DDL5B回转精度万用测试仪使用说明书.docx
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DDL5B回转精度万用测试仪使用说明书
DDL5B回转精度万用测试仪使用说明书
西安晶体管厂
目录
1.前言
2.技术指标
2.1模拟部分
2.2仪器微机部分
3.工作原理
3.1带通滤波器
3.2高通滤波器
3.3低通滤波器
3.4乘法器
3.5加法器
3.6移相器
3.7放大器
3.8稳压电源
3.9仪用微机
4.使用方法
4.1面板操作及使用方法
4.2主轴回转精度测量的使用方法
4.3自动跟踪滤波实验的使用方法
4.4DDL5B其它功能简介
5.使用需知及维修
6.仪器装箱及附件
附录一TPB01常用运算子程序目录入口地址使用说明
附录二最小二乘法圆处理程序
1前言
DDL5B万用测试仪是以测量机床主轴回转精度为主的一种多用途测试仪器。
结构采用模块化,各模块互相独立,且各模块的输入输出端均引到组合插座上,因此更换组合插头,可以使仪器完成多种测试和实验。
除主轴回转精度外,还可作自动跟踪滤波、信号相关分析、信号合成、动平衡测试及数据采集、处理等试验。
模块还可单独使用,为测试工作者带来很大方便。
模块化机构便于维修及使用时标定。
DDL5B万用测试仪,装有DSP-80仪用微机,可组成数模混合型测试系统,不仅具有数字计算机数据处理准确,控制性能好的优点,还具有模拟电路实时显示的优点。
DDL5B数模混合型机床主轴回转精度测试系统与全模拟化机床主轴回转精度测试相比,有不需安装基圆发生器以及数据处理快、精度高的优点。
与全数字化机床主轴回转精度测试系统相比,具有实时显示的优点。
因此DDL5B万用测试仪还可以用来观察液,气轴承回转轨迹的瞬态变化。
综上所述,DDL5B适用于机床生产厂、机床研究、机床检验、机床专业学院等部门,在生产、检验、研究、教学以及研究生论文实验中有广泛的用途。
DDL5B万用测试仪系陕西机械学院机电一体化教研室的科研成果,曾获得1984年微机应用成果二等奖,1985年作为技术成果转让给我厂生产。
2技术指标
2.1模拟部分
2.1.1带通滤波器:
中心频率调节范围:
3HZ—20KHZ
阻带衰减速率:
36DB/倍频程
最大Q值(中心频率/带宽)50
输入阻抗36KΩ
输出阻抗≤200Ω
最大不失真输入电压1V
最大输出电流≥7mA
2.1.2高通滤波器:
下截止频率四档500HZ1000HZ
1500HZ2500HZ
通带衰减0DB±0.5DB
阻带衰减速率80DB/倍频程
输入阻抗容性
输出阻抗≤200Ω
最大不失真输入电压1V
最大输出电流≥7mA
2.1.3低通滤波器:
上截止频率四档10HZ30HZ
100HZ1000HZ
通带衰减0DB±1DB
阻带衰减速率30DB/倍频程
输入阻抗39KΩ
输出阻抗≤200Ω
最大不失真输入电压0.3V
最大输出电流≥7mA
2.1.4乘法器:
输入电压Vx≤±5VVy≤±5V
输入阻抗Rx=23MΩRy=25MΩ
输出阻抗≤200Ω
输出电流≥7mA
精度当Vx=±5V时2%
当Vy=±5V时4%
比例因子K=1/10
2.1.5移相器:
移相信号正弦波
移相范围2HZ~20KHZ
移相角度0~120°连续可调
传输系数0.5~5
输入阻抗容性
输出阻抗≤200Ω
最大输出电流≥7mA
2.1.6加法器:
输入端数4(其中比例输入端1个)
输入电阻15KΩ(比例输入端36KΩ)
输出阻抗≤200Ω
最大输出电流≥7mA
精度误差≤4%
2.1.7直流放大器:
2.1.7.1直流放大器
增益2DB
输入阻抗0~100KΩ可调
输出阻抗≤200KΩ
2.1.7.2限幅放大器
输入阻抗8.2KΩ
输出阻抗≤200Ω
输入电压0.3~5V
最大输出电压3V
2.1.7.3自动增益放大器
增益输入变化20DB时变化1DB
输入阻抗容性
输出阻抗≤200Ω
2.1.8稳压电源:
±15VIA±5V4A
2.2仪用微机部分技术指标
2.2.1中央处理器
Z80CPU
2.2.2内存
RAM8K字节EPROM8K字节
2.2.3数模转换8位双芯片转换速度100μs
2.2.4子程序库
最小二乘法园处理程序常用运算子程序
常用运算子程序目录见附录Ⅰ
最小二乘法园处理程序目录见附录Ⅱ
3.工作原理
DDL5B万用测试仪采用全模块化结构,由模拟部分和仪用微机两部分组成。
仪器各模块的位置及组合插座的连线如图1所示。
仪用微机为一独立模块,由8块硬制板组成,分别为底盘板、键盘板、显示板、显示驱动板、打印板、RAM、EPROM板、CPU板、A/D、D/A转换板,元件布置图如图2—8所示,微机面板如图9所示。
下面简述各模块的工作原理。
3.1带通滤波器:
(本仪器装有电器性能完全相同的三个带通滤波器,分别带通Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ),该带通采用二阶双二次电路,其电路原理图如图10所示。
工作原理,在带通的输入端,输入一个包含有各种谐波的复杂信号,通过调节R3和电容C,可以得到一个只含有某一单一频率的信号,当带通的Q只很高时,可以认为输出频率为单一频率信号,改变R2可以改变带通Q值。
二阶双二次的优点,Q值变,调正方便。
我厂生产的带通滤波器,采用TL084运放,使带通的中心频率范围到20KHZ时仍不自激,无调整元件。
TL084管脚图如图11所示。
3.2高通滤波器:
电路原理图如图12所示
高通滤波器是在输入端输入一个含有各种频率成分的信号。
通过高通,滤掉比截止频率低的低频输出大于截止频率的成分,理想的高通具有较好的阻带衰减,本电路采用四级压控电压源型切比雪夫高通滤波器,就具有较好的阻带衰减特性。
C为截止频率调节电容,W为输出幅度的调节
3.3底通滤波器:
低通与高通相反,允许低于截止频率的成分通过,且只有较窄的阻带区,本电路采用三级压控电压源型切比雪夫电路,有上述优点。
其电原理图如图13所示。
C为截止频率调节电容,W为输出幅度的调节。
3.4乘法器:
本仪器中含有两个相同的乘法器,即乘1、乘2,电原理图如图14所示。
本电路采用美国摩托罗拉公司生产的MC1595乘法器集成块,具有精度、温度性能好的优美。
乘法器输出电压Uo与输入电压Ux、Uy的关系如下:
Uo=-KUxUyK=1/10
乘法器出厂时均已调好,但使用中若发现不能满足上述关系,可按下述方法调整:
1采用交流电压表或示波器
(1)将输出连接一个交流电压表或示波器。
(2)Y输入连接一个振荡器(10HZ10Vpp),X输入接地,调整电位器P3使输出为零
(3)X输入接振荡器,Y输入接地,调整电位器P2使输出为零。
(4)X、Y均接地,调整电位器P1,使输出为零。
(5)调正K因子,X、Y输入同时均加+5.0VDC,调整P4,直至输出为-2.5VDC。
(6)再以-5.0VDC加到X、Y输入端,输出仍为-2.5V,加有明显偏离,则可重复以上各步。
2采用数字电压表
(1)在输出端接上数字电压表
(2)使Ux=Uy=0.000V调整P1使输出为零。
(3)使Ux=5.000VUy=0.000V调整P2,直至输出为零。
(4)使Vy=5.000VUx=0.000V调整P3直至输出为零。
(5)重复步骤
(2)
(6)使Ux=Uy=5.000V调P4使输出为-2.500V。
(7)使Ux=Uy=-5.000V输入应为-2.500V。
\
有明显偏差,重复步骤
(1)——(7)
3.5加法器:
本仪器中含有三个加法器,加1、加2、加3,每个加法器有四个输入端,可实现四个量相加,电原理图如图15所示。
其输出电压与输出电压有下面的关系:
Uo=-(U1+U2+U3+U4)
加法器的精度与电阻的精度,本仪器采用金属膜电阻。
3.6移相器
本仪器含有两个移相器,移相器A和移相器B,电原理图如图16所示,改变R、C的数值,可以改变输入电压与输出电压的相位关系,改变W,可以改变输出电压的幅值。
3.7放大器
本模块包括三种放大器
3.7.1自动增益放大器:
电原理图如图17所示。
工作原理简述如下:
在运放的负反馈电路中接入场效应管衰减器,对其本册偏压输出进行蜂值整流,并构成自动增益控制。
3.7.2限幅器:
电原理图如图18所示。
3.7.3放大器:
电原理图如图19所示。
限幅器和放大器均为运放的标准线路。
W为放大器的增益调节。
3.8稳压电源:
电原理图如图20所示。
电压输出+5V+4A±15V1A
3.9仪用微机:
其电原理图的计算机部分见TP801单板机使用说明书,打印机原理请参阅北京工业大学出版社的TP801P微型打印机使用说明书,A/D转换原理图如图21所示。
本仪器A/D转换采用0809芯片,分辨度8位,转换时间100μs,单电源5伏供电,模拟输入范围0-5V,A/D转换原理图中W为转换量程调节,W2、W3分别为两
片A/D转换直流分量调节。
4使用方法:
4.1面板操作及使用方法
4.1.1前面板操作及使用方法:
前面板各旋钮及插座位置如图22所示,其功能如表1所示:
(表1)
代号
名称
功能
1
波段开关
带通中心频率粗调
2
电位器
带通中心频率细调
3
电位器
带能输出幅度调节
4
开关
带通反相开关
5
开关
带通Q值开关(上小,下大)
6
插座
带通输入插座
7
插座
带通输出插座
8
电位器
高通输出幅度调节
9
插座
高通输入插座
10
插座
高通输出插座
11
波段开关
高通截止频率选择
12
电位器
移相器输出幅值调节
13
电位器
移相器输出相位调节
14
波段开关
移相信号频率选择
15
插座
移相器输入
16
插座
移相器输出
17
仪用微机
功能见图9
4.1.2后面板操作及使用方法
后面板各旋钮及插座位置由图23所示,其功能如表2所示
(表2)
代号
名称
功能
1
波段开关
低通截止频率选择
2
电位器
低通输出幅度调节
3
插座
加法器输入输出引出插座(见图1)
4
接线柱
乘法器输入
5
接线柱
乘法器输入
6
接线柱
乘法器输出
7
插座X
在作回转精度实验中为X输出,在作跟踪滤波实验中与可调振荡器相接
8
插座Y
在作回转精度实验中与Y输出,在作跟踪滤波实验中与固定振荡器相接
9
插座R
在作回转精度实验中与测振仪相接,在作跟踪滤波实验中与待测信号相接
10
插座S
在作回转精度实验中与测振仪相接,在作跟踪滤波实验中与真空管毫伏表相接
11
电位器
放大器增益调节
12
红接线柱
放大器输入
13
黑接线柱
放大器输出
14
红接线柱
自动增益放大器输入
15
黑接线柱
自动增益放大器输出
16
红接线柱
限幅器输入
17
黑接线柱
限幅器输出
18
插座
低通输入
19
插座
低通输出
20
方孔
组合插座
21
接线柱
用途见面板
22
开关
电源开关
23
保险座
电源保险
24
插孔
电源插孔
4.1.3组合插座使用方法
组合插座定义如图1所示。
使用方法:
作什么实验使用什么插头。
本仪器带有回转精度及自动化跟踪滤波插座。
其它开发实验用户可自行设计组合插头。
4.1.4微机面板及使用方法
微机面板如图9所示,功能如表3所示:
(表3)
名称
功能
LED
磁带输入显示
J1
程序转储插孔
J2
磁带输入插孔
J3
外接+25V电源插孔
K1
微机开关上通下断
K2
固化程序时向上,平时向下
keyboard
使用时拉出
4.2主轴回转精度测试使用方法
4.2.1主轴回转精度测试
4.2.1.1使用仪器
(1)非接触式位移测振仪WFC-31台
(2)信号发生器1台
(3)超低频双踪示波器SR541台
(4)数字万用表(高精度)1台
(5)DDL5B万用表测试仪1台
(6)自制测试用标准球1个
4.2.2测试原理图方框图如图24所示
4.2.3测试步骤如下:
4.2.3.1系统的连接
(1)将主轴回转精度插头插入组合插座
(2)安装标准球,使其静态安装偏心小于3μM;
(3)安装测振仪探头(按测振仪说明书调整);
(4)将测振仪的输出接入DDL5B的S插座;
(5)将DDL5B的X、Y分别与双踪示波器的X、Y相连接;
(6)检查上述连接无误后,可接通DDL5B的电源。
4.2.3.2基圆调整
(1)DDL5B产生基圆的原理是用一带通Ⅲ从测振仪的输出信号中选出一与主轴同频一次谐波。
为了消除机床振动所引起的一次谐波的幅值变化对基圆的影响,用限限幅放大器对一次谐波进行限幅,再用另一个带通Ⅰ选出稳定的一次谐波。
然后将一次谐波分成两路,一路经移相器B移相90度,另一路不移相,这样就得到了基圆的两个垂直分量。
这种产生基圆的方法,安装简便,可以测轻型高速旋转的主轴,也不会因主轴后端结构限制而无法进行测试。
但是由于带通滤波器在低频时响应时间较长,很难达到稳定状态,故测试方案适于测量转速在120转/分以下的主轴回转精度。
(2)基圆的调整
①由待测机床的转速n根据f=n/60Hz确定带通Ⅰ和带通Ⅲ所要通过的一次谐波频率。
若未知转速,可用带通捕捉一次谐波,调节带通微调使输出幅值最大。
②调节带通Ⅲ的频率粗调开关,使一次谐波频率包括在该开关指定的频率范围。
例如,机床转速为3000转/分则F=50H,粗调开关置60位置,调整细调电位器,直至在示波器上出现幅度最大的信号为止,带通Ⅰ的调整方法同带通Ⅲ。
③调节移相器B的相位及幅度旋钮,使基圆最圆。
反复调节带通Ⅰ和带通Ⅲ的频率微调使基圆最大。
请注意调整基圆时,应将移相器A的增益关死。
基圆大小主要由带通Ⅰ的增益旋钮调节,带通Ⅲ的增益旋钮对基圆大小影响不大,但带通Ⅲ输出不能太小,带通Ⅲ的输出太小,将使限幅放大器没有输出,则不能形成基圆。
带通Ⅰ及移相器B输出电压小于1V时,则使A/D转换工作不好。
(3)基圆精度调整
基圆精度的调整需要用微机进行,本测试仪带有最小二乘法园处理程序,它的功能是判断圆图象的不圆寂,即打印输出中P+V值。
一般微机打印P+V值小于0.3即可,若大于0.3。
可改变移相器B的相位和幅度,使P+V值小于0.3。
4.2.3.3用最小二乘法圆处理程序求不圆寂的方法。
所谓不圆寂,就是执行程序后打印的P+V值,P是什么,V是什么,P+V是什么。
最小二乘法圆是一个模拟圆,它模拟一些接近的随机点,它具有各点到基圆周长的距离平方和为最小的特点。
从圆周算起到圆外的点最大距离为P,到圆内的点最大距离为V。
P+V值就描写了随机点的不在同一个圆的离散程度。
使用最小二乘法处理程序求不圆寂方法为:
(1)打开微机开关
(2)2D1A置延时数及2D1B置采样数。
延时数的大小取决采样点的时间间隔。
例如,2D1A中置(10H)表示延时为100μs。
实验开始时,2D1A中先予置(10H),如果以后发现采样点太多,可改变2D1A中的延时数。
到底置多大数为宜下回再谈。
2D1B中置的数为采样数的四分之一。
若采样总数为128点,则2D1B中置(20H),因为128=80H,20H为80H的四分之一。
2D1A和2D1B置的数值的大小,关系到数据处理的精度,理想得到采样数与延时数之积等于主轴每转一圈的时间数。
设待测机床的转速为n=958转/分,则转一圈的时间为0.0625秒=62500μs,若2D1A中置10H,即100μs采一点,则2D1B中置的数为62500/100=625,除4后换成16进制为9CH置入2D1B中,转换点数太多,应加大延时数,取2D1A为20H,则2D1B中置4EH仍然能满足上述关系。
上面介绍2D1A置延时数和2D1B中置采样数四分之一的方法是在已知转速的条件下计算得来的。
下面在介绍另一种方法,即在未知转速的情况下,确定2D1A和2D1B中的所置的数。
方法如下:
①将基圆信号送入微机(R插座不接信号)
②给2D1B中置一较大的数45H,2D1A中置10H
1键入0800首地址,按下执行键,则打印机开始工作,打印机格式如图25所示
打印的DATA:
x、y以下为采样数即A/D转换对x通道(基圆的水平分量),y通道(基圆垂直分量)的采样结果,每四个数为一组,前两个为x值(16进制数)后两个为y值,每行交替分布四个x值,四个y值,由于x、y通道均输入正弦信号,所以打印结果x及y均按正弦规律变化。
如主轴转一圈的采样数为n,则n个x的采样值为x1x2x3.....xn,其中x1=xn,一般情况在x1到xn之间还有一个xi=x1=xn,若x1为最大值或最小值,则不存在xi=x1=xn的等式。
这样从打印纸上可以输出n值,除4后变为16进制的数印为2D1B中要置的数。
在转速较低时,若2D1A中置10H,找不到x1=xn,则将2D1A中置一较大的数20H,修改后就能用上述方法确定2D1B中置的数。
(3)置直流分量值:
在完成2D1A和2D1B中置数后,需在2D06和2D07地址中置入直流分量值,这是最小二乘法圆处理程序的要求。
2D06、2D07置直流分量可按下述方法做到:
①将两片A/D转换输入对地。
②键入0800,按下执行键,打印机开始打印,打印A为X轴的直流分量值,B为Y轴的直流分量值。
若A、B均在70H左右不需调节,若不在70左右,需调节A/D转换板上的电位器W2和W3,分别使打印结果的A和B在70H左右。
③调整完毕,给2D06置打印结果A的数,2D07置打印结果B的数。
④置入2D1A、2D1B、2D06、2D07适当的数值后,再校不圆度,若不圆度P+V值大于03,再用改变移相器的相位和幅值的方法使P+V达到小于或等于03。
往往此过程要反复几次。
4.2.3.4误差标定
未经标定加入误差信号可以得到P+V的值,但它是相对值,到底P+V的值与实际误差多μM相对应,还得标定,标定方法如下:
用数字万用表的交流档测得测振仪满量程的输出量U。
如满量程置10μM档,则位移传感器在测量振幅为10μM的振动时仪器的输出就是U。
用一正弦信号发生器输出一电压等于U(频率大于待测机床主轴回转频率两倍以上),将这样一信号输入DDL5B后面板R端,此时在示波器上可看到一花瓣样的图形,若花瓣图形不明显,可以调节DDL5B后面板的放大器的增益电位器,以花瓣的失真为原则,对此图形用0800为首地址程序求P+V值,此值即为满刻标定值。
假如此值为20H而测振仪满量程值为10μM,则标定结果为P+V值为20H就代表误差的绝对值为10μM。
4.2.3.5消偏
标准球安装偏心,是产生基圆所必需具备的条件,但对微机计算回转误差会带来不应有的部分。
为了得到准确的P+V值,必须对钢球安装偏心用电气方法消偏,所以在完成上述工作后,可将测振仪检出的误差信号接入R插座,此时,示波器上显示出主轴回转误差圆图像,然后,需对此图像消偏。
图21左边则为消偏电路,移相器A输出一次谐波信号为消偏信号,此信号与产生基圆的一次谐波信号大小相等,方向相反,通过加法器后抵消了误差信号中的一次谐波成分,从而实现消偏。
移相器A输出的消偏信号是由带通Ⅰ的反向开关和移相器A的移相幅度旋钮调节实现的。
带通Ⅱ为消偏监测,监测方法:
将带通Ⅱ的中心频率调到一次谐波频率,实现消偏后,应在带通Ⅱ的输出端用示波器观察没有一次谐波或用数字万用表交流档测量使输出为零。
4.2.3.6主轴回转误差计算
在完成上述工作后,可用微机对主轴误差圆图像进行数据处理,方法是检查R、S是否接入测振仪输出信号,X、Y是否分别与示波器X、Y相接,2D1A、2D1B、2D06、2D07是否置得准确的数,标定值P+V=?
等。
检查无误后,键入最小二乘法圆处理程序首地址0800,按下执行键,微机打印出(P+V)’值。
连续测六次取算术平均值(P+V)’用公式计算出机床主轴回转误差值
P+V=(P+V)’/(P+V)。
满量程位移量(μM)
为了准确测出主轴回转精度,上述工作需要耐心的进行,操作熟练后,数分钟可完成一次测量。
4.3自动跟踪滤波实验的使用方法
4.3.1所用仪器:
(1)信号发生(频率在20HZ——20KHZ连续可调)1台
(2)能生产频率在800HZ——130HZ信号发生器1台
(3)真空管毫伏表1台
(4)DDL5B1台
4.3.2实验原理方框图及实验方法
方框图如图27所示
实验方法如下:
(1)将本仪器所带的自动跟踪滤波器组合插头组合插座,并使DDL5B与其它仪器按方框图相接,就构成自动跟踪滤波器的实验系统。
关于自动跟踪滤波器实验原理可参阅《机械制造中的测试技术》一书(机械工业出版社出版,华中工学院黄长艺主编)。
(2)将高通滤波器下截止频率开关搬到10000Hz档
(3)将可调信号发生器输出信号频率调至80Hz并接入X插座。
80Hz是自动跟踪滤波器的最低使用频率,也就是在作频谱分析时能分析的最低频率,若要降低它,需改变高通滤波器的性能,这是DDL5B所不能做到的。
(4)自动增益广大器的输出接至示波器。
(5)固定信号发生器接入Y插座,并调节使其在900-1000Hz范围内,观察此时示波器显示的正弦波的稳定情况,改变频率直至波形稳定为止。
以后就不要再变动固定信号发生器的频率。
(6)将固定信号发生器的输出端接入带通Ⅲ的输出,调节带通频率粗调开关到相应位置,改变细调电位器,使示波器显示的波形幅度最大,此时带通Ⅲ的中心频率就调到固定信号发生器输出频率,请注意,调带通时需将组合插头拔下,用同样的办法调带通Ⅱ,使其为相同频率。
(7)在作频谱分析时,将可调信号由R插座输入,改变可调信号发生频率从80Hz开始由小到大变化,改变一次频率,记录一下毫伏表的读数,此数为频谱幅值,这样改变一次频率,记录一次幅值,选取坐标,作成图形,即为频谱分析图。
4.4DDL5B的其它功能简介
DDL5B不插组合插头时,各模块各自独立,用户可根据前述各模块的指标自行设计,自行搭接实验电路。
DDL5B中的仪用微机,具有TP801的一切功能,并可作A/D转换用,用户可根据硬件设计软件,开发功能。
DDL5B之所以称为万用测试仪,它具有很多待开发的功能。
5使用须知及维修
5.1DDL5B带有微机,通电时不能随意抽拔线路板或模块,否则会烧坏集成电路,使微机不能正常工作。
5.2用户在作开发实验时,请关闭微机电源,线路搭成后,工作正常,若需用微机处理数据,这时可打开微机使用。
5.3A/D转换器中的三个电位器,W1为转换量程调节,W2、W3分别为两路模拟输入的直流分量调节,用户作A/D转换时,若得不到理想结果可调整上述三个电位器,A/D转换量程为0—5V,仪器出厂时W1调至满量程5V,没有特殊需要一般不要随意调。
5.4模块外接用的电缆线插头较易产生断路或短路,使用时可先检查一下,使用中若出现不正常现象可检查电缆线
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