基于ARM的圆度检测仪

　　1　引言

　　圆度误差是指回转体的同一正截面上实际被测轮廓对其理想圆的变动量。目前,圆度仪仍为圆度误差测量的最有效手段。但是目前市场上的圆度仪成本高,价格昂贵,对操作环境、条件的要求严格,通常仅限于计量室中使用,不能用于车间现场。这里针对这个情况对圆度仪做了新的研究。通过采用先进的ARM技术和多传感器探头的技术,集合目前流行的网络化技术,研制出了价格低廉,又可以应用于现场的网络化批量圆度测量仪。

　　2　圆度仪工作原理

　　传统圆度仪可以保证比较高的采样精度和评定精度,评定方法符合标准的要求,并配有专用的微机,为一种理想的测量仪器。按照结构和工作方式的不同,可将圆度仪分为两种:主轴旋转式和工作台旋转式。主轴旋转式是被测零件放置在工作台上固定不动,仪器的主轴带着传感器和测头一起回转。由于测量时被测零件固定不动,可用来测量较大零件的圆度误差。工作台旋转式传感器和测头固定不动,被测零件放置在仪器的回转工作台上,随工作台一起回转。这种仪器常制成紧凑的台式仪器,易于测量小型零件的圆度误差。新的圆度仪工作方式基本上跟传统的圆度仪一样。

　　传统的圆度仪一般采用一个测点,误差精度大,必须转一圈才能完整测量圆度,比较费时。而新的圆度仪采用三个测点,每120°一个测点,在精度要求不高的情况下,被测体只要转过120°,把三个测点的数据加起来就构成一个完整圆度误差数据;在精度要求高的情况下,被测体转一圈,每个测点得到完整圆度误差数据,再把三个测点的数据算平均值,就可得到更精确的圆度误差数据。其结构如图1所示。

　　3　测量系统的总体结构

　　新型圆度测量系统由气动旋转、基于ARM内核的嵌入式测量系统和网络接入三大部分组成。

　　3.1　基于ARM内核的嵌入式测量系统组成

　　3点式圆度测量系统需要对三个点位移传感器同时进行检测,因此,对测量系统CPU要求相对较高。系统中包含对位移传感器的信号调理电路;信号的多路转换;A/D转换、测量数据的图形化显示与存储;人机界面接口、网络接入模块以及旋转启动及圈同步等接口电路模块。由于一般单片机对这一同步性要求很难满足,所以这里采用ARM内核的嵌入式CPU作为系统的核心部件。

　　主机板是测量系统的子系统,它集采集、初步处理和传送数据于一体。它的CPU是基于ARM内核的AT91M40800。英国ARM公司设计的32位内核嵌入式处理器是一种高性能、低功耗的RISC芯片。AT91M40800芯片具有8k的片上RAM,32个可编程I/O口,2个串口,3个16位定时器计数器,它的内部时钟频率范围为0～40MHz。外围电路是1M×16Bit的FLASH;256k乘16Bit的静态RAM。网络端口通过目前广泛使用的realtek 8019芯片来扩展。在A/D卡上,采用的是ADS1213P,该芯片的分辨率为22位,在输出10Hz时20位有效位,输出频率1000Hz时16位有效位,能满足大部分条件下的采样精度要求。传感器的选择应根据要测量的工件来确定,在本系统中选择了NSWDC型直流位移传感器,它的输出信号是0～5V,刚好符合ADS1213的输入要求。板上的CPU,FLASH,RAM都是3V供电,所以整个板子功耗很小。