器与两滑块相连，被测量滑块的顶面和侧面安装两个电感测头，滑块在被测导轨上运动时电感双测量头测量滑块相对于导轨基准的偏移量。直线电机滑台的运动位置通过计数卡记录光栅尺脉冲信号个数来确定，每行走一定距离或一段时间间隔，根据计数卡设置的中断基数中断采集滑块两测量面的运动精度并通过串口将测量数据传递到工控机，实现运动精度在线检测,按照导轨精度保持性评价标准检测导轨滑块在两个方向运动精度。

1.2系统硬件配置

高速滚动直线导轨副测控试验台运动控制系统主要是完成模拟工况下运动精度的测量，根据试验要求和功能目标的需要，应该选择合适的运动控制器及测量传感器。

2测量软件设计

2.1运动控制构成

基于运动控制卡开发界面化集成高的运动控制系统，控制系统的软件应用VB来实现，运动控制系统实现的具体功能如图3所示。该控制软件系统主要由位置反馈、参数设置、控制方式的选择三个主要部分组成。位置反馈模块主要记录直线电机滑台的历史运行数据；参数设置模块是在试验台运行前设置试验控制参数，使得滑台按照规定功能和设定路线往复运动；控制方式模块是软件控制的输入端，是软件控制系统的核心模块。该运动控制软件显示了直线电机滑台的运行里程、运行时间以及运行次数，记录直线电机滑台当前的位置和速度等重要参数，为滚动直线导轨副运动精度测试提供运行参数依据。

2.2人机交互界面设计

运动精度的测量软件是保证精度测量关键，主界面是由工件参数设置、测量参数设置、测量界面、历史查看、打印报表等部分组成。测量界面主要有两个数据通道，分别记录导轨副滑块顶面中心对导轨基准底面的直线度和与导轨基准侧面同侧的滑块侧面对导轨基准侧面的直线度，能够同时进行测量结果的曲线绘制、数据保存。测量界面上有个调零按钮，它的作用是利用软件调整电感测头参数以适应运动精度测量的要求。当测量导轨运动精度时，需要通过调零按钮调整电感显示仪使其双通道显示为零，然后开始运动精度的测量。该运动精度测量软件可以实现运动精度的定时采集和位置采集，定时采集通过VB软件内部定时器每隔相同的时间段采集一次数据，但由于工作台在不同时间间隔移动的速度并不完全相同，因此此种采集方式并不能实现直线滑台的精确定位。位置采集是借助PCI—1784计数卡来完成，解决了信号采集的定位误差。为分析运动精度测量结果，对运动精度的测量结果进行曲线拟合，选用“误差的平方和最小”的计算方法衡量试验数据，这样的函数逼近试验数据的方式符合实际要求，同时函数模型比较清晰。测量软件的设计中采用了最小二乘法对检测结果进行后处理，最小二乘法直线拟合实验结果求得滚动直线导轨副的直线度误差，对于直线度误差的评定更加直观，提高检测效率。

3结束语

本文主要设计了滚动直线导轨副运动精度测量系统，利用VisualBasic6.0开发了试验台运动精度测试系统软件，很好的完成滚动直线导轨副运动精度的测量任务。该测控试验台已在企业投入应用，设计合理，运行可靠，很好的为直线导轨副的精度检测提供测试平台。

作者:姜洪奎赵佳佳宋现春宋义顺王璐单位:山东建筑大学济南二机床集团有限公司