实时圆度检测系统技术的研究与应用

　　0 引言

　　在精密检测中,圆度误差的检测是一项重要而且烦琐的工作。目前,国内市场上的圆度检测仪可分为传统式圆度仪和智能式圆度仪2种。智能式圆度仪是借助PC机所具有的高速计算能力和丰富的系统资源,实现圆度的智能评定,具有快速、准确和稳定等优点。但PC机体积过大,不方便携带,检测实时性不够,精确测量不足。近年来,PC/104技术被广泛应用到各种领域。这是一种专门为嵌入式控制而定义的、与标准的PC体系结构相兼容的工业控制总线。我们以实时性、一体化和集成化为设计思想,结合PC/104紧凑的外形、成熟开放的标准体系结构,提出了一种新的检测系统,以实现圆度精密快速检测[1-9]。

　　1 检测系统硬件实现方案

　　1.1 硬件系统组成

　　系统以嵌入式PC/104开发平台为核心,由机械部分、传感器(调频电感传感器和光电开关)、电机、信号采集和控制卡及PC/104外围设备等组成,其结构如图1所示。

　　1.2 系统检测原理

　　检测工作台上的调频电感传感器与工件表面轮廓相接触,将其径向位移信号转换成高频调制信号,输入到信号采集和控制卡中,然后经过倍率选择、放大滤波、调制电路和A/D转换电路完成信号前端处理。软件系统对检测过程进行监控,当接收到开始检测命令时,PC/104通过信号采集和控制卡定时读取检测数据,对该数据进行处理,最后将结果输出。在测量过程中,为保证传感器输出信号的真实性,首先要保证旋转台面的倾斜度可调,以使其与旋转轴线垂直。另外,被测件的圆心应与转台中心重合,为此软件系统中需要设计一个对心表。通过观察对心表指针的摆动范围,调整被测件与工作台的相对位置,以使其中心重合。偏心量(被测件的圆心与转台中心的偏移距离)影响着传感器信号的真实性,影响着最终测量结果的精度。通过对心表只能尽量地减小偏心量,而不能完全消除,最终用软件的方法补偿偏心量的影响。

　　1.3 检测信号处理

　　在精密检测中,检测传感器的选择对最后的计算结果有很大的影响。本文的检测传感器采用的是调频电感传感器。将工件表面轮廓的径向位移信号转换成高频调制信号后,可改善信号的抗干扰能力,再加上合适的带通滤波,可将干扰减少到最少。信号采集和控制卡集信号放大、滤波、解调、整流、A/D转换、电机控制和倍率选择等功能为一体,能完成微小信号的转换处理功能,是圆度检测系统开发的重要部分。该卡具有一个12位高分辨率、高速度的A/D转换模块,其最大转换速度为35Ls,线性度为1 LSB,精度可达0.1%以上。

　　a.放大滤波电路