环形零件圆度误差测控系统的设计研究

　　圆度误差的存在直接影响着零部件的摩擦、震动、噪声、配合精度、旋转精度等, 降低了它们的使用寿命。所以近代高精度回转体环形零件, 对圆度误差提出了越来越高的要求。圆度误差测控技术已经广泛引起人们的关注。

　　对环形零件进行圆度测量的传统方法是利用传感器回转式圆度仪及转台式圆度仪, 普遍采用全物理设备来获取圆度误差值并进行记录, 受硬件条件的极大制约, 造价高, 运用不灵活。而电液位置伺服系统控制精度高, 响应度快, 实用性强[1]。本文拟利用虚拟仪器软件 LabVIEW编程, 结合电液位置伺服系统的优点, 设计环形零件圆度误差测控系统, 并通过实验来实现圆度的误差检测及校正控制, 缩减实际物理仪器, 节省硬件设备资源的配置。

　　1 系统设计

　　测控部分机械装置简图如图1。

　　本测控系统工作原理 液压马达驱动助动辊9带动被校正环形零件5转动, 环形零件5转动的同时由检测液压缸4上安装的位移传感器1检测位移信号, 将液压缸的位移量转化为电信号, 信号经调理电路滤波放大后, 转换为具有较大动态范围的稳定信号, 再由PCI- 6251(DAQ) 转换为数字信号。DAQ设备通过PCI总线接口将采集数据传给PC机, 计算机平台利用LabVIEW软件强大的计算与存储能力对信号进行处理, 计算出校正液压缸2和7的调整角度与位移。最后通过串口与控制电路通讯, 再由控制电路操纵电液伺服阀控制液压缸完成圆度误差的校正。并由位移传感器来构成闭环结构, 以提高校正精度。

　　2 硬件电路组成

　　硬件电路部分包括检测辨向电路、调理电路和控制电路, 广泛采用虚拟仪器技术, 使得系统结构得到大大的简化并节省了物理仪器资源。

　　2.1 传感器检测辨向电路

　　光栅传感器可以作为位置检测装置的敏感元件。数据不受温度、时间的影响, 能够动态而高精度地测量直线位移, 还可以测量角位移, 是一种比较理想的测量工具。因此本检测系统装置采用光栅做敏感元件。被测环形零件的移动和转动往往不是单向的, 既有正向运动, 也有反向运动。而光栅输出信号为两路相位相差 90°的方波信号, 不能直接辨别物体运动的方向。所以必须通过设计硬件辨向电路来识辨物体的运动方向[2]。光栅辨向电路如图2所示。

　　将光栅尺输出相位相差90°的A、B两路方波信号,送到辨向电路中去处理。A经反相后得到方波A′。A和A′经RC微分电路后得到两组光脉冲信号A1和A1′分别加到与门Y1和Y2的输入端。当主光栅向左移动时对于与门Y1, 由于A1处于高电平时B总是低电平, 故脉冲被阻塞Y1无输出。对与门Y2, A1′处于高电平时, B也正处于高电平, 故允许脉冲通过, 并触发D触发器使之置“1”。T1计数器对与门Y2输出的脉冲进行计数。同理, 当主光栅反向移动时, 与门Y2阻塞, Y1输出脉冲信号使D触发器置“1”, 计数器T0对与门Y1输出的脉冲进行计数。这样每当光栅移动一个栅距时, 辨向电路只输出一个脉冲, 计数器T0和T1所计之脉冲数之差代表光栅位移X。若脉冲当量为d则位移为:X=(T0- T1)×d。其中T0、T1分别表示计数器T0、T1计数值。