專利名稱：一種雙金屬絲導引裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于測量控制技術領域，涉及一種測量直線度的裝置，具體 涉及一種雙金屬絲導弓I裝置。
背景技術：
大長度的直線測量是幾何量計量領域的一個最基本的項目，其測量的精 度直接影響著產品的質量。因此世界上各個國家對直線的測量都非常重視， 并且不斷的推出更高精度的新產品，以滿足日益增長的需求。作為其核心之 一的子系統，即直線運動虛擬導軌三維運動控制系統，也就顯得十分重要了。 運動控制系統的發展經歷了從直流到交流，從開環到閉環，從模擬到數字，
直到基于PC的伺服控制網絡系統和基于網絡的運動控制的發展過程。
運動導引系統廣泛存在于有確定性運動需要的系統當中，為了保證做直 線運動的工作臺在給定方向上做往復直線運動，導軌是必需的，對于短距離、
高精度要求的場合，使用導軌導向和絲杠傳動，可以保證必要的精度；對于 大長度、中高精度的測量，若仍然依靠高精度導軌保證導向精度就不適合了， 因為隨著導軌的加長，制造成本快速上升，操作復雜，不易調整維護。因此 研究一種可以不依賴高精度的導軌，同時保證測量精度的裝置是必要的。 發明內容
本實用新型的目的是提供一種雙金屬絲導引裝置，解決了現有技術在大 長度的測量時，必須依賴高精度導軌保證導向精度，導致制造成本上升，操 作復雜，不易調整維護的問題。本實用新型所采用的技術方案是， 一種雙金屬絲導引裝置，包括導向基 準信號采集部分、控制模塊部分、工作臺三維調節部分，所述的導向基準信
號采集部分包括工作臺，工作臺上設置有x、 y方向的準直照射裝置和對應 的CCD傳感器，在準直照射裝置和對應的CCD傳感器之間沿z運動方向上 設置兩根金屬絲，該兩根金屬絲平行設置在一個垂直投影面上；所述的工作 臺三維調節部分包括y向調節裝置、x向調節裝置、z向調節裝置；所述的 CCD傳感器與控制模塊部分連接，控制模塊部分分別與x、 y、 z向調節裝 置閉合連接。
控制模塊部分包括單片機、控制回路、反饋回路。
控制回路包括D/A轉換器、比例放大電路和屯機驅動芯片。
反饋回路包括測速電機、差動放大電路和A/D轉換器。
z向調節裝置中選用普通交流電機驅動。
x向調節裝置和y向調節裝置中選用直流伺服電機驅動。
本實用新型的有益效果是，提高了精度，降低了成本，結構簡單，操作
方便，為大長度的直線測量提供一種更簡單、更精確的方法。


圖1是本實用新型實施例的工作臺示意圖； 圖2是本實用新型實施例的控制模塊示意圖； 圖3是本實用新型實施例執行/測速電機的控制電路示意圖。 圖中，1、準直照射裝置，2、金屬絲，3、 CCD傳感器，4、 y向調節裝 置，5、 x向調節裝置，6、 z向調節裝置，7、差動放大電路，8、 A/D轉換 器，9、工作臺，10、單片機，11、 D/A轉換器，12、比例放大電路，13、 電機驅動芯片，14、執行電機，15、測速電機。
具體實施方式

以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型進行詳細說明。
本實用新型的工作原理是，在工作臺上的準直照射裝置和對應的CCD 傳感器3之間，將兩根金屬絲平行設置在一個垂直投影面上，作為工作臺直 線運動基準，準直照射裝置發出的光束將金屬絲投影在線陣CCD表面，從而 獲得金屬絲在x、 y方向的位置量，在x方向有兩根金屬絲的投影信號，在 y方向有一個金屬絲的投影信號，當工作臺運動中在x、 y方向發生運動偏 移時，x、 y方向對應的CCD傳感器3通過接受各自的投影信號，偏移量的 大小就可通過CCD反映出來，該偏移量信號經信號處理電路處理后輸入單片 機10，單片機10發出控制信號，控制電機運動，對工作臺進行調整，從而保 證工作臺的直線運動精度。
采用兩根金屬絲的目的在于，在x方向設置有一個金屬絲時，由于金屬 絲自身的重量，加上長間距，金屬絲必然會產生一定的下垂撓度，這樣就會對 x方向的投影信號產生誤差，導致整個裝置的必然測量誤差。因此設置兩根 金屬絲，將他們設置在一個垂直平面內，這樣簡化y方向運動偏移的運算量， 而只進行x方向的投影信號的誤差修正。事先測量出上下金屬絲的張力，通 過一定的計算得到金屬絲任意各點下垂的撓度值，再利用單片機10的運算， 來修正x方向的投影信號所產生的誤差，得出x方向的直線度的真正參數。
本實用新型包括導向基準信號采集部分、控制模塊部分、工作臺調節部分。
如圖1所示，為本實用新型實施例的工作臺示意圖，圖中顯示出基準信 號采集部分和工作臺調節部分的結構示意圖，工作臺9上設置導向基準信號 采集裝置，包括準直照射裝置1和對應的CCD傳感器3,工作臺9上還設置有y向調節裝置4、 x向調節裝置5、和z向調節裝置6，在準直照射裝置 1和對應的CCD傳感器3之間沿z運動方向設置兩根金屬絲，該兩根金屬 絲平行設置在一個垂直投影面上。CCD傳感器3與控制模塊部分連接，控 制模塊部分與三維電機調節裝置連接，三維電機調節裝置分別調節工作臺的 三維導向運動，保證工作臺沿直線運動。
如圖2所示，為本實用新型實施例的控制模塊示意圖。控制模塊部分包 括作為硬件核心的單片機10和控制回路以及反饋冋路。
單片機IO選用了美國Atmel公司的AT89S52芯片。TA7291芯片作為直 流電機專用驅動芯片，其在控制轉速的同時，又有兩個管腳(IN1和IN2) 來控制電機的轉向。利用單片機來實現控制，若出現偏差或誤差時，可通過 修改單片機中的程序來實現調整，不再向以往的機械機構那樣完全依賴于人 來實現調整，那樣人為誤差就無形的加入進去了，況且不同的人引入的人為 誤差也大不相同，這樣就很難去修正，
在控制回路中又包括D/A轉換器11、比例放大電路12，電機驅動芯片 13。電機驅動芯片13選擇東芝的TA7291S系列的直流電機驅動芯片。D/A 轉換器11作為數模轉換的器件，選用的是DAC0832。
在反饋回路中包括測速電機15、差動放大電路7、 A/D轉換器8。反饋 回路的目的是為了把電機的速度信號(測速機輸出電壓值)反饋到單片機中， 更精確的實現電機的控制。A/D轉換器8選用ADC0809，作為模數轉換的器 件，實現反饋的模擬電壓轉換為數字信號。由于從測速電機15出來的電壓 信號其不是以地為參考的，為了減小誤差，使用差動放大電路7。由于測速
機輸出的電壓值有正有負，假若不加整流環節，其控制電機的方向較復雜， 為了簡化控制程序，加入橋式整流環節。測速機輸出電壓最大為11.04V，由二極管的耐壓值公式，可以計算出二極管的最小耐壓值為15.5V， 在此選用二極管的耐壓值為16V。
由于工作臺在空間作三維運動，所以其需要三臺電機來控制其三維運 動，在其前進的z方向上只要能夠保證工作臺來回往復的運動，保證工作臺 的穩定性即可，選擇一般的交流電機即可。x、 y方向h的運動特性完全相同， 都是用來實現精確調節工作臺，可以都選擇直流伺服電機。
工作時單片機首先根據CCD采集的數據來發出控制指令，經過D/A轉換 器11、比例放大電路12和電機驅動芯片13，控制執行電機的轉速及轉向， 從而實現工作臺的調整，把工作臺調節到預定的位置。因為是執行/測速機 組，所以測速電機15又進行電流反饋、速度反饋和位置反饋，經過差動放 大電路7和A/D轉換器8，再送入單片機10中來實現更精確的控制。
如圖3所示，為本實用新型實施例執行/測速電機的控制電路示意圖。 在實際應用中，由于各種因素可能使電機不能圓滑加速，所以可加上一些軟 啟動環節，其有許多種，圖中利用比較簡單的電容的充電作用使Vref按指 數規律增長，從而達到此目的。
本實用新型對環境要求不高，安裝調整方式簡單，可實現自動導向功能， 是一個在亞毫米級精度范圍內實現長距離直線運動導向的可行性方案。還具 有導航精度高，結構簡單，質量較輕、易于調整，在特殊要求下還可實現計 算機的數字化連網通信。
權利要求1、 一種雙金屬絲導引裝置，其特征在于包括導向基準信號采集部分、 控制模塊部分、工作臺三維調節部分，所述的導向基準信號采集部分包括工作臺(9)，工作臺(9)上設置有X、y方向的準直照射裝置(1)和對應的CCD傳感器(3)，在準直照射裝置(l) 和對應的CCD傳感器(3)之間沿z運動方向上設置兩根金屬絲(2)，該兩 根金屬絲(2)平行設置在一個垂直投影面上；所述的工作臺三維調節部分包括y向調節裝置(4)、 x向調節裝置(5)、 z向調節裝置(6);所述的CCD傳感器(3)與控制模塊部分連接，控制模塊部分分別與x、 y、 z向調節裝置閉合連接。
2、 根據權利要求1所述的雙金屬絲導引裝置，其特征在于所述的控 制模塊部分包括單片機(10)、控制回路、反饋冋路。
3、 根據權利要求2所述的雙金屬絲導引裝置，其特征在于所述的控 制回路包括D/A轉換器(11)、比例放大電路(12)和電機驅動芯片(13)。
4、 根據權利要求2所述的雙金屬絲導引裝置，其特征在于所述的反 饋回路包括測速電機(15)、差動放大電路(7)和A/D轉換器(8)。
5、 根據權利要求1所述的雙金屬絲導引裝置，其特征在于所述的z 向調節裝置(6)中選用普通交流電機驅動。
6、 根據權利要求1所述的雙金屬絲導引裝置，其特征在于所述的x 向調節裝置(5)和y向調節裝置(4)中選用直流伺服電機驅動。
專利摘要本實用新型公開了一種雙金屬絲導引裝置，其特征在于包括導向基準信號采集部分、控制模塊部分、工作臺三維調節部分，其中導向基準信號采集部分包括在工作臺上設置有x、y方向的準直照射裝置和對應的CCD傳感器，在準直照射裝置和對應的CCD傳感器之間沿z運動方向上設置兩根金屬絲，該兩根金屬絲平行設置在一個垂直投影面上，工作臺三維調節部分包括y向調節裝置、x向調節裝置、z向調節裝置，CCD傳感器與控制模塊部分連接，控制模塊部分與x、y、z向調節裝置閉合連接。本實用新型對環境要求不高，安裝調整方式簡單，具有導航精度高，結構簡單，質量較輕、易于調整的特點，還可實現計算機的數字化連網通信。
文檔編號G05D3/20GK201156210SQ20082002808
公開日2008年11月26日 申請日期2008年1月11日 優先權日2008年1月11日
發明者喬衛東 申請人:西安理工大學