基于LPC3250大型軸類工件高準確度在線測量系統

　　引言

　　隨著機械加工技術的不斷發(fā)展，可加工的大型零部件的空間尺寸變得越來越大，從幾米已擴展到幾十米、幾百米、甚至上千米，而其需要的安裝精度也越來越高，因此對測量技術也提出越來越高的要求。其中，大型軸類零件直徑的高準確度在線測量便是在許多重大技術裝備制造中普遍提出又急需解決的共性技術測量問題。大型軸類零件直徑的在線檢測因存在很多困難，難以實現高準確度測量，目前沒有理想的方法和儀器。

　　研制的多滾壓輪大直徑在線測量系統，通過：⑴多個滾壓輪冗余測量;⑵非均勻溫度場引起測量誤差修正;⑶多路多類信號融合;⑷防滑滾壓輪結構設計;⑸滾壓輪變形修正等方法和技術上的創(chuàng)新，提高了“滾壓輪法”測量大直徑的準確度，實現了在D=1m~5m的測量范圍內，測量準確度達到5mm/m。

　　系統概述

　　該系統主要由機械、嵌入式硬件和軟件三部分組成。機械部分是整個系統工作的載體，采集數據所用的傳感器都安裝其上;嵌入式硬件部分負責采集反映大直徑零件各項參數的數據，其中直徑由圓光柵通過計數間接計算獲得，圓度誤差通過SONY探規(guī)信號間接計算獲得。該系統測量模型為：

　　式(1)中D為被測大軸直徑，d為標準滾壓輪直徑，F為滾壓輪在大軸旋轉的整圈內轉過的角度，N為大軸旋轉的圈數。

　　滾壓輪法測量易受接觸打滑、滾壓輪受壓變形和溫度引起的變形的影響，這就極大地限制了測量的準確度，在本系統中針對這三個影響因素分別設計了防滑機構、和滾壓輪壓力測量和溫度測量系統。針對所有傳感器設計基于LPC3250的專用電路，利用其豐富接口和相應功能模塊，設計包括整形、倍頻、整體控制、LCD顯示、USB設備存儲、電源與復位、網絡接口、鍵盤、計數、模擬量信號采集和語音提示等功能模塊。

　　對于直徑測量，應該修正壓力變形對測量結果的影響，再利用光柵所測量數據進行處理，然后按式(1)進行計算，得出最終測量直徑。對于圓度測量，利用探規(guī)測量數據進行相應的FFT和IFFT運算，消除偏心對測量結果影響，并求出圓度測量值。

　　硬件設計

　　系統傳感器

　　本測量系統中，滾壓輪轉角測量采用了與滾壓輪同軸安裝的圓光柵測角系統。在本測量系統中使用的EE-SX672A是一種放大器內藏型光電開關，采用亮動工作方式。另外設計了多路溫度檢測系統完成測量，該多路溫度檢測系統由多只Pt100鉑電阻傳感器組成。

　　在系統的測量中要保證每個測數滾壓輪和被測工件的表面接觸均勻，這樣才能使數據具有可比性，選用的壓力計是BK-2F負荷傳感器。對于系統另外一個重要測量圓度，采用SONY公司探規(guī)來實現，其型號為DG10BPM。

　　系統結構及功能

　　基于LPC3250大型軸類工件高準確度在線測量系統總體原理結構框圖如圖1所示，可以實現測量圈數可調便攜式測量，本系統LPC3250與圈數控制模塊共同實現準確控制。圓光柵和SONY探規(guī)信號具有相似性，只是實際情況是圓光柵測量過程中是單向性轉動(在反轉狀況下會出現雙向運動)，而SONY探規(guī)由于測量表面形狀，是雙向運動，因此圓光柵可以直接利用LPC3250計數器進行計數，而探規(guī)信號經雙向計數模塊經由I/O口讀數，壓力傳感器信號經過信號調理，根據對測量結果影響經過A/D轉換后送入LPC3250，溫度傳感器信號可以直接利用LPC3250自身A/D轉換實現數據采集。

　　前段控制電路

　　光電開關信號是幅值可調的脈沖信號，在這個設計方案中，光電傳感器的每個上升沿就代表滾輪轉過一圈。系統可以設定在滾輪旋轉N圈的過程對光柵傳感器信號、探規(guī)信號、壓力信號和溫度信號進行實時采集。測量原理要求做到即采即停，可以用硬件和軟件來實現這個目標，但硬件相對來說響應準時，所以系統采用硬件實現該功能。