基于DSP的车床主轴回转误差的动态测量系统

    回转误差的测量是超精密车床的关键技术之一。通过对回转误差的测试可预测车床在理想加工条件下所能达到的最小形状误差和粗糙度，可用于车床加工补偿控制和评价车床主轴的工作精度，还可用于车床的状态监测和故障诊断。传统的基于单片的主轴回转误差动态测量装置有系统线路繁琐而造成过大的外部干扰导致系统采集信号不稳定、访问外部 RAM 指令执行时间较长导致处理速度较慢、存储容量较小等缺点。本文设计了基于 DSP 的数据采集及传送硬件系统接口电路，进行了针对主轴回转误差动态测量装置的硬件系统设计。

    1 工作原理及动态测量系统的组成

    设计方案如图 1 所示，整个硬件测量系统由摆动装置、电涡流传感器、DSP、RS232 接口以及 PC机等组成。摆动装置用来调整圆球安装偏心量。电涡流传感器是一种相对式非接触传感器，它的作用是通过传感器端部与被测物体之间的距离变化来测量物体振动的位移，并将位移信号转化为电压信号，输出电压信号送至 DSP。在 DSP 中进行 A/D 转换,经由 DSP 控制 A/D 转换器工作，将模拟量转换为数字量，然后将采集的数据送入 PC 机，调用数据处理软件进行处理和分析。本方案采用最小二乘圆法对实时采集数据进行误差评定。

    2 数据采集及传送方案

    通过电涡流传感器拾取测量球的位移量的变化信号后，接下来就要对该信号进行数据采集，然后将采集的数据送至 PC 机，为最后评定圆度所要进行的数值处理作准备。本方案采用的是TMS320LF2407 芯片作为信号采样与处理系统的CPU。DSP TMS320LF2407 的体系结构是专为实时信号处理而设计的。它将实时处理能力和控制器外设功能集于一身，总共有 192K 字节空间，64K 字程序存储器空间、64K 字数据存储器空间、64K 字I/O 寻址空间和 10 位 A/D 转换器，最小转换时间为500 ns。可选择由两个事件管理器来触发两个通道输入 A/D 转换器或一个通道输入的 A/D 转换器，具有串行通信接口（SCI）模块和 5 个外部中断，为控制系统应用提供了一个理想的解决方案。

    2.1 线路的设计

    基于 DSP 的硬件系统接口电路，X 轴向和 Y 轴向的涡流传感器输出的电压信号经 ADCIN0 和ADCIN1 模拟输入通道输入 DSP 进行 A/D 转换，转换后的数据通过 SCITXD 输出给 PC 机。本方案的设计是用 TMS320LF2407 的串行通信接口与RS-232 串行口进行 DSP 与 PC 机之间的异步通信。RS-232 是美国电子工业协会（EIA）在本世纪制定的一种串行总线的物理接口标准，它规定了串行通信中主控模板和从属模块之间的物理连接线路的机械、电气、功能和过程特性，两端都必须遵循的共同约定。RS-232 标准总线为 25 线，但在实际应用中常用其简化了的 9 线接口，也可采用 3 线（地址、发送线、接收线）的方式。我们可利用上位机的串行口与下位机（测控单元）进行 RS-232 通信，实现 计 算 机 对 现 场 的 监 测 和 控 制 。 图 2 中 的TMS320LF2407 串行通信接口电路采用了符合RS-232 标准的驱动芯片 MAX232 进行串行通信。MAX232 芯片功耗低、集成度高、+5V 供电，具有两个接受和发送通道。由于 TMS320LF2407 采用+3.3V 供电，所以在二者间加了典型电平匹配电路。整个接口电路简单、可靠性高。