由于滚珠丝杠具有摩擦力小、传动性能高,且具有将圆周运动变为直线运动以及将直线运动变为圆周运动的特点,因此滚珠丝杠在目前已广泛应用于机床工业、汽车工业、国防军工等领域。除此之外,滚珠丝杠还是机床重要的传动、定位装置,其制造精度决定了机床加工的精度,所以设计一套滚珠丝杠测量系统用于测量滚珠丝杠的各项指标,为机床在加工生产时提供必要、可靠的数据支持。另外公司也需要一套测量系统,使自己更了解生产出的丝杠质量。本课题通过需求分析确定了测量系统的功能,并根据圆光栅、长光栅的使用手册和滚珠丝杠的动态测量原理确定了测量系统的设计架构。测量系统的架构分为计算机和测量及运动控制器两部分,它们通过USB转串口进行数据通信。其中计算机则以图形界面的形式与用户进行交互,测量及运动控制器接收、解析计算机发送的启动测量命令后,会对伺服电机做驱动控制,并对精密光栅测量仪器的脉冲信号进行检测、计数,并计算出丝杠的行程误差,之后把测量的数据发送给计算机,然后由计算机动态绘制行程误差曲线,最后求出丝杠验收检验结果。本测量系统的测量及运动控制器使用STM32F407作为测量、控制芯片,用来替代传统的光栅脉冲计数卡和伺服电机驱动卡,因此在系统架构设计上降低了硬件电路的复杂性和成本,提高了产品的稳定性,同时也有利于系统的维护。计算机软件与测量及运动控制器之间的串口通信协议,满足错误自动重传、超时自动重传功能,极大的提高了传输的稳定性。此外滚珠丝杠动态监测系统中带有故障自检功能,可以帮助技术人员快速地定位到设备的故障点;系统还使用以下几点来提高对滚珠丝杠的测量精度:(1)使用XL-80激光干涉仪对长光栅进行校准;(2)对测量数据的粗大误差实现滑动窗口的滤波处理;(3)使用控制器直接对圆光栅和长光栅的正交脉冲信号进行采样控制,减少了对光栅信号异步采样的误差。滚珠丝杠动态测量系统在经过现场两个多月的测试,并且现在已交付丝杠制造公司使用,测试结果表明该系统的稳定性。另外通过更改光栅测量仪器的参数,系统也可以适用于另外一套2m丝杠测量平台,说明了系统有一定的通用性;其中对测量中的粗大误差进行剔除处理和使用激光测量仪对长光栅校准处理,都较好的提升了系统的测量精度。因此保证了测量系统可以满足实际应用的需求,具有一定的价值。