全自动二维测量装置设计论文

摘 要本课题来源于机械加工业复杂零件的在线检测，在本论文中提出了一种新型的全自动二维测量方法，它改变了传统的测量方法。本论文介绍了新型全自动二维测量装置的硬件组成部分及其工作原理，通过理论分析和试验数据的系统辨识对测量系统的动态性能进行了分析，并对该系统的稳定性进行了判断和分析。也分析了影响测量结果的各种误差因素，并从各个方面对系统的静态误差进行修正与补偿。本论文也详细地介绍了整个系统的软件研制，用户可以根据自己意愿自行选择其工作模式，即联机工作或脱机工作。本课题的 果 在全量 ，测量 ，线性 ， 联机和脱机 种工作模式。该测量系统结 ，动态响 ，能 用 测一中。currency1 二维测量系统误差修正“ 联机工作模式脱机工作模式1fifl fi fi fi fl fi ” fifi ” flfi fi fifl fi fi fi fl fi fi fl fi fl fi fi fi ” fl fi fi fi fi fi fl fl fi fl fi fl ” fi fi fi fi fl fifl fi fl flfl fifi ” fifl ” fi fi fi fi fififi fi fl flflfl ” fifi fi fifi fl fifl ”fi fl ” ” fi fi fi flflfl fi fi fl flflfi fi fi fl ” fi fi fi fl fi fifl fi ” fi fl fl fi fl ” fl fl ” fl fi ” fi fi fl ”fi fi fi fi fl fi fl fl fi fi fl fi ” fl fi flfl ” ” fl fifl fi fl fi fl fi fi ” fi fi fl fi fi ” fi ” fi ” fl fi fifl” fi fl fi fl fi fl fi fi flflfl flflfi fi 2 一 论机械工业 要的 工业， 的 部 。 的己一 进的 装 与 进的制 在 中，要的作用 进的装 与 进的制 及检测 正 进的机械工业来提 的。 于 的 ， 于 “ 机 的 ，机械工业 了且还在继续 极 深刻的变 机械 与 的 密结合， 与 机 的 密结合， 机械 所拥 的 较以往更高“更新“更 “更复杂 进。随 社会 和 的 与进步，机一 正在不断地深入 各个并 地向前 。与此相适 ，检测 正在彻底改 ， 采用各种高新 ， 与 ，从数走向柔性“集成“智能，称 前热点之一。本课题 来源于复杂零件的尺寸在线检测，机械加工业中每个零部件都必须检验其几尺寸来判断其零部件合格与否，但 工业状告诉我们，大部分的工业场都不 在线检测，3 离线测量，这样 率低“耗时长，大大的提高了产品的 产成本。因研制高 “高 率的测装置迫在眉睫，本课题就 于这种情况下提出的。2 外的研究状该测量装置的研究在 外受 了 的注，这 因 他在未来的加工“检测行业中 举足轻的地位。尽管世界各 进工业 家 此类产品各 点，其 点和 的做法都不尽相同，但 总的趋势 一致的，归纳 来，大概 如下三个方面 ( )性能上，向高 “高 率“高性能智能的方向 (2)功能上，向小型“轻型“多功能方向 (3)层次上， 向系统“复合集成的方向 。 外大型企业及各种研究所都纷纷研制类似的产品，如 一维“二维“三维坐标测量机，极坐标测量机产品，但 其产品的价格昂贵。 对于该种类型的研究偏向于软件方面，试图寻找一个最佳 法来进行误差补偿，以提高系统的灵敏 “减少系统的非线性误差，从提高系统的测量 ，也 的在硬件方面进行改 ，采用性能更 的机“源“传动装置“高 的 方面来提高系统的测量 ，或 寻找一个较 的 系统来提高系统的测量 在 外，对该种类型的装置研究 较成 ， 各种坐标机，以 的fl fl 测量 的高 非 二维 作 ，但 其对测量 的要 刻， 能适用于类似 验 中，不能 用于加工和检测场。3 本课题研究的 “ 的 题及 果本课题研制的全自动二维测量装置采用了数机 的， 大量 的在线检测，并可以户的意愿自己选择其工作模式 联机和脱机工作。该测量系统能根据 的状进行自我整， 的适 性本课题研究的 以下部分 ( )全自动二维测量装置的 (2)全自动二维测量装置的静态“动态 性分析及 验验 并对整4个系统的误差进行分析，从对系统误差进行修正和补偿(3)全自动二维测量装置数 模型分析与currency1模()全自动二维测量装置硬件“ ()全自动二维测量装置的软件研制()全自动二维测量装置的外 本课题的的之一就 fi入 产 中fl，来提高机械加工业中产品检测的工作 率， 低产品的 产 ，提高产品的能。本课题的 果就 该测量装置在全量 ，其测量 联机和脱 种工作方式 用户自行选择。第二章 全自动二维测量系统的硬件置2 系统的总结 及工作原理2 系统的总结 了 “高 测量零件结 尺寸，” 整个测量系统要 响，在整个的 ， 的稳定性出位 足 的 性硬动态响 ， 时且过静态和动态误差小 向，能 和正 ，因此采用了数式 系统，步进机动行部件。5图2 全自动二维测量系统的 结 图fl” 23 理系统 向步进机 一 3 fi ” ” 一 自步进 二维工作 3动图2 一 和正，因此采用了数式 系统， 步进机动行部件。该测量系统大致分 个部分，一部分 制部分， 多功能 机模 “currency1 “，可以 “ 的入和出“currency1 入“功能二 行部件， 步进机“高 的 “动“ “ 传 “零位传 ，它可以 工作 的二维 动及根据工入的 对工件进行 时测量。” 每个加工场的情况不同，我们也研 了 种工作模式，可以根据不同的场合选用联机或脱机工作模式。2 2 系统的测量原理该系统的硬件 多功能 机模 ，它 系统的制部件，能 出制步进机的步数“方向及零 能对 传 采集的 进行 理并上传 上位机及。测量系统的 根 6 通过联轴与 个步进机相联， 机模 出对 的制命 ，动步进机，从带动二维工作 在X 方向动。 传安装在 方向的滑 上，在测量时，首 确定X方向的位量，以便 传 测量头对准 测工件 后 机模 出命 来确定 方向的进 量最后 机读出 传 的读数和 方向步进机的步数，从 出 测工件的几尺寸。” 每个加工场的不同，我们采用了 种工作模式 一种 联机工作模式，它主要 通过Delphi编写的上位机 序来制下位机，其 序 了置通讯的端 ，波 率通讯协议，测量结果，下位机 受 上位机出的命 后，自行行相的 序， 了分布式制测量；另外一种 脱机工作模式，即 机模 里固的 序一直在扫描 否薄膜currency1按下的 息，不同的currency1将动不同的 序来 测工件的在线测量。 的情况将在后面进行论述。该测量系统采用了非 的测量方式，其 点 避免了 产 的变误差，也不会划伤 测工件的 面。其测量原理图如2.1-2， 测工件与 传 的测头之的距离S保持在 传 的行 (6mm左右)，距离S 软件进行置的，测量过 中 序一直 时监测采集的图2， 2数据并与之 对， 了随动测量。 了提高系统的测量 ，我们在每个 的 端安装了零位传 ，以提高系统的定位 和减少 的螺距累 误差。2 3光栅尺测量的 状况外 “英 “日本“西班牙的一些 都 提 光栅尺测量产品其中以 I N IN 和英 R NI W 最 著名，其 “品种“产量都 于绝对 地位。I N IN 的LI 系列高直线光栅尺采用钢带作 刻 ， 的抗振动击能 2，分辨 2 时最高动 可 ， 分辨 时最高动 能7 2 LIP 系列高 直线光栅尺采用玻璃作 刻 ，抗振动击能 2 分辨 时最高动 能 2 。英 R NI 的光栅尺于非 光 原理， 高的 和分辨。R NI W提 的高直线光栅系统，分 RG2和RG 大系列。测量系统 光栅刻尺，读数头，细分模 组成，使用不同的细分模 可 不同分辨的要 ，其产 的性能如 2所。其中，RG 2系列高直线光栅尺采用钢带作 刻 ， 的抗振动击能3 2， 分辨 时最高动 ” ， 分辨 时最高动 3 ， 分辨 时最高动 仅能 2 RG 2 系列高 直线光栅尺采用钢带作刻 ， 的抗振动击能 2， 分辨 时最高动 能 。此外规模较大的还 日本IU “ UB “西班牙 G R 。我 对 量光栅的研究始于 年前后，并在长光栅和圆光栅的制 “ 用方取得了许多成果。 后currency1立了光栅尺“编码 产线，在各种测量系统中，采用光栅的测量系统就占 。我 制 光栅尺和光栅传 的企业 数十家，年产值约 千万元，产光栅尺 万多根。但产光栅尺档次不高，制 偏差一般 。前 产的光栅尺位传 性能与 外相 还仍 大差距。 长春光机数 限 的 GC系列光栅尺， 分辨 时最高动 能 ；成都远恒 密测 限 的G 系列光栅尺， 分辨 ” 时最高检测 3 。上述介绍的 外光栅尺的数据 ， 前光栅尺测量性能 如下本 征 于受光栅尺 检测“扫描率因素的限制，纳米级分辨的光栅尺最大动 限制在 2 以下 ” 以上的高动的光栅尺 米级分辨。即能适 高( 大于 )状态下检测的光栅位传 其检测分辨一般较低(分辨一般大于 ) 高 (分辨高于 )的光栅传 其检测的8 又受 限制( 一般小于2 。可见，要使 个 密光栅位传 同时满足大行 “高 “高 的位测量要 十分困难的。2 光栅尺高高 测量的研究状前，光栅尺传 在高 线位测量方的研究较多。里斯本大 的Girao提出用光探测法测量轴向线性位的方法，以校正光传 与光栅位置之的角 变 的误差，得出采用双光源或阵列光传 能减小测量误差“提高 的结论.中 院上海光 密机械研究所的曾爱军提出于光栅成 fi影的位检测方法，通过在4f系统的谱上置滤波光阑，在光探测上获得与 测物的位成正弦系的光变，改变了 光栅 量 中的 似正弦 ， 于光栅测量 的细分光探测上的光变获得 测物的位量，复测量 (标准偏差)小于25nm.合 工业大 的 研制出新型高 线性 光栅 测量系统，测量系统采用高 线性 光栅 ，以光栅 原理和偏振光 理论 ，合 细分方法，使得该系统可 纳米级分辨。采用全息光栅作 分光元件，栅距小于1um，使其 光 产 ，测量的准 光栅栅距，著地改 了测量的稳定性和测量 ，在25mm行 的测量 ，分辨 1 nm， 高于20nm。大 海 ，提出了一种光栅式位测量新方法， 用 个 通低线数 量光栅， 高分辨“大量 的位测量。 光探测 后 过进一步的细分，使位测量的分辨 纳米级 更高，测量量 可 几 米，这取 于 量光栅尺的长 。最 验研究成果 100mm量 0. 1 um，分辨1 nm,在50mm量 的 次测量不确定 35nm。 大 的 研究的差线栅位传 ，的 于 的传 ，从传 的刻线方式上 ，通过 小同栅线刻线和刻线 ， 栅线数大 提高的新型栅式传 。9传 原始 不 分“使分辨大大提高，系统 “成 低“抗 加，小对动 和性作 刻要 ， 于进栅式传 系统的低成本和 用。但研究成果前 于原理性验验 ，样机仍未成，距离传 的产品仍currency1要一个长过 。且差栅线传 码 式传 ，并非线性位传 ，但差线栅的方法 动的高高 测量提 了 的 方法。光栅尺在同时 高“高 位测量方的研究较少。大“大的文新提出一种高 “高响的光栅纳米测量动态细分方法它fi合 机正fl细分法细分 数大“细分法工作 “响高的 点。 “原理“结 ，能 同时适用于动态和静态测量， 一种 细分的新方法。 验 ，合 2um的光栅传 ，得 了测量分辨 5 nm时，100KHz的响 ，测量许的最高动 0. 5 mm/s， 光栅纳米测量 用于 时测量和 时制 下了 的 。但 于其采用的 一尺 测量原理仍 限制了光栅尺高高 测量性能的进一步提高，仅提高了高 数的光栅 理的 ，仍法提高光栅尺的测量的许 。光栅尺测量高位时 高 方的研究 在 步，研究成果不多见。 致这个 题的主要原因在于光栅尺测量系统各 性能品” 极限，集成这些 的 一尺 测量机制限制了测量性能的进一步提高， 在1) 光栅尺栅距一般 能 1um，如RENISHAW光栅尺 20um与40um 种栅距刻线的标尺，HEIDENHAIN光栅尺 40um 1um的栅距刻线的标尺。光栅 采用DIADUR光刻复制影响了标尺光栅刻线划分 “ 光栅扫描 品”的提高。其次， 的正弦性和正 性“ 直 性能 征难以进一步改 。这些因素 定了测量 分辨的极限。2)光 “数补“的率 性 定了光栅尺最大许动 。在刻尺栅距固定，及一定的 检测“扫描率下， 细分数 大，光栅尺最大许动 就 低: 细分数 小，光栅尺最大许动 就 高。102 2光栅测量 的量光栅 的 ( fl fl ) 年 英 物理 家 LR ” 首 提出这种图的工 价值，直 2 世 年 们始 用光栅的 进行 密测量。 年 首 I UR复制工 ，也就 在玻璃 上 的光刻复制工，这能制 高 “价的光栅刻 尺 ，光 栅 量 能 用户所 受 ，进入 品场。 3年英 flfl fi 提出了一个相 系统，可以在一个 细分 ，并能动方向，这 就 相 ， 光栅测量系统的，并一直 用 。 年始光栅 尺和圆 栅编码 ，并制 出栅距 L (2 线 )的光栅尺和 线 的圆光栅测量系统 ，能 米和 角 的测量分辨 。 年制 出了栅距 2 ( 线 )的 式直线光栅编码。在 年 又 出 U R UR工 ， 在钢 上制作高 率的 线 光栅 。并在光栅一个 标 (零位 )的 上 加 了距离编码。在 年又提出一种新 的 原理 ，采用 光栅 纳米级 的测量 ，并许较 的安装 年 出用 于绝对 编码 的 fi双向 行 续 ，使绝对编码和 量编码一样方便的 用 于测量系统。在光栅测量 系统 十分 ， 用的 ，全世界光栅直线传 的年产量在 万件左 右 ，其 中 式光栅尺约 占 ， 式光栅尺约 占 。在 的产品 中大约直线光栅 编码 占 ，圆光栅编码 占 3 ，数 “数及 占 3 。 总部的年 约 元(不 所 的 家企业)。 外企 业的产值在 万 元左右 ，研究 约占 的 ，产品研 约占 的 。2 3光栅尺 位测量原理11 在相 长的时 ，光栅仅 家作 元件用于光谱分析和光波波长的测定工作。20世50年 以后，们 用光栅的 进行 密测量。 二三十年以来，随 高 “低成本 相光栅的 ，光栅刻制 和 的 ， 细分 的步 ，光栅 在 量测试 了进一步的 ，光栅式测量以下 点1)高 。光栅式测量装置在大量 测长方 仅低于 光 。2) 较的抗 能。3)与 式测长 相 ，光“结 ，整难 小。4)非 测量， ，命长，可长 保持光栅 。5) 于多根栅线的fi合作用产 了 ，因此 或减少光栅部误差“和 误差的 果。光栅作 密测量的一种工 ， 于他本 的 点， 在 密 “坐标测量“ 确定位“高 密加得 了 的 用。光栅测量 以光栅相对动所成的 的，对此 进行一系列的 理，即可获得光栅相对动的位量。将光栅位传 与 相结合，进行线性位量的测量，以 较高的测量 。2 3 光栅尺扫描测量原理光栅上的刻线称 栅线，如图2-1所。栅线的 a, 的 b，一般都取a=b，a+b=d, d 光栅的栅距，通 也称 光栅或光栅 数，它 光栅的要 数。光栅测长原理 用光栅的 进行测量的。如图2-2所，LED光源 出的光，通过聚光系统变 行光， 栅线相对的透 式标尺光栅和 光栅(扫描掩模)上(标尺光栅“ 光栅中之一 动光栅，另一 固定光栅)， 标尺光栅相对 光栅沿栅线垂直方向动时， 所产 的暗相的 沿栅线方向动。 光栅尺相对动一个栅距， 的光 地变一次，并扫过安放在标尺光栅前的四 光 传 ，光传 分产 四“ :I0 , I90。 , I180 , I270, 压 ，从12产 四“正弦压 ， “系统 理后，变成脉 。2 3 2 征光栅(扫描掩模)和标尺光栅栅距d一般相同，黑白 相同，其刻线 彼此行“相距较 ，且沿刻线方向保持一个小的夹角的成可以看成 光栅栅线相互挡光的结果。 于光在透介”中 按直线传播的， 光栅的栅线相互叠时，光线透过 成亮带；栅线彼此错时，互相挡住 ，光线小能透过，成暗带。这就 于遮光 和光的 作用，从在 光栅上出n 较粗的暗 ，称 。如图2-3所，暗 方向刻线方向 似垂直，故称 横向 。 改变夹角 时， m将 变，减少 ，将使m 大，即:13若标尺光栅沿刻线垂直方向动， 就沿夹角 的分线的方向动。 光栅沿垂直于刻线方向相对动时， 将沿行于刻线方向动，光栅每动一个栅距d, 也 动一个 。 动方向 取 于光栅夹角的方向和光栅的动方向。以下几个要 征:1) 山光栅的大量刻线共同成的，对光栅的刻线误差 作用，从在大 上削弱了 误差即栅距部误差的影响。光栅的工作长 愈长， 加作的刻线愈多，这一作用 果愈 。若 根栅线的标准差 ， n根栅线组成的， 位置的标准差 nx / = ,。这说了 位置的可性大大提高，从提高了光栅传 的测量准确 。2)放大作用对于长光栅，减少 可 大m，即 加 ，使md，放大的作用，它使得根据 读数 按刻线读数方便得多。但 于零时， 的 变得大，此时亮带与暗带的系小。光栅刻线部分的 成 一致。动光栅时，透过光14栅的光 作暗的 替变，成光闸 。按这种原理可制成光脉 。3)动对 系的动与栅距之的动一一对 。 光栅动一个栅距时， 也相 动一个 m；若光栅作 向动时， 也随之 向动。 动的方向与光栅动方向垂直。这样测量光栅水方向的小位就用检测垂直方向的 大的 的变来 替。2 3 3 件光栅读数头中， 采用的 光二极管“光三极管和硅光池。硅光池 受光积大“光能 用率高“率响 在10-5 s之上“使用时小要加偏压及可 结 点， 用四相硅光池组合，可 成与裂相光栅对 ， 光栅 的机械细分，硅光池出的 灵敏 虽较低，但其线性 。光敏三极管“光敏二极管 用也较 遍，灵敏 也较高，但光敏三极管线性小如光敏二极管 ，率响 在10-7 s之上。图2-4 光与光栅 差“率响的系， 系统元件确定后，可以看出适 加光，光栅 差 大，率响 适 低的情况.2-4 了响 率与光的 系， 入 光变率加 一定 时，光二极管的出 会减小， 响 下 入 的0.707 时，称该率 截止率，因此光栅读数头中 的截止率限制了 的出率。2 3 的出用行光 光栅时， 亮带 暗带， 暗带 亮带，透过的光分布 似弦函数。硅光池的出波也 正弦曲线，图2-5所 光栅的 15际出波图，它可以看成 在一个直 分量上叠加一个 分量，即:式(2-2)中d 栅距，x 标尺光栅和 光栅的瞬时位量，V0 直 分量(即出压)，Vm 分量 值，V 出压。 上式可见，硅光池上出压的大小 映了光栅瞬时位大小。在 用的 量光栅系统中，在光栅通光 了数量多的线 ，这将使 光 得 的 变得滑2 光栅数 的本原理光栅传 了位量 非量 量的 ，但 了辨位的方向，提高测量 ，以及 数要 ，必须把传 的出 送入数 作进一步 理。光栅数 辨向“细分及功能 。2 辨向原理于位量 方向性的，因此，希望 物正向动时，将得脉数累加； 向动 时，就从 累加的脉数中减fl 向动所得 的脉数。 了 这一，在相距 B(B 的距)位置上置 个光栅元件 和2。这样便得 个相位差 的正弦 和 2， 后送入辨向“中。原理如图 。测量正向位时，光元件1的出压u1 光元件2出压 u2超前 90相角 ，u1“u2 放大整后得 个方波 u1和 u2。 u1 u1 相后得 的方波 。u1“ u1。分 进行分，得 u1w和u1w。 于 u1w 16于高时 ，u2总 于低，因与 出Y1 零。 u1w于高时u2也 于高，因与 Y2出，该 对 于 数。将 个与 的出 Y1，Y2送入 ，在 的制下，可逆 数作加法，与此同时，Y1“Y2 或 送入可逆 数的入端 ，这样便可把正向位量 下来 。 向时，一fl与上述相 。2 2细分 所谓细分就 一 时，不 出一个脉， 出若 个脉，以减小脉 量，提高分辨率。例如 变一个 ，不 出一个脉， 出四个脉，就叫四细分。在四细分的情况下，栅距 4um 的光栅，其分辨率可以提高 1um。细分 多，分辨率 高。最 用的细分方法 直 细分。一般细分数 4，其currency1 在 一个 能得 彼此相差同一相角若 正弦 ，通过“ 理，一个 就可得 若 个 数脉，从 细分的的。2 3光栅尺的安装 在光栅尺的安装时 尽量与动方向的元件保持一致性；大多数测量系统的动系统一般都 用 密 副，理论上要 光栅尺安装在进 副的轴线上。但 于 际受结 的限制以及空 的影响，光栅尺都安装在 外 ，如果光栅尺装不 ， 误差，对位置测量 巨大影响。 了将 此产 的阿贝误差 小，定尺和定尺外壳 尽可能地固定于机 的固定结合面上，安装面一定要与机 行。这就要 安装面与 轴线的正 (即安装面与动 向面)保持行 。在加工安装面时可以加工一个2fl 的凸 作 光栅尺的定位准，要 与 正 。在安装光栅尺时可以在定位准上，这样也便于光栅尺的装。光栅尺安装在 外 ，也便于试和将来的维修。 光栅尺在安装时，要避免各种加 ，抗振的最高值在2 ，对振击和击荷 (正弦型)许加 最高值在 ” ；在装整时 避免使用钢件或相”的部件；不要固定在热源附 ，机 在使用一年以后， 对光17栅尺进行校正，同时 检验光栅尺的行情况；如currency1洗时 该用棉球沾水酒 擦拭，如果光栅尺污物太多， 让 拆下光栅尺从光栅的一头用水酒 洗，不许用其他可以产 结膜的物”洗。 光栅尺的定尺与动尺的相对动 机 的位定尺安装在固定结合面上，动尺 currency1要用支架与动部件 ，这就要 支架 足的刚性。在动尺行时，要 支架与各动部件 的共振“ 如在我厂一 立式加工中中 方向动行 超过了”，方向安装的光栅尺位置， 动尺的支架产 共振和变的情况( 于工作 左右动的在滑鞍上的变， 致与下滑鞍 的支架 小的变，最大 约 3fl 之 ) 成了数 在行 上的变， 致了测量值的不一。从测量结果上看，在保 安装 件下， 光栅尺动尺和定尺位置 变时，并不能保 测量值不变。三 步进机原理3 工作原理步进动机的工作就 步进动。在一般的步进动机工作中，其源都 采取 极性的直 。要使步进动机的步进过 行动，就必须对步进动机的各相绕组进行恰 的时序方式通。【 】步进动机的步进过 可以用一个三相 式步进动机来说，如下图2.3所，18图2.3 步进动机步进过 初始状态时，S 通A相绕组， A相磁极和的0“2 齿对齐。同时，的1“3 和B“C相绕组磁极成错齿状态。 S从A相绕组拨向B相绕组后， 于B相绕组和的1“3 齿之的磁线作用，使 的1“3 齿和B相磁极对齐。 的0“2齿就和A“C相绕组磁极成错齿状态。此后S从B相绕组拨向C相绕组， 于C相绕组和0“2 齿之的磁线的作用，使 的0“2 齿和C相磁极对齐。这时的1“3 齿和A“B相绕组磁极产错齿。 S从C相绕组拨向A相绕组后， 于A相绕组磁极和1“3 齿之的磁线作用， 1“3 齿和A绕组磁极对齐。这时的0“2 齿和B“C相绕组磁极产 错齿。，在这时的齿动了一个齿距角。如果对一相绕组通的操作称 一拍，那么对三相 式步进动机的A“B“C三相 通一次也称一个 。从上面分析看出，三相 式步进动机动一个齿距，currency1要三拍操作。从步进动机的工作原理分析可知 式步进动机要 1.定绕组磁极的分 角不能 齿距角整 ，否 不能成错齿。也就法 步进工作。2.定绕组磁极的分 角 齿距角 之后所得的数， 该 步距角或步距角的 数，且 数值和相数不能 因。否 ，步进动19机法 对齿，也就法 于衡稳定状态。3 2步进机的结 性及 数在 机 用中， 要用 步进动机，以 对 产过 或 的数元制。步进动机 中十分要和 用的功率件。步进动机 一种将脉 成相 的角位（或线位）的机组件。通俗的讲，就 外加一个脉 于这种动机时，它就行一步。步进机的一些 点一般步进机的 步进角的3 ，且不累积。2步进机外 许的最高温 。步进机温 过高首 会使机的磁性 退磁，从 致矩下 乃 于失步，因此机外 许的最高温 取 于不同机磁性 的退磁点；一般来讲，磁性 的退磁点都在摄氏 3 以上， 的 高 摄氏2 以上，所以步进机外 温 在摄氏 全正 。3步进机的矩会随的高下 。步进机动时，机各相绕组的 将成一个 向动势；率 高， 向动势 大。在它的作用下，机随率（或 ）的 大相 减小，从 致矩下 。步进机低时可以正 但若高于一定 就法 动并伴啸叫声。步进机 一个 数空 动率，即步进机在空 情况下能 正 动的脉率，如果脉率高于该值，机不能正 动，可能 丢步或堵。在 的情况下， 动率 更低。如果要使机 高动，脉率 该 加过 ，即 动率较低后按一定加 所希望的高（机从低 高）。步进动机以其著的 点，在数制 时 挥 大的用途。伴随 不同的数 的 以及步进机本 的提高，步进20机将会在更多的得 用3 3 步进机的一些本 数机固 步距角它 制系统每 一个步进脉 ，机所动的角 。机出厂时 出了一个步距角的值，如 B G2 型机 出的值 （ 半步工作时 “整步工作时 ），这个步距角可以称之 “机固 步距角”，它不一定 机 际工作时的真正步距角，真正的步距角和动和细分“ 。2 步进机的相数机 部的线圈组数，前 用的 二相“三相“四相“五相步进机。机相数不同，其步距角也不同，一般二相机的步距角 “三相的 “五相的 3 2 。在没细分动时，用户主要选择不同相数的步进机来满足自己步距角的要 。如果使用细分动，用户 currency1在动上改变细分数，就可以改变步距角。3 保持矩（ L ING R U ）步进机通但没 动时，定 住的矩。它 步进机最要的 数之一，通 步进机在低时的矩 保持矩。于步进机的出矩随 的 大不断 减，出功率也随的 大变，所以保持矩就成 了衡量步进机最要的 数之一。 如， 们说2N 的步进机，在没 说的情况下 保持矩 2N 的步进机。 N R U 步进机没 通的情况下，定 住的矩。 N R U 在 没 统一的 方式， 使大家产 误 ； 于 式步进机的不 磁 ，所以它没 N R U 。3 3 在该测量系统中，我们要 整个系统的响 尽可能的 ，测量 21 高，行部件工作的 也直 影响整个测量系统的 ， 此我们选用了 螺 传动作 我们的传动方式， 螺 传动装置 螺 “螺 “ 和 装置四个部分组成。其 点 大及 大“传动 率高“ 小，命长，维 。3 3 2 部件了使该测量系统 时在线检测，其部件也必须currency1要 时，我们选用了大 方 限 产的标准 式点阵式模 。其 点 工作压低“耗极 “成本低，也能 ，使得 的机界面更加 和整个测量系统外得 。3 3 3 的I 我们选用的 以 点阵 行 X ，它采用了 结 ，共 端 线，见 2 2 管 功能 源地(GN )2 源压( )3 LC 动压(可) R 入 ，入 PU选择选择模 部 类型型 R ， PU进行写模 操作时， 向 PU进行读模 时， 向地 数R ，论 PU读操作还 写操作， 向数据 R W入 ，入 PU选择读 写模 操作 R W 读操作 R W 写操作 入 ，入 PU模 操作使能 读操作时， 下 沿 写操作时，高 B B 入 出 ， PU与模 之的数据传通 根据以上端 功能 ，我们可以 LC 模 的各种操作，如(L )， (LC”fl )，定位(LX )，检测 标 位(LB )。3 3 模 组件 部 成 主要 LC (LC P ”)“制(Cfifl”fl)“列动( fi fl fl)和偏压“ 成。LC C 和 fi 成的点阵，以X 点阵 结 模式和置的 22数列动与制 使用，它 受来自制的振 “ 同步出“ 行出的数据和位及 脉，产 列 fi 扫描动 制 受来自 PU的 和数据，制 整个模 的工作，它主要 IR“数据 R“ 标 B “地 数C R (数据 )“CGR ( R ) CGR ( R )以及时序 “组成。 功能如下 (IR)和数据 ( R) 模 部 个 位 IR和 R，我们可以通过R 和R W 入 的组合选择 定的 ，进行相 的操作，其组合式如 2 2 IR 部 R 和CGR 中的数据的 码和地 ， 能 PU对其进行操作 R 部时 PU与模 部R 和CGR 之的数据。 2 2 R R W 功能I 将 B B 的 码写入 分将状态标 B 和地 数(C) 读 B 和 B B ” 将 B B 的数据写入数据 中，模 的 操作自动将数据写 R 或 CGR 中 )” 标 (B )和地数(C) 标 (B ) 判LC 模 否 于正 工作模式的标 ， 标 B 时， 模 正在进行 部操作，此时不 受外部 和数据，直 B 。 R R W 以及 高时，B 出B ，每次操作之都必须检验标 位， 在B 之后， PU能该模 。C地 数 R 或 CGR 的地 ， R和 R 或CGR 之成一次数据传送后，它自动会加 或减 数据 “ R “ R 数据 ( R ) 的 码， 最多可以的 数 个 R (CGR )中，模 己 位二进制数的式，成了X 点阵的 模组在 R (CGR )中，用户可以成自定图 的 模。3 3 模 与多功能 机模 的 在全自动二维测量系统中， 作 部分，它 用总线模式，直 与 PU的P 直 相联，在制 高或下 沿的23作用下，模 通过分制 R 和】2 W的组合式，来分数据总线 B B 上传送的 和数据。数据总线 B B PU 模 和与模 之 息 的数据通 。在该测量系统中，其“图如2 图2 在该系统中P3 P3 3 P3 分 的制 R R W 其制 R R W 的高或下 沿都 通过软件 的，根据该系统的硬件“图得知其每个制 的地 。在编写软件前， 定其位地 currency1 LC Pflfi P currency1 L fi PflfiPI fi LC P3 fi LC RW P33 fi LC “ P32 模 根据该测量系统的要 ，我编写了各种模 ，以满足测量系统的要 ，在对LC 模 操作之前，必须检验其 标 B ， LB ，模 标 检验(LB )“ 受和 送命 (LC )“出和入数据 (L fi ) LC 的定位(LX ) LC (L )各种模 如下 LB ( 检验 标 B LCI一R LC RW LC Pflfi LC LC ”(LC Pflfifi )fl )LC LC LC 24 LC ( fl ) LC 模 受和 送命 LB ()LC Pflfi LC R LC RW LC LC L fi ( fl ) LC 模 数据入和出 LB )L fi Pflfi LC R LC LC RW LC LX ( fl fl ) LC 定位 (fi )fl )LC ( )( )”LC ( ”( )3 步进动机的点位 所谓点位制，就 制动机动 从一个位置动 另一25个位置。对步进动机，就 制动机从一个 定位置行若 步 另一个位置进入 定状态。这里要 动机 际行的步数一定要与定相 ，不许 误差。用 机 步进动机的点位制一般currency1在系统 个坐标系，一个 绝对坐标系，一个 量坐标系。所谓绝对坐标系， 际上整个系统点的坐标系， 一个 点， 一个 点， 点之的动机行的总步数称 最大行 。系统的绝对坐标值，也即 动机角 的系统的位置坐标，动机行过 中，绝对坐标值一直系统位置的变。系统还currency1对坐标值 检测，一 限故，即 出 。所谓 量坐标值， 际 在一个工步 系统位置的变。例如，系统从一个位置按一定的 行 另一个位置， 个位置绝对坐标值的差称 量坐标值。如向正向动， 量坐标值 正 ；如向方向动， 量坐标值 。系统在动之前， 量坐标值最大，在始行后， 量坐标值减， 减 量坐标值 零时，说系统 走currency1要的步数，止行。 量坐标值的 ， 际上就动机行的方向标 。动机行的每一步都currency1要对绝对坐标值和量坐标值进行 。这些 都安在中断 序中。3 机与动“ “我们也可以采用 机P 动“向步进机提 制脉， 于P 没 数据 功能，因此我们还currency1要” 一个 ，对出的数据进行 ，下面 数据总线通过一个 L 2 3 与C 3动 在一 的动硬件“图如图所。26 图 步进机动“图4-5中数据总线出制步进机的脉 过 “放大，最后作 制步进机的脉源通过DJ0DJ3 与二相步进机的各相 在一 。273 步进动机的功率放大“3 压功率放大动压功率放大“ 步进动机制中最 的一种动。在本”上它 一个 的 相。在“中管T用作；L 步进动机的一相绕组；RL 绕组；RC 外 ，也 限 ；D 续 二极管。在外 RC上并联一个 C，可以改 注入步进动机绕组的 脉前沿。在续 二极管D“中 联RD，对“的放时Td改 较大的作用。图3 压功率放大“如图