实时两轴转角差检测系统开发

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随着机械加工设备的不断完善，-些细长轴类加工机床设备采用两头驱动(即两头有动力，同向、等速驱动，往往将这种机构称为同步驱动机构)的方式，增加了加工系统的刚度 ，减小了加工变形，达到了提高加工精度的目的。如数控连杆颈曲轴磨床、连杆颈曲轴铣床都采用此种机构。这些同步机构是通过机械传动或电气控制来实现的。

有机械传动或电气控制就必然有转角差，如果这个转角差超过-定的范围，如 462Q曲轴曲拐轴心线对基准平面的角度偏差为 ±15 ，若两头驱动的同步传动机构转角差大于 ±15 /2，就会影响曲轴的加工精度。

1 同步机构应用实例1.1 机械传动的同步机构图 1所示为常见的机械传动同步机构原理图，该结构除了电动机 1、减速器 2外，其余部分均左右对称。如 XL400连杆颈曲轴铣床的工件旋转进给运动广西教育厅科研立项项 目(201 106LX749)6图 1 机械传动 同步机构原理图1.电动机 2.减速器 3.齿轮副 4.齿轮副 5.联轴节6.联接轴 7.执行机构 8.执行机构 9.齿轮副 l0.齿轮副就是采用这种结构，此种结构的优点是电气控制简单，制造成本低；缺点是机械结构较复杂，由于联接轴6的存在使整台设备外型复杂化 ，造成 Et常保养困难，大大增加了维修频率，影响了设备的使用寿命。

工作时，电动机 1经减速器2、齿轮副3与齿轮副1O、齿轮副4与齿轮副 9把运动传给执行机构 8。这种机构的同步精度完全是靠机械传动精度来保证，如XL400连杆颈曲轴铣床，因其对同步精度没有制定技术标准，所以很少有企业检测同步传动误差，但两头驱动的转角差大于 ±15 /2时，如用其加工 462Q曲轴，则影响曲轴的加工精度。为确保设备工作的可靠1052013年第 4期 现代制造工程(Modem Manufacturing Engineering)性，有必要检验同步传动误差。

1.2 数控两轴的同步机构图2所示为常见的数控两轴同步机构原理图，该结构左右完全对称，且各 自相对独立。如 XGL-1100型全 自动数控连杆颈曲轴磨床工件旋转进给运动就是采用这种结构，此种结构的优点是机械结构简单，精度高；缺点是电气控制较复杂，制造成本较高。这种结构是靠数控系统控制两个伺服电动机 1同时运动，经齿轮副3与齿轮副 4把运动传给执行机构 5，保证执行机构 5与执行机构6同向同速旋转。或者不用齿轮传动，伺服电动机直接驱动执行机构。这种机床的同步精度完全依靠数控装置的控制精度来保证。

6图2 数控两轴同步机构原理图1.伺服电动机 2.联轴节 3.齿轮副4.齿轮副 5.执行机构 6.执行机构2 两轴转角差检测设计2.1 两轴转角差检测的思路两轴转角差检测原理图如图 3所示，轴 1转角为0 、轴 2转角为 0：，其两轴转角差 00 -0：，其值大小反映两轴旋转不同步的程度。

图 3 两轴转角差检测原理图两轴转角 0 、02是模拟信号，连续变化的转角可通过增量式光电编码器变成数字量，其工作原理如下。

增量式光电编码器检测装置结构 示意图如图4所示，图4中A、B、C分别代表三组方波脉冲的A相、相、C相，A、B、C分别代表4相、 相、C相的反向。在光栏板 3上制成两条狭缝，每条狭缝的后面对应安装- 个光电元件 5。当光电盘 6随被测轴-起转动时，每转过-个狭缝，光电元件就会感受到-次光线的明106暗变化，使光电元件的电阻值改变，这样就把光线的明暗变化转变成电信号的强弱变化，而这个电信号的强弱变化近似于正弦波的信号，经过整形和放大等处理，变换成脉冲信号。

增量式编码器是直接输出三组方波脉冲A、 和C相；A、B相两组脉冲相位差为 90。。其输出波形如图5所示∝制线路正是利用A、 相相位关系来判断方向的。

光栏板上的条纹图4 增量式光电编码器结构示意图1.转轴 2.光源 3.光栏板 4.零标志槽 5.光电元件6.光电盘 7.印制电路板 8.电源及信号线连接座输电图5 增量式光电编码器输出波形2.2 两轴转角差检测设计原理根据图3所示的两轴转角差检测设计原理图，可用增量光电编码器来检测转角 0 、转角 0 ，其输出是与转角成正比的脉冲数。采用全加器芯片进行减法运算，即减数取反加 1就可以把减法运算变为加法运算，得到脉冲数的差额，通过运算 ：脉冲数的差额乘以360再除以编码器的线数即可得到两轴的转角差 。

避： ]I[ 2黄应勇 ：实时两轴转角差检测系统开发 2013年第 4期2.3 两轴转角差检测设计电路原理两轴转角差检测设计电路原理图如图6所示。编码器分别采集转角信号，并将转角信号转化为脉冲信号，发出控制方波A与 〖虑到机械机构转动-般是双向的，既可顺时针旋转，也可逆时针旋转，需要对编码器的输出信号鉴相后才能计数。鉴相电路用 1个D触发器 和 2个与非门组成，计数 电路 中采用 了74LS193芯片。当编码器顺时针旋转时，编码器通道A输出波形超前通道 B输出波形9O。，D触发器输出9为高电平 ，p为低电平，与非门 5、7打开，将计数脉冲送至双向计数器 74LS193的加脉冲输入端 CPU，进行加法计数；此时，与非门 6、8关闭，其输出为高电平。

当编码器逆时针旋转时，通道 A输出波形比通道 B输出波形延迟 90。，同理得计数器 74LS193通过减脉冲输入端 CPD进行减法计数。通过双稳态锁存器取样，把数字送到二进制加法器进行处理，二进.BCD代码转换器把二进制转换成十进制，然后通过译码器驱动数码管，数码管显示出脉冲差值。最后通过计算可得转角差值的大校编 机械结构 岳 0- -02 -。 --- 2 珊 /l l 74脚4 J l- 受翅 9、 K l o--5 南 八 而 oLD LD弄]u， ，) l lIR l L 上 0Lr-. lQAQBQcQD IQAQBQCQD菡- 2数码管IIlR3垂码器II l4LS47AL1D C Bh l数醐 l 餐丁rrI --- A1 74LS283图6 两轴转角差检测设计电路原理图1、2.编码器 3、4.D触发器 5、6、7、8.与非门9、10.计数器 11、12.锁存器2.4 两轴转角差检测系统的应用开发了-种 LZJ54两轴转角差检测仪，为了提高检测精度 ，实际的两轴转角差检测系统是在图 6的基础上增加了四倍频电路 ，编码器的线数选用 5400，则实际测量精度为 1 /脉冲，测量范围为 1 ～15 。该测量仪显示的是十进制脉冲数，通过将编码器正确安装在设备上，按下开关 K1清零，启动设备，再根据-定的时间间隔按下开关 K2进行数据采样，最后把数据折算成转角值。

该测量仪用于检测某厂的 XIA00连杆颈曲轴铣床头架与尾架的同步转角差，因头架每 270s旋转-周完成-次加工循环，取每 15s进行数据采样-次 ，其采样数据如表 1所示。通过实际测量精度值 1 /脉冲转换 ，绘制的检测曲线如图7所示。由图7可知：该曲线呈近似周期变化 ，出现三次波峰、两次波谷。造成转角差的原因主要是机械传动链的传动误差与弹性变形 ，每处的转角差是该处传动误差与弹性变形的叠加。头架与尾架旋转-周的平均转角差为4.38 ，且在最大波峰处的转角差为6 ，均小于 ±15 /2，因此该设备满足工艺要求。

表 1 测量记录数据测量顺序 脉冲差 转角差/( ) 测量顺序 脉冲差 转角差/( )l 3 3 9 4 42 3 3 1O 5 53 4 4 1l 5 54 5 5 12 4 45 5 5 l3 5 56 4 4 14 6 67 3 3 15 6 68 3 3 16 5 5～ ：， jij娅挪O 2 4 6 8 l0 12 14 16测量顺序图7 检测曲线3 结语本系统主要由集成芯片设计而成，显示的是脉冲差数，且最大显示脉冲差数为 15，通过编码器换算成转角差。如需显示大于15个脉冲差数，则要增加相应芯片∩根据测量精度要求适当调整编码器的线数，以适应其测量精度与测量范围。本系统的特点在于实时采集数据，测量精确，操作简单，可供广大机械工程设计人员及技术人员参考使用。

O7工c 篓∑丁-终仪器仪表/检测/监控 现代制造工程(Modem Manufacturing Engineering) 2013年第4期TD网络插损指标的测量系统分析帅春江(1陕西理工学院汉水文化研究中心，汉中 723001；2陕西理工学院物理与电信工程学院，汉中 723001)摘要：随着 3G产业的迅速发展，3G基站的建设正在不断展开。如何协调室内外站点的信号 、平衡室内外协同覆盖 ，使网络性能更加优化的问题，对提高TD-SCDMA网络质量有着至关重要的作用。针对室外基站的-些外协件(射频防雷器和腔体滤波器)，从测试的角度出发，利用测量系统分析(MSA)方法进行了测试 ，通过对测量数据的详细分析 ，可为提高整机质量提供有力的支持。

关键词：TD网络 ；测量系统分析；插损指标；误差分析中图分类号：TN929.1；TN98 文献标志码：A 文章编号：16713133(2013)04-.0l08 6The measurement system analysis method on TD network insertion lossShuai Chuniiang(1 Hanshui Culture Research Center，Shaanxi University of Techology，Hanzhong 723001，Shanxi，China；2 School of Physics and Electronic Information Engineering，Shaanxi University of Technology，Hanzhong 723001，Shanxi，China)Abstract：With the rapid development of 3G industry，3G base station construction is expanding.How to coordinate the indoor andoutdoor site signal，balancing the inner and outer cover，SO that network performance optimization problems，to improve the TD-SC·DMA network quality play a very important role.Some parts of the outdoor base station(radio frequency lightning protection de-vice and cavity filter)，from the test point of view，the use of a Measurement System Analysis(MSA)method were tested bymeasuring data analysis，in order to improve the quality of machine to provide strong scientific guidance method。

Key words：TD network；measurement system analysis；insertion loss index；eror analysis0 引言目前，TD SCDMA试验网的建设正在如火如荼地进行中 。但是由于我国目前还没有真正意义上的TD商用网络，在 TD.SCDMA室内覆盖方面也尚处于探索阶段，因此在这种形势下，研究如何协调室内外站点的信号、平衡室内外覆盖，使网络性能更加优化的问题，对提高TD.SCDMA网络质量有着至关重要的作用 。

插入损耗是指发射机与接收机之间，插人电缆或元件产生的信号损耗，通常指衰减 。本文针对 TD-SCDMA系统室外基站用的外协件(射频防雷器和腔体滤波器 )进行插损指标的测试误差分析，最终成功得到了测试系统的测试性能情况，保障了该产品生陕西侍育厅科技项目(09JK378)；陕西理工学院重点科研项目(SLGKYI2-02)；陕西(高校)哲学社会科学重点研究基地汉水文化研究中心计划项 目(SLGH1250)