孔加工精度数字化测量系统设计

　　0引言

　　在机械加工测量过程中， 经常利用游标卡尺、千分尺及百分表等量具进行现场测量，但有时测量精度达不到要求， 而测量精度高的如三坐标测量机，往往不适于现场测量，而且对环境要求较高。 一些薄壁工件易产生变形， 若利用传统的测量方法,经常受测量经验、测力掌握不均等测量人员人为因素的影响而引起工件在测量中变形，导致了测量结果的不准确。 气动测量能够将工件尺寸的变化转变成气体流量或压力的变化，然后经指示装置显示出来，从而测得工件的尺寸参数。 气动测量既适合于现场测量，又能达到非常高的测量精度，因此在机械加工中应用非常广泛。

　　测量内孔的加工精度，通常采用浮标式气动量仪，它由量仪本体及测量装置2 部分构成，配上不同的测量头，就可测量内孔的各种尺寸参数。 但由于刻度尺与浮标之间存在着一定的距离，测量人员读数时要求人眼必须与浮标水平，这不但使读数变得十分困难， 而且导致所读取数据存在着一定误差。 况且数据的记录与处理是通过测量手工来完成，数据处理的速度很慢，而且气动量仪的关键部件玻璃管在使用过程中由于读数的需要而外露，在测量过程中极易被打碎。 因此，为克服上述弊端，本文研制了一种气光电式内孔加工精度数字化测量装置， 可用于检测内孔尺寸与形状位置加工误差，实现内孔的非接触、多参数如孔径、直线度、圆度、平行度和同轴度等参数的测量。 实验表明：该测量装置具有结构简单、操作方便与测量精确等优点。

　　1测量装置模块化结构设计

　　气光电式内孔加工精度数字化测量系统由机械模块、气动模块、光电模块及数据显示输出模块等4个模块构成。 其中，机械模块包括基座和测量机构;气动模块包括空气过滤器、空气稳压器、气阀和气管等;光电模块包括红外信号采集电路、数据处理电路;显示输出模块包括数据采集电路、数据处理与显示等。 其中，机械模块与气动模块就是传统的气动量仪的基本组成部分。 下面主要介绍测试系统的光电模块及数据显示输出模块。该模块的电路分别由电源部分、 液晶显示部分、红外发射部分、红外线接收部分、比较放大部分与单片机主控器件等6个部分组成。 电源部分通过外接电源输入交流电，经过整流滤波后，通过集成稳压器稳压后输出标准5V 电源， 为红外发射电路、红外接收电路和液晶显示电路提供电源。 该电源又经过二极管和限流电阻后，为单片机(下位机)系统提供电压。

　　红外线发射与接收模块使用一对红外对管，本测量系统采用多对一的设计理念即发射管同时发射，接收管不断地处于接收状态。 接收管的安装非常关键，每个接收管的位置必须与浮标显示的刻度值一一对应，误差不能太大，否则会造成人为的测量误差;发射管安装精度要求不太高，同时把红外对管通过热缩管进行了封装而形成了点光源，不仅提高了测量的准确性， 而且大大增强了其抗干扰性。 当接收管接收到红外信号后，指示灯为关闭状态;当红外对管被浮标挡住时，信号通过比较放大后发送给单片机系统， 通过编码对I/O 口的状态进行检测：不同的状态可以输出不一样的数值，经单片机的计算处理后将数据传送到液晶模块进行显示输出， 显示模块采用了128×64 点阵液晶显示模块，可以显示各种字符、文字和图形，其与计算机直接相连，具有8位标准数据总线、6 条控制线和电源线。 同时将该数据传送到计算机(上位机)系统。