回转体廓形非接触自动测评系统研究.docx

? ? 回转体廓形非接触自动测评系统研究 ? ? 张双双，杨洪涛，刘齐更 （安徽理工大学 机械工程学院，安徽 淮南 232001） Summary：回转类零件作为制造业中的关键零件，其精度要求较高，需要对其参数进行精密检测和误差评定来保证生产效率.本文研究了一种基于光幕传感器的回转体廓形非接触自动测评系统，集数据采集、运动控制、图形显示、数据处理、曲线拟合、误差评定于一体，能够快速准确的实现回转体廓形的测量与评定.该系统应用于回转体自动检测中，将极大地提高回转体的检测效率、准确率和可靠性，产生可观的经济效益. Keys：回转体廓形；非接触测量；形位误差评定；VC++ TG83：A：1673-260X（2015）08-0039-03 基金项目：安徽省高等学校省级自然科学重点研究项目（KJ2013A092） 0 引言 回转类零件广泛应用于工业、航空、航天、国防等领域中，其形位误差对机器、仪器的工作精度、寿命等具有直接的影响.为了满足回转体零件装配后的功能要求，保证互换性和经济性，快速准确的对工件的形位误差进行测评显得尤为重要[1].本文研究了一种测量精度高、通用性强的回转体廓形非接触自动测评系统，实现了回转体的连续高精度测量. 1 回转体廓形误差自动测评系统的总体构成 本系统主要由机械系统、控制系统、测量系统和软件系统四大部分组成.机械系统用于装卡被测工件和测量头，工作时，软件系统发出运动指令，通过运动控制器控制电机带动测头和工件进行运动，通过测量系统对回转体的直径尺寸和轴向尺寸进行实时采集数据获得回转体廓形进行存储并送给软件系统进行数据的分析处理、廓形拟合，最后导入到评定软件中进行廓形的自动评定. 1.1 控制系统 控制系统由工业控制计算机、多轴运动控制器PMAC卡、电机驱动器、辅助电器设备等组成，用于控制相应的执行机构实现预定的动作.为了便于PMAC与上位PC机之间进行通信，Delta Tau公司提供了PComm32通信驱动程序作为上层应用程序与PMAC之间通信的桥梁.PMAC数据采集主要用到3 个PComm32函数，BOOL OpenPmacDevice、BOOL ClosePmacDevice和int PmacGetResponseA.如应用PMAC卡控制电机运动的指令： PmacGetResponseA(0,buf,2,"#1J/") 停止一号电机运动 PmacGetResponseA(0,buf,2,"#1J+") 一号电机正向进给 PmacGetResponseA(0,buf,2,"#2J-") 二号电机反向进给 PmacGetResponseA(0,buf,2,"#1P") 读取一号电机位置 PmacGetResponseA(0,buf,2,"#2V") 读取二号电机速度 PmacGetResponseA(0,buf,2,"#2HM") 二号电机归零 1.2 测量系统 本系统径向数据的测量采用KEYENCE的LS-7070M光幕传感器，其采样频率为2.4kHz，测量重复性±0.15?滋m，测量精度±3?滋m.对应的信号处理器型号为LS-7001，输出的信号可经串口或并口传送到工业计算机中，以便进行后续的数据处理和运算，串口的波特率可达115200bit/s，并口的传输速度更快.由于本文所设计的回转体测量系统的直径测量范围为10～50mm，因此采用一个光幕传感器就可以完成回转体直径的测量.这样就可以大大简化测量系统的结构，降低成本，同时提高测量精度和测量的可靠性. 轴向数据的测量采用光栅尺.由于选用PMAC运动控制器，所以光栅尺的输出信号选择了数字信号，输出波形是方波.本系统选择的光栅尺栅距是20?滋m，分辨率1?滋m. 1.3 软件系统 软件主要包括四个模块：数据采集模块、运动控制模块、图形显示模块、数据处理模块.系统采用RS232串口进行径向数据采集，最高速度可以达到115200bit/s，满足系统实时采集的要求.运动控制通过Delta公司提供的动态链接库中函数控制PMAC卡，最终实现对两伺服电机的精确控制.图形显示利用VC的DC类中的函数进行图形的描绘，由于是每采到一组数据就进行一次描绘，因而可以实现图形的实时显示，使图形能够准确的反应图形形状.该模块同时包括对采集到的数据的实时显示，由VC中的List Control控件实现.在VC自带的Timer定时器回调函数中加入控制指令，以实现对电机工作状态的实时显示，包括两电机的位置和速度信息.数据处理模块包括对采集数据的均化和排序、曲线拟合、特征点提取，曲线重构，并对采集的数据进行误差评价. 2 回转体廓形非接触测评系统的实现 回转体误差评定系统包括了三层构架，分别是用户界面层、算法支持层和数据存储层.具体功能应该包括从载入数据开始，经过评定几何元素及算法的