磁环检测显微镜全自动定位平台的研制

　　在磁环生产过程中, 要定期抽检磁环的外径和内径尺寸, 以检测冲模是否过度磨损。由于未烧结前磁环是由金属粉末压制而成, 如果受到径向力会引起变形, 影响产品质量, 不能采取卡尺等机械测量方法, 因此我们采用了视觉图像测量的方法也就是用电子显微镜测量。配合该方法设计了一种能够自动调整定位的 XY 平台。采用该平台配合自动测量软件和摄像头可以实现磁环尺寸的自动检测, 大大提高了检测效率和检测精度。

　　1 平台机械结构设计

　　该平台由 X 轴 和 Y轴运动机构组成 ( 如图1) , X 轴和 Y 轴分别由一个步进电机和丝杠驱动,步进电机步距角 0.36°。步进电机每运动一周需要1000 个脉冲, 丝杠前进一个螺距的距离。为了兼顾控制算法的简便和控制精度, 设计时采用螺距为 1mm 的丝杠, 这样系统的位移控制分辨率为 0.001mm, 即步进电机前进一个步距角, 平台运动 0.001mm。

　　2 控制系统设计

　　2.1 控制系统总体设计

　　控制系统核心采用单片机控制, 单片机通过串口和上位机通讯, 接收上位机的运动控制指令, 同时通过由脉冲分配器和功率驱动器组成的步进电机驱动电路驱动电机的运动, 来控制平台的运动, 平台的 X 轴和 Y 轴的极限位置装有极限开关, 来保护整个装置。控制系统结构框图如图 2 所示。

　　2.2 单片机与 PC 机通讯协议设计

　　单片机和 PC 机之间的通讯采用 RS232 实现, 因为传送的数据量不大, 采用波特率为 9600bps, 偶校验, 1 位停止位。数据传输的格式如表 1 所示。

　　命令数据传送以 0x02 为起始符, 控制指令用于表示不同的控制方式( 见表 2) , 数据区放置控制数据, 可以有多个数据, 各个数据之间用分号隔开, 以 0x03 为结束符,最后有校验和用于防止数据传输过程中出现的错误。为了防止因干扰等出现数据错误, 数据区的数据以 ASCII码方式传输, 当接收到 ASCII 编码以外的字符时, 认为命令传输失败, 重新发送。

　　2.3 电机驱动设计

　　该平台驱动电机采用韩国 autonics 公司的 04k- s525型号的 5 相步进电机, 保持转矩 0.028N·m, 步距角 0.36°,相电流 0.75A。系统控制芯片采用 atmel 的 ATmega64L单片机, 5 相脉冲分配器采用 PMM8714, 步进电机功率驱动采用 PMM5301 功率驱动器。驱动电路如图 3 所示。

　　3 结 语

　　该全自动 XY 运动平台的设计, 已经成功地在生产车间实现了磁环自动视觉测量, 大大减少了人工调节所需要的时间, 同时也提高了测量的精度和系统的可靠性,有效地控制了产品的质量, 取得了很好的生产效果。