数显圆弧半径测量仪

　　1　概述

　　在机械制造、模具加工等工业生产领域中,经常会碰到工件非整圆的圆弧面半径的测量问题,如何测量非整圆的圆弧半径,已往的方法是:

　　1)用圆弧样板(半径规)测量

　　这种方法受圆弧样板数量的限制,大部分圆弧都找不到与其对应的圆弧样板,无法实现无级测量。

　　2)用普通卡尺测量

　　通过测量直径得到半径,如果被测圆弧的圆心角小于180°,则不能得到圆弧的半径。如果通过控制弧高的方法,测量圆弧的弦长,则需通过数学计算才能得到圆弧的半径。

　　3)用光学仪器测量

　　测量前需要装夹和找正,测量后还要通过数学计算求解半径,对测量者技术要求高,操作过程繁琐,仪器价值高、投资大。

　　笔者针对以上测量圆弧半径方法的不足和局限性,将机械技术、传感器技术、微计算机技术和集成电路技术有机结合起来,制成的数显圆弧半径测量仪,可直接显示被测圆弧的半径,测量范围大,可以实现无级测量;其结构简单、体积小、成本低。可以弥补已往圆弧半径测量方法的不足。

　　2　测量原理

　　测量仪的基本原理,是以“弓弦法”的测量原理为基础的。测量前,将测量仪的显示值“置零”,两测量圆柱位置(中心距)确定。测量时,使两圆柱与被测圆弧面相接触(相切),由位移传感器将测杆位移输入单片机处理,转换为被测圆弧的半径。设两测量圆柱的半径为r(r可换)、中心距为L(L可变),测杆的位移为H(变量),根据几何关系可求出被测圆弧的半径R。

　　由图1a)可得方程式

　　3　结构与电路

　　测量仪的结构如图2所示。测杆装在基座中心的孔中,测量圆柱两端由堵板定位装在基座上,圆柱母线与基座的基面接触,并能在基面上滑(移)动,当两圆柱的中心距离确定(校准)之后,用紧固螺钉将两圆柱固定。

　　测量仪选用容栅位移传感器作为位移测量传感元件,利用相位跟踪原理实现位移测量。容栅位移传感器由动栅板和定栅板两部分组成,动栅板正面装有鉴相型测量专用集成电路,通过非标准同步串行数据接口输出测量结果。由于单片机不能直接处理鉴相型测量专用集成电路中输出的数据,采用一个电平进行转换,再进入MCU处理电路对测量数据和设定数据进行计算,并向LCD输出测量结果。

　　测量时,测杆的位移量,经集成电路转换成被测圆弧的半径,由液晶显示屏显示出来。

　　测量仪的电路设计原理,如图3所示。

　　4　误差分析

　　对式(3)全微分,得