基于LPC3250大型軸類(lèi)工件高準確度在線(xiàn)測量系統

　　引言

　　隨著(zhù)機械加工技術(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(lái)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(lái)越高，因此對測量技術(shù)也提出越來(lái)越高的要求。其中，大型軸類(lèi)零件直徑的高準確度在線(xiàn)測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)測量問(wèn)題。大型軸類(lèi)零件直徑的在線(xiàn)檢測因存在很多困難，難以實(shí)現高準確度測量，目前沒(méi)有理想的方法和儀器。

　　研制的多滾壓輪大直徑在線(xiàn)測量系統，通過(guò)：⑴多個(gè)滾壓輪冗余測量;⑵非均勻溫度場(chǎng)引起測量誤差修正;⑶多路多類(lèi)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(shù)上的創(chuàng )新，提高了“滾壓輪法”測量大直徑的準確度，實(shí)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(gè)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(guò)計數間接計算獲得，圓度誤差通過(guò)SONY探規信號間接計算獲得。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(guò)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(gè)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(zhuān)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(wǎng)絡(luò )接口、鍵盤(pán)、計數、模擬量信號采集和語(yǔ)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(jìn)行處理，然后按式(1)進(jìn)行計算，得出最終測量直徑。對于圓度測量，利用探規測量數據進(jìn)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(kāi)關(guān)，采用亮動(dòng)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(gè)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(gè)重要測量圓度，采用SONY公司探規來(lái)實(shí)現，其型號為DG10BPM。

　　系統結構及功能

　　基于LPC3250大型軸類(lèi)工件高準確度在線(xiàn)測量系統總體原理結構框圖如圖1所示，可以實(shí)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(shí)現準確控制。圓光柵和SONY探規信號具有相似性，只是實(shí)際情況是圓光柵測量過(guò)程中是單向性轉動(dòng)(在反轉狀況下會(huì )出現雙向運動(dòng))，而SONY探規由于測量表面形狀，是雙向運動(dòng)，因此圓光柵可以直接利用LPC3250計數器進(jìn)行計數，而探規信號經(jīng)雙向計數模塊經(jīng)由I/O口讀數，壓力傳感器信號經(jīng)過(guò)信號調理，根據對測量結果影響經(jīng)過(guò)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(shí)現數據采集。

　　前段控制電路

　　光電開(kāi)關(guān)信號是幅值可調的脈沖信號，在這個(gè)設計方案中，光電傳感器的每個(gè)上升沿就代表滾輪轉過(guò)一圈。系統可以設定在滾輪旋轉N圈的過(guò)程對光柵傳感器信號、探規信號、壓力信號和溫度信號進(jìn)行實(shí)時(shí)采集。測量原理要求做到即采即停，可以用硬件和軟件來(lái)實(shí)現這個(gè)目標，但硬件相對來(lái)說(shuō)響應準時(shí)，所以系統采用硬件實(shí)現該功能。