CNC加工中心在线测量系统测头电路设计


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 前言:

 

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在研究的在线测量系统中,所用测头为接触式触发式测头。触发式测头是由一套高精度敏感元件组成,它是由万向电子开关感应测头的触发力,并将感应信号输送到CNC系统和采集卡。触发式测头相当于一个机械开关,通常情况下测头的状态处于零位开关闭合,在测量时,当测头探针接触被测工件时,测头被向任一方向偏转或顶起开关断开,这就使得和测头相连的处理电路立即断开并随即发出测量信号:当测头脱离被测件后,测头又回到原始零位,机械开关又闭合:

所用到的是公司生产的_1 C2432型接触式触发测头,探针重复定位精度2um,任意方向最大摆角15:_ :

I G2432型接触式触发测头没有自带测头电路,所以主要是对IC2432型接触式触发测头电路进行设计,以实现测针接触到被测工件表面时,测头电路产生3种信号:(I)脉冲计数信号:输出宽度很窄的单稳态信号,给采集卡提供测点采集中断信号。(2)声音信号:脉冲计数信号输出的同时,发出短暂的一声警报,表示已接触到工件表面。(3)闪光信号:与声音信号类似的报警功能。

1消抖电路设计

当探针与被测件表面接触时,测头内部机械开关断开,机械信号转换为高电平脉冲输出。在开关断开或闭合的瞬间,将会产生不规则的电平尖刺和抖动,,这些抖动可能会影响信号的电平识别,带来难以预计到的误差,因此对输出信号进行滤波,得到平滑的脉冲是很必要的。这里选择集成电压比较器Livmi来消除脉冲信号中的毛刺和抖动,如图2所示。

当测头产生触发信号后,由于每次产生的触发信号的高低电平周期都不一致,而且每次产生的触发信号时间会比较长,这样就会影响CNC系统对数据的采集,并且还会影响测量程序的速度,一般情况下CNC加工中心对数据的采集是由_定宽度的单稳态信号触发的,所以这里就是要把测头的触发信号转变成单稳态信号,图3所示,本文采用单稳态触发器74HC221芯片来产生单稳态信号,741丨< :221工作在-0.5V ~ +7. UV单电源条件下,输入电压在1.5V之间。74IIC22I单稳态触发器有两种输入,A为低电平有效B为高电平有效,有两种输出,正好相反,用外接的电阻电容作定时元件。

3声光报警电路的设计

此处设计了一种常规的声光报警电路,声音报警采用小功率蜂鸣器,光学报警采用一个发光二极管.如图3所示I.VI311消抖输出信号通过74LS74U触发器对单稳态脉冲进行展宽,然后进入另一个74HC221单稳态触发芯片,输出单稳态信号带动小功率蜂鸣器,,QI311消抖输出信号通h 75452芯片提高信号的驱动能力,然后点亮LED作为发光提示信号.,

4CNC系统测头接口

对工件测量时,为了保护测头不被工件撞坏,测头探测到工件后CNC系统要控制测头立即停下来,并按事先的路径安全返回进行下一点的测量。所以当测头碰到工件后产生的脉冲信号可作为数控系统的Skip跳步信号输入到CNC系统控制器中,从而保护测头被撞坏并进行下一点的测量._ _般测头电路输出的脉冲信号和CNC系统Slup跳步信号电平不匹配,所以要通过电路来实现电平的转换。

5 Fanuc18i/21i CNC系统

 

Fam.ir系统中,CNC系统面板上接口的Xn +4. 7键和G3 I指令一起被用于加工中心的测量.,图4为_Faiim,2 nCNC系统面板矩阵键盘结构图,在测量过程中,测头产生触发使x„ +4. 7开关闭合(也就是把* KC * K Y D7两接口短路,则CNC系统就自动产生Skip跳步信号输入到CNC系统的控制器端配合(;31指令进行在线测量:

 

 

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