基于ARM精密校直机自动检测系统的应用研究

　　0 引言

　　精校机是用于轴棒类零件机加工和热处理后进行校直加工的液压数控机床。自动检测系统是该机床的关键子系统,它应能准确地、实时的检测出轴类零件的轴线弯曲量,为校直加工提供依据。根据精校机对自动检测系统得要求设计出一基于ARM多路位移量实时自动检测系统,使用结果表明,该自动检测系统性能优良,能满足精校机的实时检测要求。

　　1 被测量数学模型及系统性能指标

　　在校直加工中,测量装置最重要的工作就是要确定被测轴的最大弯曲位置及弯曲量。这其中就涉及了轴线直线度误差的评定策略,文献[1]给出了多种评定方法,主要有:两端点连线法、最小区域法和最小二乘法。两端点连线法比较简单,但由于采用最大偏差作为工件的直线度误差,其准确性不高,不能满足系统的要求。最小包容区域法是以符合最小条件的理想直线作为基准来评定的,但其计算过于复杂,很难满足系统实时性要求。为此,我们采用了数学模型易建立、较符合最小条件的最小二乘法来评定直线度误差,比较符合在线检测的实时性。结果以直线度误差作为校直参数的弯曲量。

　　1.1 基准轴线的数学模型及校直参数

　　1.1.1 基准轴线数学表达式

　　被测工件定位后用7路位移传感器分布在轴的被测截面上,旋转编码器经联轴器与电机主轴相连。测量前先用标准件(半径为R0)对零,记下R0j(j=1~7),工件旋转一周,时间为1s,等间距采样N点(本系统中N=180),由位移传感器测得ΔRij(i=1~N,j=1~7),可得各点半径Rij=R0j+ΔRij,角位移由旋转编码器和智能计数器读数获得θij(i =1~N,J =1~7)。各截面最小二乘圆心坐标为:

　　两端点圆心连线作为基准轴线,其直线方程为:

　　其中

　　1.1.2 最大弯曲量及其方向角

　　各截面拟合圆心到理想轴线的距离Δj为

　　最大弯曲量方向角为(顶尖轴线作为Z轴):

　　式中Yjmax、Xjmax—Δjmax所在截面圆的最小二乘圆心坐标找出最大$j及其相应j值,即得最大弯曲量和其段号。

　　1.2 自动检测系统性能指标

　　精校机自动检测性能指标:

　　检测工件最大长度800mm

　　检测范围-1.5mm≤ΔR≤1.5mm

　　检测精度0.01mm

　　检测速度0.7s

　　2 ARM嵌入式系统性能分析

　　嵌入式系统,作为一种专用计算机系统,在满足数控设备的专业化、小型化、智能化等要求方面得到了很好的应用。以前, 8/16位单片机的应用曾经非常广泛,但这只是嵌入式系统的初级阶段。现代数控设备对嵌入式的运算速度、运算量和网络通讯等方面又提出了新的要求。在这方面, 32位RISC芯片显示了明显优越的性能,典型的如32位RISC芯片—ARM处理器。现在,ARM处理器以其运算快、存储量大、功耗小、成本低、功能强等特点,在PDA、STB、GPS、发动机控制、网络设备、工业机器人、航空、勘探、测量等产品中正得到日益广泛的应用。