趙國(guó)玉

(中國(guó)兵器工業(yè)第五八研究所 產(chǎn)品制造部，四川 綿陽(yáng) 621000)

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光學(xué)分度頭的數(shù)字化設(shè)計(jì)

趙國(guó)玉

(中國(guó)兵器工業(yè)第五八研究所 產(chǎn)品制造部，四川 綿陽(yáng) 621000)

摘要：光學(xué)分度頭作為角度檢測(cè)的重要精密光學(xué)儀器之一，用于產(chǎn)品檢測(cè)時(shí)人們往往在一定角度范圍內(nèi)選擇特定點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量,通過(guò)測(cè)試數(shù)據(jù)分析產(chǎn)品是否達(dá)到使用要求。在測(cè)試過(guò)程中，需要人工將手柄旋轉(zhuǎn)到這些點(diǎn)，由于光學(xué)分度頭精度高,人工旋轉(zhuǎn)時(shí)容易旋過(guò)，反向間隙處理不好會(huì)影響測(cè)試精度，使用時(shí)人工費(fèi)時(shí)費(fèi)力，批量生產(chǎn)中往往無(wú)法確保產(chǎn)品的按時(shí)交付.為解決光學(xué)分度頭手工旋轉(zhuǎn)效率問(wèn)題，有必要對(duì)光學(xué)分度頭進(jìn)行數(shù)字化改造。通過(guò)分析優(yōu)化最終選擇數(shù)控系統(tǒng)加伺服驅(qū)動(dòng)的方式對(duì)光學(xué)分度頭進(jìn)行改造，并對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)器、電動(dòng)機(jī)和機(jī)械連接機(jī)構(gòu)等進(jìn)行較為詳細(xì)透徹的設(shè)計(jì)。通過(guò)數(shù)控程序?qū)崿F(xiàn)了光學(xué)分度頭的自動(dòng)旋轉(zhuǎn)，達(dá)到了降低制造成本,提高經(jīng)濟(jì)效益的目的。

關(guān)鍵詞：光學(xué)分度頭；數(shù)字化設(shè)計(jì)；電動(dòng)機(jī)；驅(qū)動(dòng)器；角度

光學(xué)分度頭是一種對(duì)裝夾在其主軸上的工件進(jìn)行角度分度或角度檢測(cè)的精密光學(xué)儀器，適用于凸輪、齒輪、絲桿及其他不規(guī)則零件進(jìn)行分度或測(cè)量其角度值，也可以測(cè)量凸輪升程及凸輪幾何曲線形狀等。測(cè)量結(jié)果由JDES角度顯示器顯示出來(lái)，顯示的數(shù)字為度、分、秒值或度值。某些特殊產(chǎn)品，如對(duì)角度、方向檢測(cè)的傳信儀和對(duì)產(chǎn)品運(yùn)行姿態(tài)進(jìn)行檢查的姿態(tài)傳感器等，其精度應(yīng)在光學(xué)分度頭上進(jìn)行測(cè)試。由于光學(xué)分度頭精度高，人工旋轉(zhuǎn)時(shí)容易旋過(guò)，反向間隙處理不好會(huì)影響測(cè)試精度，不易消除，生產(chǎn)測(cè)試時(shí)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，批量生產(chǎn)中往往無(wú)法確保產(chǎn)品的按時(shí)交付，因而有必要對(duì)光學(xué)分度頭進(jìn)行數(shù)字化改造設(shè)計(jì)。

1光學(xué)分度頭的數(shù)字化設(shè)計(jì)方案選擇

對(duì)光學(xué)分度頭測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行認(rèn)真的研究與分析，結(jié)合現(xiàn)有的調(diào)試工裝和測(cè)試手段，應(yīng)用頭腦風(fēng)暴法提出如下3種改進(jìn)方案(見(jiàn)表1)，并進(jìn)行方案優(yōu)劣分析(見(jiàn)表2)。

表1　改進(jìn)方案對(duì)照表

表2　方案優(yōu)劣分析

針對(duì)3種改進(jìn)方案，從下述6個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)劣分析：1)原理可行性(以原理可行為優(yōu))；2)精度控制(以精度高為優(yōu))；3)難易度(以容易實(shí)現(xiàn)為優(yōu))；4)通用性(以范圍寬為優(yōu))；5)驅(qū)動(dòng)能力(以驅(qū)動(dòng)能力大為優(yōu))；6)預(yù)期效果(以預(yù)期效果好為優(yōu))。由于這6個(gè)方面的重要性程度是不一樣的，因此，設(shè)定精度控制的權(quán)數(shù)為5，驅(qū)動(dòng)能力權(quán)數(shù)為4，原理可行性權(quán)數(shù)為3，難易度權(quán)數(shù)為2，通用性權(quán)數(shù)為1，預(yù)期效果權(quán)數(shù)為4。各項(xiàng)評(píng)價(jià)打分最高為5分。計(jì)算公式為：總分=∑原理可行性×權(quán)數(shù)+∑控制精度×權(quán)數(shù)+∑難易度×權(quán)數(shù)+∑通用性×權(quán)數(shù)+∑驅(qū)動(dòng)能力×權(quán)數(shù)+∑預(yù)期效果×權(quán)數(shù)。通過(guò)分析計(jì)算，方案3得分最高，即采用數(shù)控系統(tǒng)+伺服驅(qū)動(dòng)為最佳方案。

2設(shè)計(jì)流程和關(guān)重要素確定

方案設(shè)計(jì)流程如圖1所示。根據(jù)圖1，對(duì)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的關(guān)鍵因素進(jìn)行認(rèn)真分析，確定了方案實(shí)施的難點(diǎn)在于系統(tǒng)精度的設(shè)計(jì)，因此，對(duì)實(shí)施難點(diǎn)分別進(jìn)行實(shí)施策劃：電氣設(shè)計(jì)過(guò)程通過(guò)選擇合適的電動(dòng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)器和控制系統(tǒng)，確保控制精度達(dá)到1 s，測(cè)試通過(guò)程序控制方式來(lái)完成，從而提高工作效率；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程主要通過(guò)減少裝配精度，通過(guò)直連方式來(lái)確保精度達(dá)到1 s。

圖1　方案設(shè)計(jì)流程圖

3詳細(xì)設(shè)計(jì)

3.1選擇最佳驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)器和系統(tǒng)

1)為達(dá)到目標(biāo)要求，先從最末端的電動(dòng)機(jī)選擇開(kāi)始。力矩采用力矩扳手現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試來(lái)確定，測(cè)試結(jié)果為1.25 N·m。電動(dòng)機(jī)分辨率采用理論計(jì)算確定：理論計(jì)算電動(dòng)機(jī)分辨率要達(dá)到129 600(分辨率計(jì)算采用目標(biāo)要求達(dá)到1 s，電動(dòng)機(jī)每轉(zhuǎn)分辨率需達(dá)到1/360=0.002 777 8，電動(dòng)機(jī)編碼器脈沖數(shù)為360/0.002 777 8=129 600)，查看電動(dòng)機(jī)選型手冊(cè)應(yīng)選擇電動(dòng)機(jī)編碼器為絕對(duì)編碼器才能滿足要求。因此，選擇電動(dòng)機(jī)型號(hào)為MHMA052S1G，電動(dòng)機(jī)選擇表見(jiàn)表3，電動(dòng)機(jī)選擇參數(shù)如圖2所示。

表3　電動(dòng)機(jī)選擇表

2)根據(jù)松下驅(qū)動(dòng)器選型手冊(cè)選擇驅(qū)動(dòng)器型號(hào)為MCDDT3520。

3)系統(tǒng)選擇。根據(jù)驅(qū)動(dòng)器控制接線表，選擇成熟的數(shù)控系統(tǒng)SKC2-FB系統(tǒng)，該系統(tǒng)具備與松下驅(qū)動(dòng)器連接的接口，同時(shí)系統(tǒng)控制精度滿足要求。驅(qū)動(dòng)器與系統(tǒng)接線圖如圖3所示。

3.2連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為保證光學(xué)分度頭精度，不破壞原有結(jié)構(gòu)，在手柄位置設(shè)計(jì)了直連軸套(見(jiàn)圖4)，將電動(dòng)機(jī)軸與手輪直接連接，電動(dòng)機(jī)與手輪連接設(shè)計(jì)了電動(dòng)機(jī)安裝座(見(jiàn)圖5)。

3.3系統(tǒng)集成

將電動(dòng)機(jī)裝配到連接機(jī)構(gòu)上，拆下光學(xué)分度頭手柄，然后將連接機(jī)構(gòu)與其連接，即完成系統(tǒng)與光線分度頭的連接；再借用現(xiàn)有SKC2-FB數(shù)控系統(tǒng)，將伺服驅(qū)動(dòng)器、控制系統(tǒng)和變壓器集成到控制柜中，通過(guò)外接控制電動(dòng)纜連接電機(jī)與控制柜，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成[1]。

圖2　驅(qū)動(dòng)與電動(dòng)機(jī)選擇參數(shù)

圖3　驅(qū)動(dòng)器與系統(tǒng)接線圖

圖4　直連軸套　　　　　　圖5　電動(dòng)機(jī)安裝座

4結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)光學(xué)分度頭的數(shù)字化改造，并對(duì)各產(chǎn)品進(jìn)行編程測(cè)試，運(yùn)用系統(tǒng)段停等功能設(shè)置各檢測(cè)點(diǎn)，滿足了對(duì)產(chǎn)品精度測(cè)試的要求，同時(shí)達(dá)到了降低制造成本、提高經(jīng)濟(jì)效益的目的。

參考文獻(xiàn)

[1] 楊全勝. 現(xiàn)代微機(jī)原理與接口技術(shù)[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2007.

責(zé)任編輯彭光宇

Digital Design of Optical Dividing Head Solder

ZHAO Guoyu

(Dept. of Product Manufacturing， No.58 Research Institute of China Ordnance Industries， Mianyang 621000， China)

Abstract：The optical dividing head as one of the important angle detection precision optical instruments for product testing, people tend to choose a certain point in a certain range of measurement. Through the test data analysis, we know whether the product meets the requirements. In the test process, it is required to rotate the handle to the point. Due to the high precision of optical indexing head, manual rotation is easy to spin off. The reverse gap processing will affect the accuracy of the test, the use of manual labor and time consuming, and the mass production is often unable to ensure the timely delivery of products. In order to solve the problem of manual rotation efficiency of optical style, it is necessary to transform the optical indexing head. Designers through the analysis of the optimization of the most comprehensive selection of CNC system and servo driven approach to the optical indexing head, and servo drives, motors, mechanical connections, and so on. Through the numerical control program, the automatic rotation of the optical indexing head is realized, which can reduce the manufacturing cost and improve the economic benefit.

Key words:optical dividing head， digital design， motor， driver， angle

收稿日期：2015-07-10

作者簡(jiǎn)介：趙國(guó)玉(1976-)，男，工程師，主要從事工藝與可靠性等方面的研究。

中圖分類號(hào)：TH 712

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B