基于LPC3250大型軸類工件高準(zhǔn)確度在線測(cè)量系統(tǒng)

　　引言

　　隨著機(jī)械加工技術(shù)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(kuò)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(duì)測(cè)量技術(shù)也提出越來越高的要求。其中，大型軸類零件直徑的高準(zhǔn)確度在線測(cè)量便是在許多重大技術(shù)裝備制造中普遍提出又急需解決的共性技術(shù)測(cè)量問題。大型軸類零件直徑的在線檢測(cè)因存在很多困難，難以實(shí)現(xiàn)高準(zhǔn)確度測(cè)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(cè)量系統(tǒng)，通過：⑴多個(gè)滾壓輪冗余測(cè)量;⑵非均勻溫度場(chǎng)引起測(cè)量誤差修正;⑶多路多類信號(hào)融合;⑷防滑滾壓輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);⑸滾壓輪變形修正等方法和技術(shù)上的創(chuàng)新，提高了“滾壓輪法”測(cè)量大直徑的準(zhǔn)確度，實(shí)現(xiàn)了在D=1m~5m的測(cè)量范圍內(nèi)，測(cè)量準(zhǔn)確度達(dá)到5mm/m。

　　系統(tǒng)概述

　　該系統(tǒng)主要由機(jī)械、嵌入式硬件和軟件三部分組成。機(jī)械部分是整個(gè)系統(tǒng)工作的載體，采集數(shù)據(jù)所用的傳感器都安裝其上;嵌入式硬件部分負(fù)責(zé)采集反映大直徑零件各項(xiàng)參數(shù)的數(shù)據(jù)，其中直徑由圓光柵通過計(jì)數(shù)間接計(jì)算獲得，圓度誤差通過SONY探規(guī)信號(hào)間接計(jì)算獲得。該系統(tǒng)測(cè)量模型為：

　　式(1)中D為被測(cè)大軸直徑，d為標(biāo)準(zhǔn)滾壓輪直徑，F(xiàn)為滾壓輪在大軸旋轉(zhuǎn)的整圈內(nèi)轉(zhuǎn)過的角度，N為大軸旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)。

　　滾壓輪法測(cè)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(cè)量的準(zhǔn)確度，在本系統(tǒng)中針對(duì)這三個(gè)影響因素分別設(shè)計(jì)了防滑機(jī)構(gòu)、和滾壓輪壓力測(cè)量和溫度測(cè)量系統(tǒng)。針對(duì)所有傳感器設(shè)計(jì)基于LPC3250的專用電路，利用其豐富接口和相應(yīng)功能模塊，設(shè)計(jì)包括整形、倍頻、整體控制、LCD顯示、USB設(shè)備存儲(chǔ)、電源與復(fù)位、網(wǎng)絡(luò)接口、鍵盤、計(jì)數(shù)、模擬量信號(hào)采集和語音提示等功能模塊。

　　對(duì)于直徑測(cè)量，應(yīng)該修正壓力變形對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，再利用光柵所測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，然后按式(1)進(jìn)行計(jì)算，得出最終測(cè)量直徑。對(duì)于圓度測(cè)量，利用探規(guī)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的FFT和IFFT運(yùn)算，消除偏心對(duì)測(cè)量結(jié)果影響，并求出圓度測(cè)量值。

　　硬件設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)傳感器

　　本測(cè)量系統(tǒng)中，滾壓輪轉(zhuǎn)角測(cè)量采用了與滾壓輪同軸安裝的圓光柵測(cè)角系統(tǒng)。在本測(cè)量系統(tǒng)中使用的EE-SX672A是一種放大器內(nèi)藏型光電開關(guān)，采用亮動(dòng)工作方式。另外設(shè)計(jì)了多路溫度檢測(cè)系統(tǒng)完成測(cè)量，該多路溫度檢測(cè)系統(tǒng)由多只Pt100鉑電阻傳感器組成。

　　在系統(tǒng)的測(cè)量中要保證每個(gè)測(cè)數(shù)滾壓輪和被測(cè)工件的表面接觸均勻，這樣才能使數(shù)據(jù)具有可比性，選用的壓力計(jì)是BK-2F負(fù)荷傳感器。對(duì)于系統(tǒng)另外一個(gè)重要測(cè)量圓度，采用SONY公司探規(guī)來實(shí)現(xiàn)，其型號(hào)為DG10BPM。

　　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能

　　基于LPC3250大型軸類工件高準(zhǔn)確度在線測(cè)量系統(tǒng)總體原理結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，可以實(shí)現(xiàn)測(cè)量圈數(shù)可調(diào)便攜式測(cè)量，本系統(tǒng)LPC3250與圈數(shù)控制模塊共同實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確控制。圓光柵和SONY探規(guī)信號(hào)具有相似性，只是實(shí)際情況是圓光柵測(cè)量過程中是單向性轉(zhuǎn)動(dòng)(在反轉(zhuǎn)狀況下會(huì)出現(xiàn)雙向運(yùn)動(dòng))，而SONY探規(guī)由于測(cè)量表面形狀，是雙向運(yùn)動(dòng)，因此圓光柵可以直接利用LPC3250計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，而探規(guī)信號(hào)經(jīng)雙向計(jì)數(shù)模塊經(jīng)由I/O口讀數(shù)，壓力傳感器信號(hào)經(jīng)過信號(hào)調(diào)理，根據(jù)對(duì)測(cè)量結(jié)果影響經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后送入LPC3250，溫度傳感器信號(hào)可以直接利用LPC3250自身A/D轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。

　　前段控制電路

　　光電開關(guān)信號(hào)是幅值可調(diào)的脈沖信號(hào)，在這個(gè)設(shè)計(jì)方案中，光電傳感器的每個(gè)上升沿就代表滾輪轉(zhuǎn)過一圈。系統(tǒng)可以設(shè)定在滾輪旋轉(zhuǎn)N圈的過程對(duì)光柵傳感器信號(hào)、探規(guī)信號(hào)、壓力信號(hào)和溫度信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集。測(cè)量原理要求做到即采即停，可以用硬件和軟件來實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，但硬件相對(duì)來說響應(yīng)準(zhǔn)時(shí)，所以系統(tǒng)采用硬件實(shí)現(xiàn)該功能。