非接触式汽车拉索尺寸测量系统的研制

　　0　引言

　　本文所设计的长度测量系统,其测量对象是汽车拉索。该汽车拉索以直径为2mm的钢丝为中心轴,外面套有粗细阶跃变化的橡胶软管,拉索整长约80cm。在该汽车拉索中有4个质检尺寸(L1~L4)需要测量(如图1所示),且客户要求其测量误差在100μm内,如果使用工业上常见的接触式测量法,会存在以下问题:

　　1)外套的橡胶软管接触时容易变形,如果采用接触式测量法,在测量时因不可避免的接触变形而使测量值不准。

　　2)尺寸测量的两端不是竖直的平面,用接触测量法难以确定其接触点。

　　3)一般工业产品的接触式测量是使用千分表读取测量数据,测量一个尺寸至少需要一个表,对于需要测量数个尺寸的系统,众多的千分表会使机械系统变得复杂。如果为了提高测量速度,使用多工位的话,需要的千分表就成倍增多,不但大幅度增加了开发成本,而且难以实现测量自动化。

　　4)要检测大批量生产的工业产品,测量速度是接触式测量的瓶颈问题。

　　考虑以上因素以及按着该汽车拉索制造商的要求,在保证测量时间(小于3s)而测量准确度在微米级的情况下,本文设计并实现了非接触式长度测量系统。

　　1　测量原理

　　在此非接触式长度测量系统中,汽车拉索的机械结构如图1所示。它的里层钢丝和外层橡胶软管的左端固定,而其右端在测量前分别用受控的气缸来拉紧。图中的4个尺寸是需要测量的长度。

　　本系统使用边缘检测法和微元法来测量各尺寸。测量过程中,受DSP的PWM模块控制的伺服电机带动高精度丝杠旋转,丝杠再带动激光位移传感器在汽车拉索的正上方平行移动。当丝杠的精度极高时,PWM模块的每个脉冲对应着传感器在汽车拉索平行方向上移动的微小距离相等,此微小距离即为步距(或脉冲当量),设为ΔL。传感器每平动一个步距,ADC就对传感器输出电压采样一次,把采样值与拉索跃变处的阀值比较,由此找出跃变时的位置,并保存跃变时由DSP中EQP所记的脉冲个数(即传感器平动步距个数)。以测量L1为例,如图1所示。ADC检测到L1的两个跃变边缘Vm和Vn时DSP记下脉冲个数m和n,根据此测量原理

　　L1=(n-m)·ΔL

　　这里的步距ΔL,即此长度测量系统的分辨力。它与丝杠的机械结构和伺服驱动器设置的电子齿轮比有关。

　　2　系统硬件设计

　　该系统的硬件设计框图如图2所示。它以DSP芯片TMS320LF2407为核心,充分利用DSP2407集成的内部资源进行各模块的设计。主要有3个模块:带动传感器以微小步距ΔL平动的伺服驱动控制模块、传感器输出电压采样模块、DSP与上位工控机之间的通信模块。