基于虚拟仪器界面的大轴轴线直线度误差测量系统

　　1 引言

　　由于受工件尺寸的影响,大型轴类零件(如细长轴、导弹弹头)形位误差的高精度、高效率现场测量一直是比较棘手的问题。在车间现场,一般采用将零件安装在两顶尖架之间,用指示计来测量(或直接将测头装在刀架上进行在位测量),这种方法测点少、效率低,对测量人员素质要求高。基于此,本文提出了一种采用高精度差动传感器测量形位误差的方法,并将其应用于导弹弹头多功能质量特性测试系统中弹头轴线参数及轴线直线度误差的测量,取得了良好的效果。

　　本系统总体框架如图1所示,差动传感器安装在可动工作台上,并保证其测头在同一个垂直于回转轴线的平面内,测量线夹角为光电编码盘分辨角度的整数倍(尽可能小)。由两个步进电机通过丝杠驱动工作台作横向和纵向运动,采用直流电机通过柔性联轴节驱动工件回转,工件回转时的角度信号由光电编码盘编码,再由microchip公司的PIC单片机对角度编码信号计数,同时差动传感器将零件绕测量轴线回转时的半径变化量转变为电压信号,经中间变换、光电隔离、滤波、放大和A/D转换后输入计算机。在对回转轴线的径向晃动予以修正后,计算机得到每个截面的半径变化量,结合编码盘的角度信号,采用最小区域法、最小二乘法评定每个测量截面的圆度误差,同时计算每个截面的圆心坐标(xi、yi、zi, i=1,2,3,...n,n为测量截面数),最后对所得到的圆心坐标数据采用最小区域法或最小二乘法近似地得到轴线的直线度误差。由于测量截面数和每个截面的测点数可根据具体情况确定,因而足以满足车间现场的高效率测量要求。

　　本系统采用LabWindows/CVI软件编制虚拟仪器测量界面,用户只需根据需要选择测头数(在导弹弹头多功能质量特性测试系统中,因弹头近似于锥形,故采用两个测头,其安装见[1]),设定其他测量参数,然后按一个键即可完成所有测量工作(包括对导轨本身的直线度误差及工件安装偏心进行修正),操作过程简单、测量精度高、速度快。

　　2 系统总体构成及其功能

　　系统总体构成如图1所示。针对不同的测量对象,选择需安装的传感器个数,如长轴采用两点法时应安装两个传感器,若测量架直行运动中的转角误差较大时,需采用三点法测量,应安装三个传感器以同时消除导轨本身的直线度误差和转角误差,但测量锥体类零件时,难以通过一个刀架控制多个不同截面位置的测头,因而只能通过对长轴进行测量,事先建立导轨误差模型,然后进行误差修正。

　　3 硬件设计

　　如图2所示,PIC16C55单片机是检测系统的关键器件之一。为避免工作台运动到横向和纵向导轨的极限位置而损坏丝杠,采用极限位置传感器(控制纵向导轨,发出信号LMT1、LMT2)和接近传感器(控制横向导轨,发出信号NEAR)控制工作台的运动。它们和光电编码盘的信号(A、B、S)都通过它和74LS244传到数据总线。由于需对多种信号进行处理,故利用CTL1、CTL0(见表1)控制单片机的输出。鼠标点击测量键后,工作台从横向和纵向极限位置开始运动,LMT1、LMT2、NEAR变为高电平,单片机开始不断地对接收到的光电编码盘输出信号计数,得出被测轴的实时角度。在工作台运动到测量起始点后,置AD976的CS=0、R/C=1,置控制信号CTL1=1、CTL0=1,通过端口不断查询A/D转换的结束信号(BUSY),当控制信号CTL0=1、CTL1=0时输出至数据总线。