數控機構位置校正方法的研究

時間：2009-12-02瀏覽：312次收藏

1 引言

數控機構作為一種自動化的定位部件或模塊，廣泛應用于機器設備和自動化儀器領域。相對于系統本體而言，數控機構僅僅是一個獨立的部件，有其機械原點和坐標系統，而它的作用對象是在系統本體上，有自己的分布規則和坐標系統。從理論上而言，應該保證這兩個坐標系統處于正確的位置關系時才能保證系統的工作要求。實際上在裝配調整中，由于數控位置部件和系統本體的制造和安裝誤差的存在，為了便于裝配加工，往往只需保證數控部件與系統本體滿足一定的位置條件，而通過一定的位置調整方法來進行校正。筆者在基因芯片自動化分析儀器的數控定位器和投影式全自動視野儀的激光二維掃描裝置的裝配中，均采用了坐標位置校正方法來實現系統正常的位置關系，降低了裝配調整工作的技術難度。

2 自動尋找原點的方法

機械原點是數控機構各坐標軸的絕對零點，是各坐標軸運動位置的基本參考點，由安裝在各軸的零位開關唯一確定。由于機械系統運動時具有一定的慣性，電動機轉動時具有升頻、穩速、降頻三階段，為保證數控機構在零位開關觸發時，坐標軸立即停止運動，電動機必須運行在低頻某一恒定的速度段。系統在自動尋找原點時，在指定方向每運動一步后，即檢查零位開關是否觸發，若開關已工作，即確定該位置為此坐標軸的零點。

3 數控機構位置校正軟件和控制面板設計

為解決數控機構的位置調整問題，筆者設計了基本的校正軟件和控制面板，研究了一些數控機構的校正算法，包括以下功能。

點動方式為調整數控機構坐標軸的位置，控制面板設計有各軸的點動方式，其最小點動當量為電動機的最小運動當量。
自動尋找原點方式自動尋找原點并顯示運動距離或步數，設計有x-gozero()，y-gozero()函數。
校正算法是數控機構位置調整的核心，不同的數控機構要確定自己的校正算法。
配置文件記錄數控機構位置校正的基本參數值，由校正算法計算后自動生成，作為數控機構正常運行的基本配置文件。

圖1

圖2

圖3

4 基因芯片自動化分析儀器數控定位器的位置校正方法

在儀器本體上有由25個相距9mm的試管組成的樣本區，其具有一個以1#試管中心為原點的樣本坐標系XOY。數控定位器帶動取樣探針運動到指定編號的試管位置，進行取樣工作。該數控定位器為典型的平面二坐標數控機構，在X軸和Y軸上用接近開關分別設置有機械零位。由于數控定位器是作為一個部件整體安置在儀器上的，考慮到制造的經濟性，在裝配時利用定位元件保證樣本區的坐標系與數控定位器的坐標系平行，這時位置校正參數為這兩坐標系的平移值。

位置校正時，利用點動命令將探針移動到1#試管位置，此為樣本坐標系的原點。啟動自動尋找原點功能和調用該函數，X、Y軸自動回零，并顯示實際各坐標移動距離并寫入配置文件，完成數控定位器的位置校正。

5 投射式全自動視野儀激光二維掃描裝置的位置校正方法

圖2 所示為投射式全自動視野儀的投射原理，投射屏為直徑330mm 的半球內壁，激光二維掃描裝置懸掛在空中，將光束投射在球內壁上，生成視標。光學投射系統在水平面和垂直面上可分別由步進電動機帶動作C軸、A軸旋轉運動，將光標投向屏幕上的設定位置。

由于在裝配中制造誤差和調整誤差的影響，很難保證光學投射系統安裝后相對半球屏的準確位置和視標的正確投射位置，因而應確定該系統的實際工作位置，進行必要的校正。

如圖3所示，假定知道球面上任意兩點D(x1，y1，z1)和E(x2，y2，z2)，并測得此時的d和h分別為d1、h1和d2、h2，由幾何關系可得如下方程。

sind1=	c-z1

	[(x1-a)2+(y1-b)2+(z1-c)2]?

tgh1=	\|y1\|+b

	x1-a

sind2=	c-z2

	[(x2-a)2+(y2-b)2+(z2-c)2]?

tgh2=	\|y2\|+b

	x2-a

(1)

解上面方程組得到a、b、c 調整值為

a=	x1tgh1-x2tgh2+\|y1\|-\|y2\|

	tgh1-tgh2

b=	(x1-x2)tgh1tgh2+\|y1\|tgh2-\|y2\|tgh1

	tgh1-tgh2

c=z1+|tgd1|[(x1-a)2+(z1-b)2]?

(2)

由上述分析可知，激光二維掃描裝置安裝后，將光束從零點分別移動到半球屏的已知兩點，確定兩旋轉軸的運動值，并代入式(2)，即可計算出激光器的實際位置O(a，b，c)，以此作為光標位置控制的基本參數。

6 結語

數控部件與系統本體的位置調整對系統工作質量至關重要。低速度回零是保證坐標軸準確定位于機械原點的前提。不同的數控機構都可以選擇一定的調整校正方法來降低裝配的技術難度。

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