直线度自动检查仪的研制

　　1 引言

　　直线度测量是机械加工中一项常见而重要的测量项目,它主要包括对工件实际表面直线度误差的测量以及对直线导轨或自动校正直线运动机构直线度误差的测量。直线度自动检查仪主要用于对大型机床导轨副的运动精度及导轨直线度的检测。在大型机床导轨的加工精度检测中,过去较多采用平面度检测方法,由于该检测方法采用人眼瞄准,因此随机误差较大,且测量调整复杂。机床运动部件(如工作台)的运动误差可分解为6个分量,即沿x、y、z三个坐标方向移动的线位移误差分量以及绕这三个坐标轴旋转的角位移误差分量。虽然可用于检测运动部件运动误差的方法较多,但可同时测量6个误差分量的检测方法尚不多见。采用双频激光干涉仪可较好实现对运动部件线位移误差和角位移误差的高精度检测,但仪器价格昂贵,测量成本较高,难以满足所有用户的需要。为此,我们研制了一种采用激光准直技术、线阵CCD进行位置测量,由单片机进行数据采集、处理并显示测量结果的直线度自动检查仪。

　　2 系统结构

　　直线度自动检查仪的系统结构如图1所示。仪器主要由激光准直仪、角隅棱镜、线阵CCD及其外围电路、单片机及显示系统等构成。

　　传统的光电测量方式一般是将CCD等光敏元件固定在反射靶上,激光束直接照射到CCD上,得到运动部件的位置变化信号。本系统设计方案则是将角隅棱镜固定在反射靶上,将CCD与激光准直仪固联在一起,加上单片机(选用8031处理器)和显示系统,做成一个便携式机箱。这种结构有以下优点:

　　(1)可简化结构,减少零部件,便于携带;

　　(2)机箱与反射靶之间无电气连接,避免了过长引线及带来的干扰问题;

　　(3)机箱可直接固定在被测机床上,便于调整。

　　为实现测量,首先需要确定基准轴线。被测数据即为机床导轨移动时偏离基准轴线的距离,即相对于基准轴线的偏差值。测量时,由单片机发出指令,CCD将接收的光信号转换为电信号输出,经模/数转换为易于计算机处理的数字信号。单片机采集数据并进行处理,将激光束在CCD上的位置信号转换为直线的位置坐标。对所有采样点测量完毕后,单片机即可计算出直线度误差,并用数码管显示测量结果。单片机系统还具有排序、寻找等辅助功能,有利于加工信息的反馈。软件系统主要包括基准光线调整、测量与数据采集、计算与显示、智能模块等四个部分。测量前,首先调整基准光线的方向;测量时,单片机系统实时采集并存储测量数据;采样完成后,由单片机计算出误差值并显示测量结果。智能模块主要用于实现多根导轨误差值的比较排序等功能。测量软件采用C51语言编程,可节省大量开发时间。误差评定模型采用最小二乘算法,其计算精度可满足现场检测需要,且计算速度快、效率高。