直线导轨摩擦力测控系统设计

　　滚动直线导轨副摩擦系数小、运行精度高,被广泛用作高精度数控机床和加工中心的导向部件[1]。而其摩擦力直接反映导轨副的使用寿命、承载能力及运动精度等。因此对滚动直线导轨副的摩擦力进行检测具有相当的实际意义[2-5]。国际知名的滚动直线导轨副生产厂家如日本的NSK、TSK公司、瑞典的SKF公司等均有先进的滚动直线导轨副摩擦力专业检测设备,为其产品质量提供保证。

　　要实现对直线导轨副摩擦力的准确测量,必须选择合适的测量元件、合理的运动控制方法和控制流程。测量系统的主轴控制系统采用交流伺服电机位置控制方式,选用运动控制器作为伺服系统控制器。采用以单片机为核心的面板操作系统,利用基于RS232协议的串口通讯完成控制面板与工控机之间的通讯,实现对伺服电机的双向控制。传感器数据采集采用基于PCI总线的多功能数据采集卡作为核心,采集数据进入计算机处理分析。针对测量系统工作在工业生产环境中,各种电磁干扰强烈,采取了软硬结合的多种抗干扰措施,提高了系统的可靠性。作者以VisualBasic为编程语言,完成了测量控制系统软件的开发与应用,实现了测量系统的过程自动化、智能化。

　　1　测控系统原理及配置

　　1·1　测量原理

　　目前测量力的方法主要有两种: (1)直接比较法,即把待测力与基准量进行比较,这种方法简单易行,并且可以获得较高的精度,但是只适合力的静态测量; (2)间接比较法,将待测力通过力传感器转化为其他物理量,然后进行信号处理以及模数转换。这种方法尤其适合动态测量。作者采用间接比较法,测量原理如图1。

　　整个系统工作原理如下:工控机发出控制信号给电机运动控制卡控制伺服电机驱动减速机构带动工作台运动,工作台通过力传感器拉动滑块沿导轨匀速运动。由牛顿力学定律可知驱动力等于导轨副的动摩擦力,由拉力传感器实时采集摩擦力动态信号,经滤波处理后送到多功能数据采集卡,实时显示摩擦力动态测量曲线。当工作台完成一次标准测量,触发行程开关,限位开关向工控机发出信号,停止采集及伺服电机的运行,工控机对采集到的数据进行分析处理、打印报告,将测量数据存入数据库。工控机和以单片机为核心的控制面板均可以控制电机运行,工控机与控制面板间采用串口通讯,实现控制信号的传输。限位开关在行程开关失灵或紧急情况需要急停时起作用。

　　1·2　系统配置

　　系统所用硬件配置如表1。

　　1·3　硬件连接

　　测量系统主轴伺服电机采用上下位机的控制方式。工控机作为上位控制级计算机,运动控制器作为下位伺服控制级计算机,工控机通过运动控制器,实现对交流伺服电机的伺服控制。整个伺服电机控制系统电路连接主要分为交流伺服电机部分和运动控制卡部分。交流伺服电机主电路接线示意图如图2为防止厂区电压不稳造成电路损坏,交流伺服电机主电路首先应加上稳压电源,保证工作电源的稳定。交流伺服电机额定电压为200 V,工厂厂房内多为强电电路(380 V),因此电机主电路中应接入380/200 V变压器,转换工作电压。测量系统要求主轴转速稳定,而厂区内有很多大功率电器、电机等,应接入噪声滤波器,防止外界杂波进入驱动器,影响电机稳速运行,同时也减轻伺服电机产生的杂波影响外界。