操纵杆控制电路在轴承表面轮廓仪中的应用.pdf

ISSN1000-3762轴承2010年12期
39-41
CN41-1148/TH Bearing 2010.No 12
操纵杆控制电路在轴承表面轮廓仪中的应用
杨晨,江纯清,江玮,胡英贝,洪泽熙2
(1.洛阳轴研科技股份有限公司,河南洛阳471039;2.北方工业大学信息工程学院,北京10004)
摘要:设计了一种应用于轴承表面轮廓测量仪中的操纵杆控制电路,该电路与计算机数字控制技术相结合,大
大提高了仪器操作的灵活性、方便性和安全性。同时,该技术可广泛用于圆柱度仪、三坐标仪及大型圆度仪等
具有二维、三维控制系统的测量仪器
关键词:滚动轴承;表面轮廓测量仪;操纵杄;控制电路;多维控制
中图分类号:TH133.33;TH161.12文献标志码:B
文章编号:1000-3762(2010)12-0039-03
轴承表面轮廓测量仪已广泛应用于轴承表面向电动机进行正、反向运动实现传感器位置控制,
轮廓、波纹度与表面粗糙度的检测,本公司2008年并和计算机数字控制信号形成双路控制且互不于
研制了CR-05型表面轮廓测量仪,其采用触针式扰。两路电动机均选用永磁直流齿轮减速电动
测量原理,通过传感器四棱锥测头沿工件表面以机,工作电压为4~18V,转速随工作电压变化,对
0.5mm/s的速度平稳滑动进行测量,传感器信号应的转速范围为5.3~24r/min
经处理后送计算机进行计算和显示。其特点是测
量精度高,分辦率最高可达0.003pm,测量范围
大,最大量程为±4mm。
仪器主要由机械工作台、电气控制箱和计算
机3部分组成。测量工件时,需将传感器测头平
稳、准确地移动到工件表面被测起始位置,这就要
1一多维工作台;2-被测工件;3一传感器测头;4一立柱;5一传感
求测头相对工作台在x,y方向做一维运动。若仅器駅対箱、6一传感器:7-大理石工作台
采用计算机控制,既要通过显示控制界面操作仪
图1机楲结构
器,又要观察传感器测头与工件的接触状态,操作
R系列微型工业操纵杆上分别装有x,y向10
相对不方便,且只能单维运动,效率不高,位置控kΩ电位器,自由状态时电位器处于中间位置。在
制不好容易损坏传感器。
每个电位器炳端施加±15V的直流电压,当操作
为提高工作效率和安全性,专门设计了一种者推动操纵杆做上、下、左、右方向移动时,相应方
操纵杅控制电路。其与计算机控制方式配合,均向的电位器就会随推移角度(最大25)的大小分
可对传感器位置进行控制,且相对互锁。该控制別且同时输出电压在0~±4V连续变化的模拟信
电路具有操作简单、无级变速、二维同时驱动、超号,利用该信号的正负极性和电压大小分别控制
量程自动保护及直观性强的特点,相对鼠标、键盘电动机的旋转方向和速度,从而实现位置控制。
更符合人的操作习惯,可大大提高仪器操作的灵
如图2所示,操纵杆输出的模拟信号分为两
活性、便利性和安全性。
路。路经绝对值电路变为正极性信号(即速度
1工作原理
信号),通过信号放大电路将其绝对值电压放大至
驱动直流电动机所需要的工作电压,然后经起步
CR-05型表而轮廓测量仪机械结构如图1所门限开关输入驱动电压无极调速器,该调速器最
示,在传感器驱动箱上安装x向驱动电动机,控制大可输出+18V,5A的直流电流驱动电动机。在
传感器左、右位置;立柱上安装y向驱动电动机,控绝对值电路后设计了一个单值电压比较器,用来
制传感器上、下位置。本电路利用操纵杆控制x,y判断操纵杅是否有明显动作,避免误动作,即当操
纵杆推移角度大于±3°时,才认为操纵杆确实有动
收稿日期:2010-07-23;修回日期:2010-08-16
作,输出+15V,逻辑为1。其输出的“操纵杆已动
w.
《轴承》2010.N.12
作”逻辑信号分别送起步门限开关电路和互锁电
路。在起步门限开关电路中,当控制逻辑信号为/2主要电路的实现
时,门限开关闭合,放大后的电压输入驱动电压无2.1绝对值电路
级调速器;反之,门限开关断开,无电压输入无极
绝对值电路又称全波整流电路,其输出电压
调速器。无极调速器输出送至译码选择器。
是输入电压的绝对值,本电路为全波整流正极性
输出电路。如图3所示,IC为反相输入、负极性
输出半波整流电路;IC2为反相求和电路。该电路
博速译码选
的输出为输入电压的绝对值,因此可将操纵杆
的速度信号(0~+4VDC)从操纵杆原始信号中独
算机速度信
动压级速
保
电路
立出来。
方向
V)2
机
IN4148
R6
ICI IN4148_R
1C2
限位信し凝
图3绝对值电路
急停信号
2.2单值电压比较器
图2电路框图(单路
单值电压比较器是电压比较器中的一种,只
操纵杆输出的另一路模拟信号经过过零比较有一个基准电压的比较器称为单值比较器。其输
器,被转换为两个单值电压。当操纵杆输人信号人端为模拟量,输出端为数字量(+15V时为逻辑
大于0V时,过零比较器输出+15V,逻辑为1;当1,0V时为逻辑0),是模拟电路与数字电路的桥
输入信号小于0V时,过零比较器输出-15V,翌梁ー。本电路中,采用的基准电压为0.5V。当操
辑为0。经过双半波整流器转换成一组两位的数纵杆有动作且超过一定角度,使比较器的输入电
字信号,这组数字信号根据操纵杆的推移方向而压大于基准电压,输出端即输出高电平;反之,当
变化即构成操纵杆方向信号,该信号送至数据选操纵杆没有动作或动作幅度没有超出一定角度
择器。
时,则输出逻辑0。这样设计可避免误操作,同时
在互锁电路中,操纵杆动作信号与计算机方识别出“操纵杆已动作”数字信号,方便了后续电
向信号形成互锁,互锁后的输出信号送至译码选路中操纵杆信号与计算机信号的互锁与选择。同
择器和数据选择器分别作为速度和方向的选择控样,过零比较器将操纵杆的方向信号识別出来
制信号。其中,译码选择器对无级调速器输出的2.3驱动电压调速器
操纵杆驱动电压和有极调速器输出的计算机驱动
采用三端可调稳压管LM338将驱动电压无级
电压进行选择,从而控制直流电动机的速度;数据调速和有级调速合为一体,如图4所示:U,为操纵
选择器对操纵杆方向信号和计算机方向信号进行杆电压信号,NI~IN4分别为4级计算机速度信
选择,从而控制直流电动机的方向。
号,它们之间为互锁关系。当操纵杆有电压信号
此外,考虑到操纵杄控制速度范围较大,为避输出时,NI~N4逻辑为0,Q1~Q4断开,此时电
免人为误操作引起的测头或传感器损坏,专门设略相当于ー个驱动电压无级调速器,输出电压じ。
计了动作保护电路。当传感器测头接触到被测工等于输人电压U1加上R1上的额定电压U,(恒定
件表面后,操纵杆向下控制的动作便受到限制,只为1.25V),输出电压U。随操纵杆电压信号U:线
允许利用计算机控制进行步进微调,这样既提高性变化。当计算机有速度信号输出时,则U1呈高
了工作效率,又保证了控制精度。同时还设计有阻状态,相当于断开,根据计算机速度设定,Q1
急停保护电路,其由与门封锁电路构成,当按下急Q4中某一路导通。此时电路则为一个驱动电压有
停开关时,测量仪所有的机械运动立即停止,直至级调速