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       摘 要：光學(xué)分度頭作為角度檢測(cè)的重要精密光學(xué)儀器之一，用于產(chǎn)品檢測(cè)時(shí)人們往往在一定角度范圍內(nèi)選擇特定點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，通過測(cè)試數(shù)據(jù)分析產(chǎn)品是否達(dá)到使用要求。在測(cè)試過程中，需要人工將手柄旋轉(zhuǎn)到這些點(diǎn)，由于光學(xué)分度頭精度高，人工旋轉(zhuǎn)時(shí)容易旋過，反向間隙處理不好會(huì)影響測(cè)試精度，使用時(shí)人工費(fèi)時(shí)費(fèi)力，批量生產(chǎn)中往往無法確保產(chǎn)品的按時(shí)交付．為解決光學(xué)分度頭手工旋轉(zhuǎn)效率問題，有必要對(duì)光學(xué)分度頭進(jìn)行數(shù)字化改造。通過分析優(yōu)化最終選擇數(shù)控系統(tǒng)加伺服驅(qū)動(dòng)的方式對(duì)光學(xué)分度頭進(jìn)行改造，并對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)器、電動(dòng)機(jī)和機(jī)械連接機(jī)構(gòu)等進(jìn)行較為詳細(xì)透徹的設(shè)計(jì)。通過數(shù)控程序?qū)崿F(xiàn)了光學(xué)分度頭的自動(dòng)旋轉(zhuǎn)，達(dá)到了降低制造成本，提高經(jīng)濟(jì)效益的目的。
 
      關(guān)鍵詞：光學(xué)分度頭；數(shù)字化設(shè)計(jì)；電動(dòng)機(jī)；驅(qū)動(dòng)器；角度
 
      光學(xué)分度頭是一種對(duì)裝夾在其主軸上的工件進(jìn)行角度分度或角度檢測(cè)的精密光學(xué)儀器，適用于凸輪、齒輪、絲桿及其他不規(guī)則零件進(jìn)行分度或測(cè)量其角度值，也可以測(cè)量凸輪升程及凸輪幾何曲線形狀等。測(cè)量結(jié)果 由ＪＤＥＳ角度 顯 示 器 顯 示 出 來，顯 示的數(shù)字為度、分、秒值或度值。某些特殊產(chǎn)品，如對(duì)角度、方向檢測(cè)的傳信儀和對(duì)產(chǎn)品運(yùn)行姿態(tài)進(jìn)行檢查的姿態(tài)傳感器等，其精度應(yīng)在光學(xué)分度頭上進(jìn)行測(cè)試。由于光學(xué)分度頭精度高，人工旋轉(zhuǎn)時(shí)容易旋過，反向間隙處理不好會(huì)影響測(cè)試精度，不易消除，
生產(chǎn)測(cè)試時(shí)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，批量生產(chǎn)中往往無法確保產(chǎn)品的按時(shí)交付，因而有必要對(duì)光學(xué)分度頭進(jìn)行數(shù)字化改造設(shè)計(jì)。
 
      １ 、光學(xué)分度頭的數(shù)字化設(shè)計(jì)方案選擇
 
      對(duì)光學(xué)分度頭測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行認(rèn)真的研究與分析，結(jié)合現(xiàn)有的調(diào)試工裝和測(cè)試手段，應(yīng)用頭腦風(fēng)暴法提出如下３種 改 進(jìn) 方 案（見 表１），并進(jìn) 行 方 案 優(yōu)劣分析（見表２）。
 
                              表１ 改進(jìn)方案對(duì)照表
     
  
                             表２ 方案優(yōu)劣分析
     
   
      針對(duì)３種改進(jìn)方案，從下述６個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)劣分析：１）原理可行性（以原理可行為優(yōu)）；２）精度控制（以精度高為優(yōu)）；３）難易度（以容易實(shí)現(xiàn)為優(yōu)）；４）通用性（以范圍寬為優(yōu)）；５）驅(qū)動(dòng)能力（以驅(qū)動(dòng)能力大為優(yōu)）；６）預(yù)期效果（以預(yù)期效果好為優(yōu)）。由于這６個(gè)方面的重要性程度是不一樣的，因此，設(shè)定精度控制的權(quán)數(shù)為５，驅(qū)動(dòng)能力權(quán)數(shù)為４，原理可行性權(quán)數(shù)為３，難易度權(quán)數(shù)為２，通用性權(quán)數(shù)為１，預(yù)期效果權(quán)數(shù)為４。各項(xiàng)評(píng) 價(jià) 打 分 最 高 為５分。計(jì) 算 公 式 為：總分＝∑原理可行性×權(quán)數(shù)＋∑控制精度×權(quán)數(shù)＋∑難易度×權(quán)數(shù)＋∑通用性×權(quán)數(shù)＋∑驅(qū)動(dòng)能力×權(quán)數(shù)＋∑預(yù)期效果×權(quán)數(shù)。通過分析計(jì)算，方案３得分最高，即采用數(shù)控系統(tǒng)＋伺服驅(qū)動(dòng)為最佳方案。

      ２ 、設(shè)計(jì)流程和關(guān)重要素確定
 
     方案設(shè)計(jì)流 程 如 圖１所 示。根 據(jù) 圖１，對(duì) 實(shí) 現(xiàn)目標(biāo)的關(guān)鍵因素進(jìn)行認(rèn)真分析，確定了方案實(shí)施的難點(diǎn)在于系統(tǒng)精度的設(shè)計(jì)，因此，對(duì)實(shí)施難點(diǎn)分別進(jìn)行實(shí)施策劃：電氣設(shè)計(jì)過程通過選擇合適的電動(dòng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)器和控制系統(tǒng)，確保控制精度達(dá)到１ｓ，測(cè)試通過程序控制方式來完成，從而提高工作效率；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程主要通過減少裝配精度，通過直連方式來確保精度達(dá)到１ｓ。
  
    
  
                              圖１ 方案設(shè)計(jì)流程圖

     ３、詳細(xì)設(shè)計(jì)
 
     ３．１ 選擇最佳驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)器和系統(tǒng)
   
     １）為達(dá)到目標(biāo)要求，先從最末端的電動(dòng)機(jī)選擇開始。力矩采用力矩扳手現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試來確定，測(cè)試結(jié)果為１．２５Ｎ·ｍ。電動(dòng)機(jī)分辨率采用理論計(jì)算確定：理論計(jì)算電動(dòng)機(jī)分辨率要達(dá)到１２９６００（分辨率計(jì)算采用目標(biāo)要求達(dá)到１ｓ，電動(dòng)機(jī)每轉(zhuǎn)分辨率需達(dá)到１／３６０＝０．００２７７７８，電 動(dòng) 機(jī) 編 碼 器 脈 沖 數(shù) 為３６０／０．００２７７７８＝１２９６００），查看電 動(dòng) 機(jī) 選 型 手 冊(cè)應(yīng)選擇電動(dòng)機(jī)編碼器為絕對(duì)編碼器才能滿足要求。因此，選擇電動(dòng)機(jī)型號(hào)為 ＭＨＭＡ０５２Ｓ１Ｇ，電動(dòng)機(jī)選擇表見表３，電動(dòng)機(jī)選擇參數(shù)如圖２所示。
  
    
  
                                            圖２ 驅(qū)動(dòng)與電動(dòng)機(jī)選擇參數(shù)
  
                                表３ 電動(dòng)機(jī)選擇表
      
  
      ２）根據(jù)松下驅(qū)動(dòng)器選型手冊(cè)選擇驅(qū)動(dòng)器型號(hào)為ＭＣＤＤＴ３５２０。
 
     ３）系統(tǒng)選擇。根據(jù)驅(qū)動(dòng)器控制接線表，選擇成熟的數(shù)控系統(tǒng)ＳＫＣ２－ＦＢ系統(tǒng)，該系統(tǒng)具備與松下驅(qū)動(dòng)器連接 的 接 口，同 時(shí) 系 統(tǒng) 控 制 精 度 滿 足 要 求。驅(qū)動(dòng)器與系統(tǒng)接線圖如圖３所示。
  

    
  
                      圖３ 驅(qū)動(dòng)器與系統(tǒng)接線圖
   
     ３．２ 連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
 
     為保證光學(xué)分度頭精度，不破壞原有結(jié)構(gòu)，在手柄位置設(shè)計(jì)了 直 連 軸 套（見 圖４），將電 動(dòng) 機(jī) 軸 與 手輪直接連接，電動(dòng)機(jī)與手輪連接設(shè)計(jì)了電動(dòng)機(jī)安裝座（見圖５）。
  

      
  
                圖４ 直連軸套 　　　　　圖５ 電動(dòng)機(jī)安裝座
   
      ３．３ 系統(tǒng)集成
 
      將電動(dòng)機(jī)裝配到連接機(jī)構(gòu)上，拆下光學(xué)分度頭手柄，然后將連接機(jī)構(gòu)與其連接，即完成系統(tǒng)與光線分度頭 的 連 接；再 借 用 現(xiàn) 有 ＳＫＣ２－ＦＢ 數(shù)控 系 統(tǒng)，將伺服驅(qū)動(dòng)器、控制系統(tǒng)和變壓器集成到控制柜中，通過外接控制電動(dòng)纜連接電機(jī)與控制柜，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成［１］。
 
  
 
     ４、 結(jié)語
   
      通過對(duì)光學(xué)分度頭的數(shù)字化改造，并對(duì)各產(chǎn)品進(jìn)行編程測(cè)試，運(yùn)用系統(tǒng)段停等功能設(shè)置各檢測(cè)點(diǎn)，滿足了對(duì)產(chǎn)品精度測(cè)試的要求，同時(shí)達(dá)到了降低制造成本、提高經(jīng)濟(jì)效益的目的。