基于AVR單片機(jī)的輪胎模具內(nèi)徑測(cè)量系統(tǒng)

摘要：文中所設(shè)計(jì)的基于AVR單片機(jī)的輪胎模具內(nèi)徑測(cè)量系統(tǒng)，采用光柵尺和激光測(cè)距儀測(cè)量模具內(nèi)徑，單片機(jī)通過(guò)接收上位機(jī)的命令控制步進(jìn)電機(jī)改變測(cè)量點(diǎn)，同時(shí)控制光柵尺數(shù)顯表進(jìn)行數(shù)據(jù)采集實(shí)時(shí)返回給上位機(jī)。上位機(jī)將光柵尺數(shù)據(jù)和激光測(cè)距儀數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算后得到模具的內(nèi)徑，測(cè)量精度在4μm以內(nèi)。
關(guān)鍵詞：AVR；步進(jìn)電機(jī)；光柵尺；激光測(cè)距儀

輪胎模具用于成型輪胎，其加工質(zhì)量對(duì)輪胎的生產(chǎn)非常重要。為了生產(chǎn)出好的輪胎，必須對(duì)輪胎模具加工質(zhì)量提出高的要求。傳統(tǒng)的加工質(zhì)量檢測(cè)法主要是靠百分表，人為采集數(shù)據(jù)后分析得出加工質(zhì)量報(bào)告。這種辦法的局限性是需要操作者有一定的工作經(jīng)驗(yàn)，而且取樣過(guò)程人為控制，精度受到一定影響。近幾年來(lái)，輪胎模具工業(yè)隨著輪胎的大量需求而得到了快速發(fā)展，傳統(tǒng)的檢測(cè)方法不能滿足市場(chǎng)需求。光柵尺是一種數(shù)字位移測(cè)量設(shè)備，測(cè)量范圍可達(dá)幾十米，測(cè)量精確在微米級(jí)；激光測(cè)距儀是一種非接觸測(cè)量設(shè)備，可以對(duì)不規(guī)則表面的目標(biāo)位移進(jìn)行測(cè)量，但是測(cè)量距離較小。將大范同的光柵尺和非接觸測(cè)量的激光測(cè)距儀結(jié)合起來(lái)就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不規(guī)則面的目標(biāo)距離進(jìn)行測(cè)量。將光柵尺讀頭與激光測(cè)距儀固定在機(jī)械橫梁上，運(yùn)用步進(jìn)電機(jī)控制橫梁的運(yùn)動(dòng)，分別對(duì)模具不同層面的內(nèi)徑進(jìn)行測(cè)量。
系統(tǒng)采用AVR單片機(jī)實(shí)現(xiàn)控制步進(jìn)電機(jī)和光柵尺數(shù)據(jù)讀取，通過(guò)接收上位機(jī)的控制命令，AVR單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)，數(shù)顯表數(shù)據(jù)和激光控制器位移數(shù)據(jù)自動(dòng)經(jīng)串口發(fā)送給上位機(jī)，從而完成對(duì)模具內(nèi)徑的自動(dòng)測(cè)量。

1 系統(tǒng)組成
基于AVR的輪胎內(nèi)徑測(cè)量系統(tǒng)主要由AVR單片機(jī)、上位機(jī)、光柵尺、數(shù)顯表、激光測(cè)距儀、驅(qū)動(dòng)器、步進(jìn)電機(jī)、電子手輪、行程開(kāi)關(guān)等組成。其功能框圖如圖1所示。

單片機(jī)選用的是愛(ài)特梅爾公司的ATmega16；上位機(jī)采用研華公司生產(chǎn)的ARK3360L工控機(jī)，它擁有多個(gè)RS232接口；激光測(cè)距儀采用的是日本基恩士公司的LK-G85激光測(cè)距傳感器和LK-G3001V激光測(cè)距控制器，其分辨率為0．1μm，測(cè)量范圍-15～+15 mm，測(cè)量距離為80 mm；光柵尺采用廣州諾信數(shù)字測(cè)控設(shè)備有限公司的KA300型系列光柵位移測(cè)量設(shè)備，讀數(shù)由其公司的SDS6型數(shù)顯表實(shí)現(xiàn)。最終的內(nèi)徑計(jì)算由上位機(jī)接收到激光測(cè)距儀數(shù)據(jù)和光柵尺數(shù)據(jù)后完成。

2 系統(tǒng)功能分析
2．1 模具內(nèi)徑測(cè)量方法
輪胎模具置于靜止的工作平臺(tái)之上，旋轉(zhuǎn)測(cè)量平臺(tái)處于工作平臺(tái)的中心位置，在旋轉(zhuǎn)測(cè)量平臺(tái)上的橫梁和立柱可以沿徑向和垂直兩個(gè)方向移動(dòng)，激光感測(cè)頭置于測(cè)量橫粱上。根據(jù)輪胎模具的內(nèi)徑不同，沿徑向移動(dòng)測(cè)量橫梁，將激光感測(cè)頭移動(dòng)至測(cè)量范圍內(nèi)，即可測(cè)得激光感測(cè)頭至輪胎模具內(nèi)圓的距離，再通過(guò)利用光柵尺測(cè)量橫梁徑向移動(dòng)的距離，換算出輪胎模具的內(nèi)徑。通過(guò)控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)測(cè)量平臺(tái)，就可以按照節(jié)距逐一測(cè)量輪胎模具內(nèi)徑，從而得到輪胎模具的圓度。將測(cè)量橫梁沿立柱垂直移動(dòng)，就可以測(cè)量輪胎模具不同垂向高度的內(nèi)徑，從而得到模具的圓錐度。
測(cè)量系統(tǒng)一共有3個(gè)步進(jìn)電機(jī)控制測(cè)量設(shè)備沿3方向運(yùn)動(dòng)；兩把光柵尺讀取水平和垂直位移數(shù)據(jù)，還有激光測(cè)距儀實(shí)現(xiàn)非接觸位移測(cè)量，其測(cè)量結(jié)構(gòu)如圖2所示。