光學分度頭的數字化設計

趙國玉

(中國兵器工業第五八研究所 產品制造部，四川 綿陽 621000)

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光學分度頭的數字化設計

趙國玉

(中國兵器工業第五八研究所 產品制造部，四川 綿陽 621000)

摘要：光學分度頭作為角度檢測的重要精密光學儀器之一，用于產品檢測時人們往往在一定角度范圍內選擇特定點進行測量,通過測試數據分析產品是否達到使用要求。在測試過程中，需要人工將手柄旋轉到這些點，由于光學分度頭精度高,人工旋轉時容易旋過，反向間隙處理不好會影響測試精度，使用時人工費時費力，批量生產中往往無法確保產品的按時交付.為解決光學分度頭手工旋轉效率問題，有必要對光學分度頭進行數字化改造。通過分析優化最終選擇數控系統加伺服驅動的方式對光學分度頭進行改造，并對伺服驅動器、電動機和機械連接機構等進行較為詳細透徹的設計。通過數控程序實現了光學分度頭的自動旋轉，達到了降低制造成本,提高經濟效益的目的。

關鍵詞：光學分度頭；數字化設計；電動機；驅動器；角度

光學分度頭是一種對裝夾在其主軸上的工件進行角度分度或角度檢測的精密光學儀器，適用于凸輪、齒輪、絲桿及其他不規則零件進行分度或測量其角度值，也可以測量凸輪升程及凸輪幾何曲線形狀等。測量結果由JDES角度顯示器顯示出來，顯示的數字為度、分、秒值或度值。某些特殊產品，如對角度、方向檢測的傳信儀和對產品運行姿態進行檢查的姿態傳感器等，其精度應在光學分度頭上進行測試。由于光學分度頭精度高，人工旋轉時容易旋過，反向間隙處理不好會影響測試精度，不易消除，生產測試時費時費力，批量生產中往往無法確保產品的按時交付，因而有必要對光學分度頭進行數字化改造設計。

1光學分度頭的數字化設計方案選擇

對光學分度頭測試系統進行認真的研究與分析，結合現有的調試工裝和測試手段，應用頭腦風暴法提出如下3種改進方案(見表1)，并進行方案優劣分析(見表2)。

表1　改進方案對照表

表2　方案優劣分析

針對3種改進方案，從下述6個方面進行優劣分析：1)原理可行性(以原理可行為優)；2)精度控制(以精度高為優)；3)難易度(以容易實現為優)；4)通用性(以范圍寬為優)；5)驅動能力(以驅動能力大為優)；6)預期效果(以預期效果好為優)。由于這6個方面的重要性程度是不一樣的，因此，設定精度控制的權數為5，驅動能力權數為4，原理可行性權數為3，難易度權數為2，通用性權數為1，預期效果權數為4。各項評價打分最高為5分。計算公式為：總分=∑原理可行性×權數+∑控制精度×權數+∑難易度×權數+∑通用性×權數+∑驅動能力×權數+∑預期效果×權數。通過分析計算，方案3得分最高，即采用數控系統+伺服驅動為最佳方案。

2設計流程和關重要素確定

方案設計流程如圖1所示。根據圖1，對實現目標的關鍵因素進行認真分析，確定了方案實施的難點在于系統精度的設計，因此，對實施難點分別進行實施策劃：電氣設計過程通過選擇合適的電動機、驅動器和控制系統，確保控制精度達到1 s，測試通過程序控制方式來完成，從而提高工作效率；結構設計過程主要通過減少裝配精度，通過直連方式來確保精度達到1 s。

圖1　方案設計流程圖

3詳細設計

3.1選擇最佳驅動電動機、驅動器和系統

1)為達到目標要求，先從最末端的電動機選擇開始。力矩采用力矩扳手現場測試來確定，測試結果為1.25 N·m。電動機分辨率采用理論計算確定：理論計算電動機分辨率要達到129 600(分辨率計算采用目標要求達到1 s，電動機每轉分辨率需達到1/360=0.002 777 8，電動機編碼器脈沖數為360/0.002 777 8=129 600)，查看電動機選型手冊應選擇電動機編碼器為絕對編碼器才能滿足要求。因此，選擇電動機型號為MHMA052S1G，電動機選擇表見表3，電動機選擇參數如圖2所示。

表3　電動機選擇表

2)根據松下驅動器選型手冊選擇驅動器型號為MCDDT3520。

3)系統選擇。根據驅動器控制接線表，選擇成熟的數控系統SKC2-FB系統，該系統具備與松下驅動器連接的接口，同時系統控制精度滿足要求。驅動器與系統接線圖如圖3所示。

3.2連接結構設計

為保證光學分度頭精度，不破壞原有結構，在手柄位置設計了直連軸套(見圖4)，將電動機軸與手輪直接連接，電動機與手輪連接設計了電動機安裝座(見圖5)。

3.3系統集成

將電動機裝配到連接機構上，拆下光學分度頭手柄，然后將連接機構與其連接，即完成系統與光線分度頭的連接；再借用現有SKC2-FB數控系統，將伺服驅動器、控制系統和變壓器集成到控制柜中，通過外接控制電動纜連接電機與控制柜，實現系統集成[1]。

圖2　驅動與電動機選擇參數

圖3　驅動器與系統接線圖

圖4　直連軸套　　　　　　圖5　電動機安裝座

4結語

通過對光學分度頭的數字化改造，并對各產品進行編程測試，運用系統段停等功能設置各檢測點，滿足了對產品精度測試的要求，同時達到了降低制造成本、提高經濟效益的目的。

參考文獻

[1] 楊全勝. 現代微機原理與接口技術[M]. 北京：電子工業出版社，2007.

責任編輯彭光宇

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

作者簡介：趙國玉(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：TH 712

文獻標志碼:B