基于LPC3250大型軸類工件高準確度在線測量系統(tǒng)

　　引言

　　隨著機械加工技術(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(shù)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(shù)裝備制造中普遍提出又急需解決的共性技術(shù)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(xiàn)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(tǒng)，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(jié)構(gòu)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，實現(xiàn)了在D=1m~5m的測量范圍內(nèi)，測量準確度達到5mm/m。

　　系統(tǒng)概述

　　該系統(tǒng)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(tǒng)工作的載體，采集數(shù)據(jù)所用的傳感器都安裝其上;嵌入式硬件部分負責采集反映大直徑零件各項參數(shù)的數(shù)據(jù)，其中直徑由圓光柵通過計數(shù)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(tǒng)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(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(tǒng)中針對這三個影響因素分別設計了防滑機構(gòu)、和滾壓輪壓力測量和溫度測量系統(tǒng)。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(wǎng)絡接口、鍵盤、計數(shù)、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(jié)果的影響，再利用光柵所測量數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)進行相應的FFT和IFFT運算，消除偏心對測量結(jié)果影響，并求出圓度測量值。

　　硬件設計

　　系統(tǒng)傳感器

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

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

　　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能

　　基于LPC3250大型軸類工件高準確度在線測量系統(tǒng)總體原理結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，可以實現(xiàn)測量圈數(shù)可調(diào)便攜式測量，本系統(tǒng)LPC3250與圈數(shù)控制模塊共同實現(xiàn)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(zhuǎn)動(在反轉(zhuǎn)狀況下會出現(xiàn)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(shù)器進行計數(shù)，而探規(guī)信號經(jīng)雙向計數(shù)模塊經(jīng)由I/O口讀數(shù)，壓力傳感器信號經(jīng)過信號調(diào)理，根據(jù)對測量結(jié)果影響經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后送入LPC3250，溫度傳感器信號可以直接利用LPC3250自身A/D轉(zhuǎn)換實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。

　　前段控制電路

　　光電開關(guān)信號是幅值可調(diào)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(zhuǎn)過一圈。系統(tǒng)可以設定在滾輪旋轉(zhuǎn)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(xiàn)這個目標，但硬件相對來說響應準時，所以系統(tǒng)采用硬件實現(xiàn)該功能。