滚珠丝杠激光动态测量系统设计与实现

　　滚珠丝杠在工业中既可以作为传动和定位元件，又可以作为测量元件，其加工质量直接影响到机械的传动精度、定位精度、加工精度和测量精度。滚珠丝杠副因其具有优异的功能和驱动方式的多样性( 起动摩擦力矩小，有较高的跟随精度，灵敏度高，不存在自锁问题，具有旋转运动和直线运动的可逆性等) 而倍受关注。在低碳经济时代，作为节能环保的绿色产品在大机械产业链中也是技术含量较高的重要基础元部件[1 -2]。

　　国外许多制造滚珠丝杠的公司，除了致力于改革加工工艺外，都把检测手段的更新换代放在优先的地位。如日本 NSK、三井精机、德国林德纳公司等早于我国 10 ～15 年研制出一系列大型专用检测仪器[3 -4]。

　　我国自上世纪 50 年代生产滚珠丝杠以来，很长一段时间内，对滚珠丝杠精度的检测都采用静态法，严重制约了我国滚珠丝杠生产质量的提高。上世纪 70 年代以来，北京机床研究所、汉江机床厂、南京工艺装备厂等单位先后研制成功丝杠导程精度、综合行程精度测量仪( 2 m、3 m、5 m) ，动态空载预紧转矩测量仪( 2 m、3m、5 m) ，滚动直线导轨副综合误差测量仪，传动效率试验台，静刚度测量仪等。在工作原理、测量精度、数据处理、自动化程度等方面都达到国际同类产品的水平[2，4 -5]。

　　现常用的测量仪器主要有高精度的长光栅、磁栅等。但长光栅由于安装等因素的影响，平行度误差较大，使测量精度降低; 而磁栅由于录磁信号强度随时间的延长而不断地变弱，需要重新录磁，给使用带来了不便，在实际生产中应用不多。近年来，激光技术因其准确度高、分辨率高、动态响应快、测量范围大、非接触测量、有较强的抗干扰能力等优点得到了越来越广泛的应用[6]。综合考虑，我们选择了激光干涉仪作为测量工具。本文主要介绍了丝杠动态测量原理，系统总布局，激光测量系统、伺服电动机控制系统与测量系统操作流程的设计，测量仪的检定规程与数据统计分析。

　　检定表明，该系统已经由南京理工大学自行研制成功，并投入使用。

　　1 丝杠动态测量原理

　　采用丝杠的实际螺旋线与标准螺旋线相比较的方法来求得被测丝杠的螺旋线误差。图1 给出了测量丝杠螺旋线误差的方法示意图[7]。

　　根据此原理，可由下式求得螺旋线误差:

式中: Z 为测量头沿丝杠轴线方向的行程; T 为被测丝杠的导程; θ 为被测丝杠转过的角度。

　　2 测量系统的设计

　　系统布局如图2 所示，该系统由交流伺服工作台、新型激光测量仪、数据采集卡、运动控制卡及控制用的计算机等部分组成。