【摘要】对于数控机床在线测量系统测头电路设计。
【关键词】数控机床；在线测量系统；测头电路
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数控系统和采集卡。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Ｒenishaw公司生产的1C2432型接触式触发测头，探针重复定位精度0．2um，任意方向最大摆角15°。1C2432型接触式触发测头没有自带测头电路，所以主要是对1C2432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:(1)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LM311来消除脉冲信号中的毛刺和抖动，如图2所示。
2单稳态触发电路设计
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，这样就会影响数控系统对数据的采集，并且还会影响测量程序的速度，一般情况下数控机床对数据的采集是由一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，74HC221工作在－0．5V～+7．0V单电源条件下，输入电压在1．5V之间。74HC221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，LM311消抖输出信号通过74LS74双D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。LM311消抖输出信号通过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。
4数控系统测头接口
对工件测量时，为了保护测头不被工件撞坏，测头探测到工件后数控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跳步信号输入到数控系统控制器中，从而保护测头被撞坏并进行下一点的测量。一般测头电路输出的脉冲信号和数控系统Skip跳步信号电平不匹配，所以要通过电路来实现电平的转换。5Fanuc18i/21i数控系统在Fanuc系统中，数控系统面板上I/O接口的Xn+4．7键和G31指令一起被用于机床的测量。图4为Fanuc21i数控系统面板矩阵键盘结构图，在测量过程中，测头产生触发使Xn+4．7开关闭合(也就是把*KCM1和*KYD7两接口短路)，则数控系统就自动产生Skip跳步信号输入到数控系统的控制器端配合G31指令进行在线测量。
参考文献:
［1］鲍中美．触发式测头自动检测系统在数控机床上的应用［J］．计量与测试技术，2006，33(02):13～14．
作者：张红梅 张振宇 单位：新疆轻工职业技术学院电气分院
