专利名称：数控机床动态定位精度数据采集系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种检测设备，具体是指一种数控机床动态定位精度数据采集系 统。
背景技术：
目前数控机床的精度检测主要依据激光检测仪检测。这种检测方式有以下缺 点(1)激光检测仪需要专人进行操作，且体积大，不易校准，其校准误差会直接影响 检测精度。(2)激光检测仪的价格非常昂贵，附件很多，在机床出现精度问题时，首先要 排除激光检测仪本身精度问题，耗费大量人力物力。(3)激光检测仪只能进行静态精度检 测，它的检测结果只能反映出机床本身的机械精度，不能反映出机床的加工精度。实际 上，只有动态精度才能够反映出机床机械安装精度和机床参数的调整情况，也能够客观 反映出机床实际的加工精度。因此采用激光检测仪对数控机床进行检测的技术难以全面 推广。另外，传统动态精度检测方法，采用对机床加工的工件进行检测的方式，进而 根据这个工件的精度评价机床的精度。这种方法不可避免的受刀具和被加工工件材料的 影响，干扰检测结果，不能反映出机床本身的实际加工精度；且费时费力。因此，有必要开发一种新的能够实现动态数据采集的数控机床数据采集系统。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能够实现动态数据采集的数控机床数据 采集系统及依赖于该采集系统的机床动态定位精度检测方法。为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案是—种数控机床动态定位精度数据采集系统，包括连接于机床光栅尺信号线与机 床之间的数据采集装置及与数据采集装置信号连接的PC机，所述数据采集装置包括X 轴光栅尺脉冲信号的采集电路、Y轴光栅尺脉冲信号的采集电路；与上述两电路分别连 接的X轴信号处理电路、Y轴信号处理电路；与X轴信号处理电路、Y轴信号处理电路 连接对机床工作情况进行直接监控的DSP控制电路，所述DSP监控电路通过以太网与PC 机信号连接；数据采集起始位置使能电路，与DSP控制电路连接，采集机床Z轴开始下 钻的信号并处理后信输入给DSP控制电路。具体的，所述DSP控制电路与PC机通过网络通讯电路实现信号连接。所述X、Y轴光栅尺脉冲信号的采集电路分别采集X、Y轴光栅尺信号后传送给 信号处理电路处理后再通过数据总线输出给DSP控制电路；再由DSP控制电路传送给计 算机进行数据的分析计算，最终得到机床的定位精度，并存储。依赖于上述系统，本发明还保护所述数控机床动态精度检测方法，其步骤为(1)将所述数据采集装置与机床对应连接，并通过网络与PC机连接；(2)开启机床、计算机及所述数据采集装置，当机床主轴向下钻孔时，采用所述数据采集装置实时采集机床X轴和Y轴光栅尺的位置信号；(3)所述信号通过网络传递给PC机，由PC机计算并显示主轴下钻过程中X、Y 轴的实际位置与规定位置的误差；(4)由PC机根据钻孔的密集度计算确定机床的实际加工精度。所述主轴向下钻孔时，所述数据采集装置采集机床X轴和Y轴光栅尺的位置信 号次数为8-10次。本发明与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果所述数控机床数据 采集系统及检测方法能够在机床正常工作中对机床的精度进行检测，整个检测过程完全 消除了人为因素可能造成的误差，为机床的实际加工精度提供了一个更加可靠的数据依 据，方便在机床调试、检验中提高机床精度。同时，所述数据采集装置体积小，外部线 路简单，操作方便，不易出错。
附图1是数控机床动态定位精度数据采集系统的原理框图；附图2是所述数据采集系统X轴光栅尺信号采集电路原理示意图；附图3是所述数据采集系统X轴信号处理电路原理示意图；附图4是所述数据采集系统Y轴光栅尺信号采集电路原理示意图；附图5是所述数据采集系统Y轴信号处理电路原理示意图；附图6是所述数据采集系统DSP控制电路原理示意图；附图7是所述数据采集系统采集起始位置使能电路原理示意图；附图8是所述数据采集系统电源及数据采集使能输入接口 ；附图9是所述数据采集系统以太网通信接口电路原理示意图；附图10是所述数据采集系统以太网通信电路原理示意图。
具体实施例方式下面结合附图及具体实施例对本发明的技术方案作进一步的详细说明。参照图1，本发明所述数控机床动态定位精度数据采集系统，包括数据采集装置 及一 PC机；所述数据采集装置连接于机床光栅尺信号线与机床之间用于采集机床X、Y 轴光栅尺信号，PC机用于信号数据的综合处理和分析，最终得到待测机床的动态定位精 度数据。所述数据采集装置包括X轴光栅尺脉冲信号的采集电路、Y轴光栅尺脉冲信 号的采集电路；与上述两电路分别连接的X轴信号处理电路、Y轴信号处理电路；与 X轴信号处理电路、Y轴信号处理电路连接对机床工作情况进行直接控制的DSP控制电 路，所述DSP控制电路与PC机通过以太网信号连接。具体实施时，见图2 7，所述X轴光栅尺脉冲信号的采集电路将X轴光栅尺A 相和B相正负信号分别经芯片U4的A、B通道后再经总线驱动芯片U5分为两路信号， 一路经U5的5、7脚输出给X轴信号处理电路，另一路经U3A、B通道输出，返回给机 床的伺服控制卡；X轴光栅尺C相信号经芯片U4C通道进入，再由芯片U3C通道输出， 返回给机床的伺服控制卡。所述X轴信号处理电路包括智能处理芯片U11，其接收X轴
5光栅尺脉冲信号采集电路的信号并处理后通过数据总线输出给DSP控制电路。所述Y轴光栅尺脉冲信号的采集电路将Y轴光栅尺A相和B相信号分别经芯片 U2A、B通道后，再经总线驱动芯片UlO分为两路信号，一路信号经U1A、B通道输出， 另一路输出给Y轴信号处理电路；Y轴光栅尺C相信号经芯片U2C通道进入，再由芯片 UlC通道输出。所述Y轴信号处理电路包括智能处理芯片U12，其接收Y轴光栅尺脉冲 信号采集电路的信号并处理后通过数据总线也输出给DSP控制电路。所述DSP控制电路采用DSP芯片U8，其通过2、3脚输出片选信号给X、Y轴 信号处理电路的智能芯片Ull、U12；通过数据总线读取/保存Ull、U12输出的X轴和 Y轴的位置信号。所述数据采集起始位置使能电路包括光藕U9、二极管D6、电容C34、C35、电 阻R55、R56、R57、R58 ；所述数据采集起始位置使能信号与稳压二极管D6稳压端、电 阻R58 —端、电容C35 —端均连接；稳压二极管D6的阳极通过电阻R57与光藕U9的1 脚联接；光藕U9的第4脚通过电阻R55与DSP芯片连接，光藕U9第2、3脚接地。如图9、10，所述以太网电路包括芯片U13、U14、U15、电阻R51、R52、 R53、发光二极管RX、TX、LEN、二极管D8、电容C36、C37等。芯片U15、二极管 D8、电容C36、C37组成以太网的电源电路；以太网信号经变压器与芯片U14联接；芯 片U14通过27、28、29、30与DSP联接，电阻R51、R52、R53分别与发光二极管RX、 TX、LEN串联组成以太网的状态显示电路。如图7、8分别为所述数据采集系统采集起始位置使能电路原理示意图及所述数 据采集系统电源及数据采集使能输入接口。如图7中，EN-IN端通过图8所示接口接数 据采集装置的DSP芯片12脚，L-EN端接机床主控系统。24V电源由机床引入通过所述 数据采集装置内部电源模块转换后为所述数据采集装置中各模块供电。为了使用方便，所述数据采集装置采用与机床相同的24V供电电源工作，所述 PC机中安装。所述数据采集装置使用时1.首先将机床的光栅尺信号线拆下，将X轴光栅尺信号线插入数据采集装置X 轴光线输入口，将Y轴光栅尺信号线插入数据采集装置Y轴光线输入口，再将动态精度 采集装置X轴输出口线连接至机床光栅尺X轴输入接口，动态精度采集装置Y轴输出口 线连接至机床光栅尺Y轴输入接口；2.将所述数据采集装置电源及数据采集使能输入接口连接至机床的24V及TBK 接口(用于断刀检测使能，可同时用于数据采集装置工作使能)；3.将数据采集装置的以太网通信接口用标准网线连接至另一台计算机的以太网 接口 ；4.开启机床运行钻孔程序，并启动另一台计算机运行动态数据采集程序，并在 计算机程序系统中填入与机床动态数据采集装置相应的IP地址，以实现数据的传输；5.复位机床至零位；在计算机数据采集程序中选择开始监测功能，使其与动态 精度检测装置连接；再点击采集位置清零，使动态数据采集程序位置清零；此时移动机 床到任何一个点，在动态数据采集程序中点击 < 读当前XY位置 > 则可以在PC机窗口中 显示出当前机床的XY轴位置坐标。
6.从机床钻孔程序中调取一个钻孔文件，并将文件移动到适当的位置。将该文 件考入上述PC机上，从动态数据采集程序中点击 < 导入drl文件 >，打开文件。再在动 态数据采集程序中填入与机床上相同的零点坐标和零点偏移坐标。7.将机床移动到文件的第一个记录上。在动态数据采集程序中填入开始记录号 为1，点击确定，再点击开始采样，动态数据采集程序和动态精度检测装置开始工作。8.在机床上执行全部钻孔，此时PC机的动态数据采集程序中也会显示机床的实 时移动坐标。在PC机窗口中会显示每一个坐标的数据包，每一个数据包会显示10组坐标(坐 标数可以修改)，分别是Z轴开始下钻(起钻位)到最深点(终钻位)过程中采集到的10 次位置坐标。这10次位置数据与理论位置(X轴坐标，Y轴坐标)的最大差值即为X轴 和Y轴的误差(X轴误差，Y轴误差)。将这些数据再与导入的钻孔文件中的相应坐标 (理论X轴，理论Y轴)进行对比即可得出实际位置与文件的误差(X轴误差2，Y轴误 差2)。这些数据都会显示在程序中心的窗口中。程序可以设置误差范围(规格上限，规 格下限)，当某一组数据超过范围就会在相应的孔记录坐标上显示不同颜色来警示。在采 样过程中或采样结束后都可以点击<CPK值 > 计算出当前已钻过的所有孔的CPK值(孔 的密集度)，并可生成图表，方便查看。程序中还可以填入与机床相关的信息，如机床编 号、主轴编号等，可随检测结果一起保存为文本文件，供以后查阅和参考。本发明所述系统中未具体描述的模块均为现有技术中的成熟模块，因此不对其 具体实现方式赘述。上述实施例仅为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不局限于此， 在任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应 为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种数控机床动态定位精度数据采集系统，包括连接于机床光栅尺信号线与机床 之间的数据采集装置及与数据采集装置信号连接的PC机，其特征在于所述数据采集装 置包括X轴光栅尺脉冲信号的采集电路、Y轴光栅尺脉冲信号的采集电路；与上述两电路分别连接的X轴信号处理电路、Y轴信号处理电路；与X轴信号处理电路、Y轴信号处理电路连接对机床工作情况进行直接控制的DSP 控制电路，所述DSP控制电路与PC机信号连接；数据采集起始位置使能电路，与DSP控制电路连接，采集机床Z轴开始下钻信号并 处理后输入给DSP控制电路。
2.根据权利要求1所述的数控机床动态定位精度数据采集系统，其特征在于所述 DSP控制电路与PC机通过网络通讯电路实现信号连接。
3.根据权利要求2所述的数控机床动态定位精度数据采集系统，其特征在于所述X 轴光栅尺脉冲信号的采集电路将X轴光栅尺A相和B相正负信号分别经芯片U4的A、B 通道后再经总线驱动芯片U5分为两路信号，一路经U5(5、7)脚输出给X轴信号处理电 路，用来读取机床X轴的实际位置；另一路经U3A、B通道输出，返回给机床的伺服控 制卡；X轴光栅尺C相信号经芯片U4C通道进入，再由芯片U3C通道输出，返回给机床 的伺服控制卡；所述Y轴光栅尺脉冲信号的采集电路将Y轴光栅尺A相和B相信号分别经芯片 U2A、B通道后，再经总线驱动芯片UlO分为两路信号，一路信号经U1A、B通道输出， 返回给机床的伺服控制卡；另一路输出给Y轴信号处理电路；Y轴光栅尺C相信号经芯 片U2C通道进入，再由芯片UlC通道输出，返回给机床的伺服控制卡。
4.根据权利要求3所述的数控机床动态定位精度数据采集系统，其特征在于所述X 轴信号处理电路包括智能处理芯片U11，其接收X轴光栅尺脉冲信号的采集电路信号处 理后通过数据总线输出给DSP控制电路；所述Y轴信号处理电路包括智能处理芯片U12，其接收Y轴光栅尺脉冲信号采集电 路信号处理后通过数据总线输出给DSP控制电路。
5.根据权利要求4所述的数控机床动态定位精度数据采集系统，其特征在于所述 DSP控制电路包括DSPIC33F芯片U8，其通过(2、3)脚输出片选信号给X、Y轴信号处 理电路的智能芯片Ull、U12;通过数据总线读取/保存Ull、U12输出的X轴和Y轴 的位置信号。
6.根据权利要求5所述的数控机床动态定位精度数据采集系统，其特征在于所述 数据采集起始位置使能电路包括光藕U9、二极管D6、电容C34、C35、电阻R55、R56、 R57、R58;所述数据采集起始位置使能信号与稳压二极管D6稳压端、电阻R58—端、 电容C35—端均连接；稳压二极管D6的阳极通过电阻R57与光藕U9的第一脚联接；光 藕U9的第四脚通过电阻R55与DSP芯片连接，光藕U9第二、三脚接地。
7.根据权利要求1 6中任一项所述的数控机床动态精度检测方法，其步骤为(1)将所述数据采集装置与机床对应连接，并通过网络与PC机连接；(2)开启机床、计算机及所述数据采集装置，当机床主轴向下钻孔时，采用所述数据 采集装置实时采集机床X轴和Y轴光栅尺的位置信号；(3)所述信号通过网络传递给PC机，由PC机计算并显示主轴下钻过程中X、Y轴的 实际位置与规定位置的误差；(4)由PC机根据钻孔的密集度计算确定机床的实际加工精度。
8.根据权利要求7所述的数控机床动态精度检测方法，其特征在于所述主轴向下 钻孔时，所述数据采集装置采集机床X轴和Y轴光栅尺的位置信号次数为8-10次。
全文摘要
本发明涉及一种数控机床动态定位精度数据采集系统。所述系统包括一数据采集装置及一PC机，数据采集装置包括X轴光栅尺脉冲信号的采集电路/处理电路、Y轴光栅尺脉冲信号的采集电路/处理电路、数据采集起始位置使能电路、DSP控制电路。机床Z轴往下钻孔时，X、Y轴的伺服电机是停止的，利用Z轴往下钻孔的时间来采集X、Y轴光栅尺的位置，通过与预存标准数值进行计算/比较得出机床在实际加工过程钻孔定位精度。所述系统有别于传统的只能进行静态精度检测的激光检测仪，能够在数控机床高速运行中通过光栅尺反馈实时检测机床X、Y轴的实际位置，客观快速的反映出机床的机械安装精度和机床参数的调整情况及精度。
文档编号B23Q17/00GK102009369SQ20101029908
公开日2011年4月13日 申请日期2010年9月29日 优先权日2010年9月29日
发明者周启发, 蔡向林, 邬振平, 郝平, 陈刚 申请人:惠州市大亚湾天马电子机械有限公司