回轉工件端面跳動測量機構、信號檢測裝配圖說明書

1、一、設計方案1.1端面跳動的定義跳動公差有圓跳動公差和全跳動公差兩個特征項目，端面跳動是指圓跳動公差，即實際被測要素在無軸向移動的條件下繞基準軸線旋轉一周過程中，由位置固定的指示表在給定的測量方向上對該實際被測要素測得的最大與最小值之差。1.2端面跳動的測量傳統(tǒng)測量端面跳動誤差是人工用接觸法測量，一方面由于存在測量力帶來測量誤差；另一方面測量效率不高。通常的測量方法是采用導向套或V型塊來體現(xiàn)基準軸線，用頂尖對工件實現(xiàn)定位。這種方法的缺點是通用性差，有時還需要增設夾緊裝置，而且軸向定位的誤差影響測量結果。隨著計算機集成制造（CIM）在制造企業(yè)的逐步推廣，構建集成質量控制系統(tǒng)尤為必要，而這個系統(tǒng)的

2、建立是以各種檢測儀器的計算機應用為基礎的，因此，開發(fā)包括端面跳動誤差在內(nèi)的新型形位誤差微機化檢測儀勢在必行。因此本設計在傳統(tǒng)端面跳動測量機構的基礎上采用電感式位移傳感器實時的將斷面的跳動量送入單片機進行數(shù)據(jù)處理、顯示，操作人員可直接從顯示器中讀出回轉工件的端面跳動值，這一方法，一來消除了接觸法測量力帶來的誤差，同時也消除了人工讀數(shù)時產(chǎn)生的誤差。二、測量機構設計2.1總體設計端面跳動測量機構的組成包括三坐標工作臺，支承機構，傳感器和其他電路部分。2.2水平導軌的設計端面跳動測量中，需要根據(jù)工件及傳感器的安裝來調節(jié)位置，因此要進行導軌的設計。水平導軌采用如圖所示的雙矩形組合導軌設計，這種導軌的制造

3、和檢測容易，承載能力大，輔助導軌面用壓板調節(jié)間隙，導向面用鑲條調節(jié)間隙。導向面在平導軌的兩內(nèi)側，導向面的距離較小，加工測量方便，可取較小的間隙，導向精度高。圖1 水平導軌2.3豎直導軌的設計豎直導軌的設計要考慮到重力的影響，因此需加上緊固螺母。其他部分采用與水平導軌相同的設計。圖2 豎直導軌2.4基座的設計為減小測量機構的力變形，需合理選基座的各個參數(shù)。假設工件的質量為610kg，則基座的壁厚應至少為8mm，基座的材料選用鑄鐵即可。三、電路設計3.1測量電路原理圖測量電路原理圖見圖3。在檢測機構電路設計和元器件選型中既要保證測量精度和測量效率，又要具有高效的可靠性、穩(wěn)定性及元器件的兼容性。A/

4、D轉換單元電感測微儀信號濾波放大器被測轉軸減速器步進電機單片機數(shù)據(jù)處理單元顯示單元 圖3 檢測機構的測量電路原理圖3.2步進電機的選擇3.2.1 相關參數(shù)本設計中，步進電機選用永磁式步進電機42BY48H07A，它主要用于醫(yī)療儀器、工業(yè)自動化和辦公自動化等場合，相關參數(shù)如下：相數(shù)4相步矩角7.5°電壓12V相電流0.2A電阻60 啟動轉矩60g.cm最大靜轉矩400g.cm絕緣等級E額定功率4.2W表1 步進電機參數(shù)3.2.2 驅動方式步進電機采用4相8拍驅動方式，即A-AB-B-BC-C-CD-D-DA導線顏色123456785紅+4橙-3黃-2粉-1藍-表2 步進電機驅動時序3.

5、2.3 驅動電路圖4 步進電機驅動電路3.2.4 驅動芯片本設計中選用ULN2803作為步進電機的驅動芯片，該芯片具有高電壓大電流的特點，廣泛用于計算機、工業(yè)和消費產(chǎn)品中。其最大額定值如下：額定值符號值單位輸出電壓VO50V輸入電壓VI30V集電極電流-連續(xù)IC500mA基集電流-連續(xù)IB25mA工作環(huán)境溫度范圍TA0至+7保存溫度范圍Tsig-55至+150結溫Tj125表3 ULN2803最大額定值3.3傳感器的選擇現(xiàn)假設本測量機構所能測量工件的跳動公差等級為3-6級，直徑為10-70mm，允許的跳動誤差為2-10m,測量最大長度120mm.考慮到測量工件和傳感器分別作勻低速轉動和滑動，震

6、動較輕，根據(jù)傳感器的選取原則，現(xiàn)選擇動態(tài)分辨率為0.3-0.5m的LY101系列傳感器。本檢測機構采用電感式位移傳感器，該傳感器利用差動電感原理（半橋型）工作，外形小巧，性能穩(wěn)定。測量時，測桿和被測物體一起移動，它將帶動磁芯一起在傳感器的線圈中移動，從而使差動式傳感器的兩個線圈的阻抗發(fā)生大小相等但極性相反的變化。通過測量電路的處理，就可以得出運動的大小和方向。傳感器的主要特征參數(shù)見表1.測量范圍測桿行程導向形式線性度工作溫度溫度漂移激勵頻率輸出±0.5mm 2.5mm滾動0.15FS1-400.15um/19KHz0-10mV表4 LY101系列傳感器的特征參數(shù)表跳動誤差的變化量很小

7、，傳感器輸出的信號也十分微弱，通常在0到數(shù)毫伏范圍內(nèi)變化。因此選擇或設計信號放大濾波裝置時需要將低信噪比的有效信號提出來并對噪聲進行抑制。3.4放大電路3.4.1 放大原理因為從傳感器輸出的信號較微弱，如果不對其進行放大，后面的濾波電路也無法工作，故應先對信號進行放大再濾波。現(xiàn)將電壓發(fā)達倍數(shù)設置為Kp1=50，電路原理圖如圖5所示。圖5 放大電路原理圖3.4.2 芯片介紹本設計采用Philips公司生產(chǎn)的LM358AD芯片。引腳功能見圖3圖6 LM358AD功能引腳圖3.5濾波電路精加工工件端面的跳動誤差經(jīng)傳感器轉換后得到的是緩慢變化的信號，即是說傳感器采集到的信號是一個低頻信號，由此選擇低通

8、濾波。本設計中采用無限增益型低通濾波器。3.5.1 特點分析本設計采用的RC無限增益多路反饋型低通濾波，此濾波電路結構簡單，調整方便，易于集成化；且電路不存在正反饋和負載效應，因而總是穩(wěn)定的。但該電路的不足之處在于這種電路對運算放大器要求比較高。3.5.2 濾波電路參數(shù)電路原理圖如圖3所示，本低通濾波電路由電容、電阻和運算放大器構成。圖7 濾波電路圖其傳遞函數(shù)為：濾波器參數(shù)為：改變R6、R4的比值便能使電路具有一定的放大倍數(shù)，起了信號的放大作用。我們?nèi)6=-100K，R4=10K，R5=5K，R=500K，C4=C5=10F，這樣本電路便對傳感器的輸出信號放大了10倍，即Kp2=10。加上前

9、面的放大電路，整個信號調理電路的放大倍數(shù)是500，即Kp=500。3.6A/D轉換3.6.1 接口電路A/D轉換電路就是將模擬量轉換為數(shù)字量的電路。實現(xiàn)A/D轉換的方法有很多，如積分型、逐次比較型、并行比較型等，本設計中，采用集成A/D轉換器，芯片采用12位AD轉換芯片AD1674。接口電路圖如下：圖8 AD1674接口電路3.6.2 芯片介紹AD1674數(shù)模轉換芯片是美國模擬器件公司的新一代產(chǎn)品，它是逐次逼近型的12位精度中高端產(chǎn)品。AD1674有如下特點：（1）有參考電壓基準和時鐘電路，單/雙極性輸入；（2）全8位或16位微處理器接口；（3）250ns總線取數(shù)時間，能滿足一般微處理器的時序

10、要求；（4）高轉換率，其采樣時間控制在10us以內(nèi)，速度極快，所以此系統(tǒng)設計時是采用查詢的方式與單片機連接的；（5）片內(nèi)集成了采樣保持器，保持器使數(shù)據(jù)傳送的準確性得到了保證，而且避免了另加元件使系統(tǒng)復雜化的麻煩。圖9 AD1674引腳圖3.6.3 工作原理AD1674采用逐次逼近法將輸入的模擬信號轉換為數(shù)字量，它有多種工作模式，其功能真值表如下：CECSR/C12/8A0功能0XXXX無X1XXX無100X0啟動12位A/D轉換100X1啟動8位A/D轉換1011X12位并行輸出10100高8位數(shù)據(jù)輸出10101低4位數(shù)據(jù)輸出，余下4位為0表5 AD1674功能真值表上表中：CE：芯片使能，高

11、電平激活，用于開始一個轉換過程或讀取操作CS：芯片選擇，低電平有效R/C：高電平時為讀操作，低電平時為轉換操作12/8：決定數(shù)字輸出數(shù)據(jù)的格式，為低則為兩個8位的字節(jié)，為高則為一個12位的字A0：在轉換過程中，A0為低則為12位轉換，否則為8位轉換；在以8位字節(jié)為單位的讀數(shù)過程中，A0為0時輸出高8位（DB11DB4），A0為1時輸出DB3DB0，DB7DB4為00003.7單片機本設計選用P89C51作為主控芯片，該芯片具有低功耗、高性能的特點，擁有豐富的硬件資源，芯片價格便宜，且易于更換，其接口電路如下：3.7.1 復位電路圖10 復位電路3.7.2 時鐘電路圖11 時鐘電路3.8顯示單元

12、本設計中采用LCD1602作為顯示單元，其主要技術參數(shù)如下：顯示容量：16x2個字符芯片工作電壓：4.55.5V工作電流：2.0mA字符尺寸：2.95x4.35（WxH）mmLCD1602可顯示兩行，每行16個字符，不能顯示漢字，內(nèi)置含128個字符的ASCII字符集字庫，并有并行接口，無串行接口。與單片機的接口電路如下：圖12 LCD1602接口電路3.9電源設計單片機供電采用LM78L05三端線性穩(wěn)壓芯片配合直流穩(wěn)壓電源構成。直流輸入低于18V的直流電，輸出為5V（誤差小于5%），完全滿足單片機及其他芯片的要求。供電系統(tǒng)原理圖如下：圖13 單片機供電系統(tǒng)芯片LM78L05的相關參數(shù)如下：表6

13、 LM78L05參數(shù)17四、程序設計4.1流程圖設計主程序流程圖：開 始初始化A/D轉換延 時LCD顯示中斷程序流程圖：中斷處理t0_num自加1Nt0_num>=speed_num ?Yt0_num=0給P2口賦值i+Ni=8 ?Yi=0中斷返回4.2程序設計（見附錄）五、結束語高精度高效率的現(xiàn)代制造技術必然要求與其相適應的檢測手段。目前我國許多機械制造企業(yè)的檢測裝備還不能適應高精度產(chǎn)品檢測的要求，部分設計圖上標注的形位公差缺乏相應的檢測手段，使質量控制變成制造鏈中的開環(huán)，影響了我國制造業(yè)的競爭力。開發(fā)出應用傳感器和微機（單片機或PC機）技術結合的新型形位公差檢測儀器，不僅是改造傳統(tǒng)檢

14、測手段的需要，也將為企業(yè)逐步實現(xiàn)集成質量控制提供技術基礎，為更廣泛更有效的應用微機技術提供有利的支撐。參考文獻：1甘永立，幾何量公差與測量，第九版，上?？茖W技術出版社，20052葉湘濱，熊飛麗，傳感器與測試技術，國防科技大學出版社，20063張國雄，測控電路，第四版，機械工業(yè)出版社，20064李朝青，單片機原理及接口技術，第三版，北京航空航天大學出版社，20065趙躍進，何獻忠，精密機械設計基礎，北京理工大學出版社，20036李愛軍，陳國平，畫法幾何及機械制圖，中國礦業(yè)大學出版社，20027浦昭邦，王寶光，測控儀器設計，機械工業(yè)出版社，20078孫寶元，楊寶清，傳感器及其應用手冊，機械工業(yè)出版

15、社，20049郭天祥，51單片機C語言教程，電子工業(yè)出版社，2009附錄：/*回轉工件端面跳動測量程序*平臺：Keil U4 +P89C51晶振：12MHZ編寫： 日期：2012-11-20*/#include<reg51.h>/包含頭文件#include<intrins.h>/包含NOP空指令函數(shù)_nop_();#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit adcs=P20;/定義AD芯片片選端口sbit sts=P34;/AD轉換狀態(tài)端口sbit ada0=P35;/AD位數(shù)選擇端口sbit adr

16、c=P36;/AD工作模式選擇端口sbit adce=P37;/AD芯片使能sbit lcdrs=P21;/數(shù)據(jù)/命令選擇端sbit lcdrw=P22;/讀寫選擇端sbit lcden=P23;/定義LCD1602片選端口uchar code table=/電機轉向控制0x01,0x03,0x02,0x06,0x04,0x0c,0x08,0x09;uchar i=0,t0_num=0;/*LCD1602*/void delay(uint xms) /延時程序uint i,j;for(i=xms;i>0;i-)for(j=110;j>0;j-);void write_com(uch

17、ar com) /LCD寫地址lcdrs=0;lcdrw=0;P0=com; /P0為LCD并行數(shù)據(jù)端口delay(5);lcden=1;delay(5);lcden=0;delay(5);void write_dat(uchar dat) /LCD寫數(shù)據(jù)lcdrs=1;lcdrw=0;P0=dat;delay(5);lcden=1;delay(5);lcden=0;delay(5);void lcd_init()lcden=0;write_com(0x38); /設置16x2顯示，5x7點陣，8位數(shù)據(jù)接口write_com(0x0c); /開顯示，不顯示光標write_com(0x06);

18、/寫一個字符后地址指針加1write_com(0x01); /清屏/*AD轉換*/void ad_transform() /啟動AD轉換ada0=0; /選擇12位轉換模式adrc=0;adce=1;while(sts);adce=0;uint read_ad() /讀取AD并行口數(shù)據(jù)uint temp;uchar tempa,tempb;P1=0xff;adrc=1;ada0=0;adce=1;_nop_();tempa=P1;adce=0;ada0=1;adce=1;_nop_();tempb=P1;adce=0;temp=(tempa<<4)|(tempb>>4);return(temp);void main()uchar A1,A2,A3,A4;uint adval=0;TMOD=0x01; /T0定時器初始化TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;EA=1;ET0=1;TR0=1;lcd_init();adcs=0;while(1)ad_transform();delay(10);write_com(0x80);write_dat(0x30+A1);write_